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Der elektrische Schwingkreis

Mit der gezeigten Kombination aus einer Spannungsquelle (U, rechts), einem Kondensator (C, vorne), einer Spule (L, neben dem Messgerät) und einem Schalter (S, am Kondensator) lassen sich elektromagnetische Schwingungen erzeugen, die man z.B. mit einem Oszilloskop oder – wenn sie langsam genug ablaufen – auch mit einem Zeigerinstrument sichtbar machen kann. Schematisch sieht die Schaltung so aus:
Mit dem Schalter in Position (A) wird der Kondensator geladen. Nach Umschalten in Position (B) entlädt er sich über die Spule. Die Spule reagiert auf den beginnenden Stromfluss und den damit verbundenen Aufbau eines Magnetfeldes mit einer Selbstinduktionsspannung, die der Entladung des Kondensators und dem Aufbau des Feldes entgegenarbeitet.
Irgendwann ist der Kondensator dann entladen und der Stromfluss sollte zum Stillstand kommen. Damit wird aber dem Magnetfeld die Grundlage entzogen und es bricht zusammen. Wieder kommt es zu einer Selbstinduktionsspannung. Jetzt ist sie aber so gerichtet, dass sie dem Zusammenbruch des Magnetfeldes und damit dem Ende des Stromflusses entgegenwirkt. Sie treibt also weiter Strom durch den Draht und lädt den Kondensator mit umgekehrter Polarität auf. Wenn das Magnetfeld komplett verschwunden ist, beginnt der ganze Vorgang in umgekehrter Richtung. Das wiederholt sich, bis die zu Beginn im Kondensator gespeicherte Energie durch Reibung in Wärme verwandelt wurde.
Will man die Schwingung dauerhaft erhalten, dann muss man die verloren gegangene Energie ersetzen. Das ist z.B. mit der Meissnerschaltung möglich. Die Schwingungsdauer des elektrischen Schwingkreises berechnet man mit der Thomsonformel, die auf einer der Vokabelkarten abgedruckt ist.

Aufgabe 1: Mit welcher Frequenz schwingt ein Schwingkreis, der mit einer Spule der Induktivität L=10mH (Millihenry) und einem Kondensator der Kapazität C=470µF (Mikrofarad) aufgebaut wurde?
Aufgabe 2: Wir bauen einen Schwingkreis mit einigen Teilen aus der Physiksammlung auf. Wir verwenden einen Plattenkondensator mit kreisförmigen Platten (Radius der Platten r=12cm, Plattenabstand d=1cm) und eine Spule mit 500 Windungen (Länge l=8cm, Querschnittsfläche A=25cm2). Wie groß wird die Schwingungsfrequenz werden?

Aufbauhinweise