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Elektrotechnik - Schwingkreise

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Elektrotechnik

Schwingkreise

In den kommenden beiden Kurstexten setzen wir uns mit Schwingkreisen auseinander. Dabei werden wir den Reihenschwingkreis und den Parallelschwingkreis voneinander unterscheiden. Aber vorab gilt es zu klären, worum es sich bei einem Schwingkreis handelt.

Schwingkreis

Man bezeichnet eine physikalische Anordnung als schwingfähig, wenn sie mindestens zwei Energiespeicher enthält, die zudem eine unterschiedliche physikalische Erscheinung besitzen. Dies ermöglicht einen gegenseitigen Austausch von Energie. Dieses Gesamtgebilde stellt dann einen Schwingkreis dar. 

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Wir haben bereits unterschiedliche Typen von Energiespeichern in elektrischen Schaltungen kennengelernt. So ist die Induktivität, welche die magnetische Feldenergie speichert, ein Energiespeicher, sowie die Kapazität, welche Energie in Form von elektrischer Feldenergie speichert. 

Wie wir zudem wissen, wird die gespeicherte Energie in einer Kapazität durch den Wert $ C $ ausgedrückt und die Spannung $ u $ an der Kapazität bestimmt. Wohingegen die gespeicherte Energie in einer Induktivität durch den Wert $ L $ ausgedrückt wird und der Strom $ i $ an der Induktivität ermittelt wird.  

Auf diese Grundsätze werden wir später erneut zurückkommen. Zuerst wenden wir uns wieder den Eigenschaften der Schwingkreise zu.

Freie und erzwungene Schwingungen

Bei Schwingkreisen unterscheidet man zwischen freien und erzwungenen Schwingungen. Bei freien Schwingungen führt man der physikalischen Anordnung einmalig Energie zu und überlässt sie anschließend sich selbst. Die dabei auftretenden Verlustmechanismen bewirken eine Umsetzung der im Schwingkreis pendelnden Energie in Wärme und lassen die Schwingungen im Zeitverlauf abklingen. Bei erzwungenen Schwingungen hingegen wird einer energielosen Anordnung periodisch von außen Energie zugeführt. Dabei wird ein Teil der Energie zur Kompensation der Verluste benötigt, die mit steigender Schwingungsintensität zunehmen. Der restliche Teil hingegen pendelt zwischen den Energiespeichern. 

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Bleibt die Art der periodischen Energiezufuhr konstant, so stellt sich nach einem Einschwingvorgang in der Anordnung eine stationäre Schwingung ein. 

Wie bereits oben angerissen, werden wir uns nun den Reihen- und Parallelschwingkreisen zuwenden. Den Anfang macht der Reihenschwingkreis und im darauffolgenden Kurstext folgt der Parallelschwingkreis.