Musterlösung a
Schaltbild
Erläuterung- Zustandekommen der Schwingung
- Zum Zeitpunkt $t=0$ ist die Spannung am Kondensator maximal und es fließt noch kein Strom. Dann beginnt der Kondensator sich zu entladen und es setzt ein Stromfluss ein. Die zeitliche Stromänderung induziert in der Spule eine Spannung (bedingt durch die magnetische Flussänderung).
- $t=\frac{T}{4}$: Ist der Kondensator entladen und damit die Spannung Null, so fließt ein maximaler Strom.
- Nun wird der Stromfluss durch die Spule und damit das magnetische Feld geringer. Dies führt zu einem Induktionsstrom, welcher der Ursache entgegenwirkt (Lenzsche Regel). Dieser Strom (fließt in gleicher Richtung wie der anfängliche Strom) führt nun zu einer Umpolung des Kondensators.
- $t=\frac{T}{2}$: Ist der Stromfluss nun gleich Null, so ist der Betrag der Spannung am Kondesator maximal. (aber umgekehrtes Vorzeichen wegen Umpolung)
- Der Prozess setzt sich nun in umgekehrter Richtung fort.
Dabei findet eine zeitlich periodische Schwingung zwischen elektrischer und magnetischer Feldenergie statt.
Hinweise: Es bietet sich an eine chronologische Beschreibung zu wählen, die sich an Vierteln der Schwingungsdauer $T$ orientiert. Halte die Schilderung kurz und prägnant mit Verwendung der jeweiligen Fachbegriffe. Es genügt nicht einfach nur zu erwähnen, dass es sich um eine periodische Umwandlung von magnetischer und elektrischer Feldenergie handelt.
Zeitlicher Verlauf der Stromstärke und Spannung
Hinweis: Man beachte die Phasenverschiebung ($\Delta \phi=\frac{\pi}{2}$) zwischen Stromstärke und Spannung, die ein Charakteristikum für den Schwingkreis ist.
Da die Spannung $U(t)$ für $t=0$ maximal ist, ist es natürlich sinnvoll dafür die Kosinusfunktion in der Skizze zu wählen. Wegen der Phasenverschiebung $\frac{\pi}{2}$ ist dann die Stromstärke $I(t)$ eine Sinusfunktion.
