Resonanz in einem elektrischen Schwingkreis

Neulich im Physikunterricht in Jg. 12 haben wir zum Thema „Schwingungen“ ein Experiment durchgeführt. Dabei haben wir mit der Resonanz von dem elektrischen Schwingkreis und einer Wechselspannung die Eigenfrequenz des elektrischen Schwingkreises bestimmt.

Ein elektrischer Schwingkreis besteht aus einem Kondensator und einer Spule. Die Schwingung entsteht durch die Energieumwandlung von elektrischer Energie in magnetische Energie und zurück. Ähnlich wie bei einem Pendel, das durch die Energieumwandlung von potenzieller Energie in kinetische Energie und zurück schwingt. Die elektrische Energie im Schwingkreis wird im Kondensator gespeichert und ist quadratisch proportional zur Spannung und die magnetische Energie hingegen wird in der Spule gespeichert und ist quadratisch proportional zur Stromstärke.

    \begin{equation*}E_{\text{el.}} \sim U^2\end{equation}

    \begin{equation*}E_{\text{mag.}} \sim I^2\end{equation}

In unserem Experiment haben wir nun 3V Wechselspannung in den Schwingkreis angeschlossen und ein Voltmeter zur Messung der Spannung.Daraufhin haben wir die Frequenz des Wechselstroms in 50er Schritten verändert und die entsprechende Spannung als Messwert genommen. Daraus resultiert dieses Diagramm:

Je stärker die Resonanz von der Wechselspannung mit dem Schwingkreis ist, desto höher ist die Spannung. Daher lässt sich erschließen, dass beim Hochpunkt der Spannung die Frequenzen von Wechselspannung und Schwingkreis gleich sind. Demnach ist die Eigenfrequenz des Schwingkreises bei ca. 600 Hz. Der genaue Wert lässt sich zudem mit der Thomson-Gleichung errechnen:

Doch der elektrische Schwingkreis findet sich nicht nur im Physikunterricht. Auch im Alltag gibt es verschiedenste Geräte, die einen elektrischen Schwingkreis nutzen. RFID Technologie zum Beispiel ist immer weiter verbreitet: Ob das eigene Handy, kontaktloses Zahlen, moderne Autoschlüssel, Diebstalsicherung in Kleidungsgeschäften oder Schlüsselkarten – in allen ist ein elektrischer Schwingkreis verbaut. Vielleicht gab euch daher dieser Blogbeitrag einen kleinen Einblick in die Technologie von heute.

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