Elektromagnetismus
RLC bei Resonanz
ω entspricht ω₀ = 1/√(LC) — Z ist minimal, I maximal; Diagramm I(t).
RLC bei Resonanz — interaktive Elektromagnetismus-Simulation. ω entspricht ω₀ = 1/√(LC) — Z ist minimal, I maximal; Diagramm I(t). Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
RLC-Resonanz
ω entspricht ω₀ = 1/√(LC) — Z ist minimal, I maximal; zeichne I(t).
Bei Resonanz ω = ω₀ = 1/√(LC) heben sich induktive und kapazitive Blindwiderstände auf, sodass die Impedanz Z minimal und der Strom I maximal ist. Drücke Play, um I(t) zu zeichnen; lies Z und die Phase im Eigenschaften-Panel. Das Abstimmen von Radios und MRT-Spulen nutzt diese scharfe Stromspitze aus.
- ω₀ = 1/√(LC)
- Z_min bei Resonanz
Untersuchungsbericht
Planen Sie die Frage, bevor Sie das Labor öffnen
Das Briefing entspricht der vorgerenderten Seite: Leitfrage, konkurrierende Vorhersagen, Variablenrollen, maßgebliche Gesetze, Aufbau sowie Analyse- und Erweiterungsaufgaben bleiben sichtbar und in dieser Reihenfolge.
Leitfrage
Eine RLC-Reihenschaltung wird von einer Wechselstromquelle unterschiedlicher Frequenz angetrieben. Erreicht der Gesamtwiderstand des Stromkreises gegen den Strom (die Impedanz) bei einer bestimmten Frequenz ein Minimum?
Vorhersagen zum Abwägen
- Bei einer bestimmten Frequenz erreicht die Impedanz ihr Maximum.
- Die Impedanz hängt nicht von der Antriebsfrequenz ab.
- Ja – die Impedanz erreicht ein Minimum (gleich nur R) bei der Resonanzfrequenz ω₀ = 1/√(LC).
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Antriebsfrequenz ω (rad/s)
Was Sie messen:
- Phasenwinkel φ (rad)
- Impedanz Z (Ω)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie das Preset „RLC-Resonanz“ und drücken Sie Zurücksetzen. R = 20 Ω, L = 1 H, C = 0.01 F sind fest vorgegeben (wie im verknüpften RLC-Reihenschaltungsexperiment).
- Aktivieren Sie die Impedanz- und Phasenwinkelanzeigen.
- Stellen Sie die Antriebskreisfrequenz für jeden Versuch ein (als Vielfaches von ω₀ = 1/√(LC) = 10 rad/s) und zeichnen Sie die Impedanz auf.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Berechnen Sie für einen Versuch die Reaktanz X = ωL − 1/(ωC), dann Z = √(R² + X²) und φ = atan2(X, R), mit R = 20 Ω, L = 1 H und C = 0.01 F. Vergleichen Sie beides mit der Tabelle.
- Bestätigen Sie bei ω = ω₀ = 10 rad/s genau Z = R und φ = 0. Erklären Sie, warum sich die induktive Reaktanz ωL und die kapazitive Reaktanz 1/(ωC) bei Resonanz genau aufheben, sodass allein der ohmsche Widerstand wirksam bleibt.
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Ein Radiotuner ist im Wesentlichen ein RLC-Schaltkreis, dessen Resonanzfrequenz Sie anpassen (normalerweise über einen variablen Kondensator), um sie an die Sendefrequenz eines Senders anzupassen, bei der die Impedanz sinkt und Strom- und Signalspitzen auftreten. Erklären Sie, warum stattdessen Sender auf anderen Frequenzen unterdrückt werden.
- Der Phasenwinkel φ ist unterhalb der Resonanz negativ und oberhalb positiv. Erklären Sie mit der Reaktanzformel X = ωL − 1/(ωC), warum bei niedrigen Frequenzen der Kondensator dominiert (negatives X), während bei hohen Frequenzen die Spule dominiert (positives X).
- AP Physics 2 — Unit 12: Magnetism and Electromagnetism
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 13: Electromagnetic Induction
- IB Physics — D.4 Induction
- General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
- NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields
- Willkommen bei RLC-Resonanz
- RLC-Schaltung auswählen
- Abspielen drücken
- Minimale Impedanz
- Eigenschaften-Panel öffnen
- Geschafft!
Öffnen Sie die interaktive Simulation, um die Szene aufzubauen, drücken Sie auf Play und erkunden Sie sie mit Live-Messungen und einem geführten Tutorial.