Elektromagnetischer Schwingkreis
Chronologischer Ablauf der Schwingung
- Zunächst ist der Kondensator vollständig aufgeladen. Es herrscht ein elektrisches Feld zwischen den Kondensatorplatten. Die Spannung
ist maximal. Die gesamte Energie des Schwingkreises ist im elektrischen Feld gespeichert. ( ) - Nun entlädt sich der Kondensator und die elektrische Feldenergie führt dazu, dass ein Strom
durch die Spule fließt. (Die Elektronen werden zur positiv geladenen Kondensatorplatte getrieben.) Der Strom erzeugt in der Spule ein Magnetfeld. Ist der Kondensator vollständig entladen, so wird die Spannung Null ( ) und die Stromstärke erreicht ihren Maximalwert. Dabei wurde die gesamte elektrische Feldenergie des Kondensators in die magnetische Feldenergie der Spule umgewandelt. ( , bezeichne die Periodendauer) - Der Strom beginnt nachzulassen, wodurch sich auch der magnetische Fluss in der Spule verringert. Nach der Lenzschen Regel fließt ein Induktionsstrom, welcher der Ursache entgegenwirkt. Das heißt, dass dieser Induktionsstrom noch eine Weile in die gleiche Richtung fließt wie der anfängliche Strom. Der Strom- und damit Ladungsfluss bewirkt, dass der Kondensator nun mit umgekehrter Polung aufgeladen wird. Ist die Stromstärke
auf Null abgesunken, so erreicht die Spannung am Kondensator ihren Maximalwert, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen. Die magnetische Feldenergie wurde nun vollständig in elektrische Feldenergie umgewandelt. ( ) - Der Prozess vollzieht sich danach in umgekehrter Richtung. Nach der Zeit
hat sich wieder ein (maximales) Magnetfeld aufgebaut, jedoch in entgegengesetzter Richtung im Vergleich zum Zeitpunkt . Zum Zeitpunkt (also nach einer vollen Periode) stellt sich die Ausgangssituation ( ) ein.
Strom-Spannungsverlauf
Skizziert man den Verlauf der Spannung
Elektromagnetische Schwingung und Energieerhaltung
Merke
Im elektromagnetischen Schwingkreis findet eine (zeitlich) periodische Energieumwandlung zwischen elektrischer Feldenergie (des Kondensators) und magnetischer Feldenergie (der Spule) statt. Es handelt sich also um eine elektromagnetische Schwingung.
Die Gesamtenergie bleibt erhalten.
Bemerkung- Gedämpfte Schwingung
In der Realität kann es durch einen vorhandenen Widerstand dazu kommen, dass Joulesche Wärmeverluste entstehen; also dass Energie an die Umgebung in Form von Wärme abgegeben wird. Dadurch kann die Schwingung gedämpft werden.
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