3. Kursarbeit - bei heidingers.de

LK Physik 12/1
3. Kursarbeit aus der Physik
26.02.2009
Aufgabe 1: Begriffe
Erläutere folgende Begriffe in jeweils einem Satz und gegebenfalls mit einer kommentierten Formel
bzw. einer Skizze:
a) gedämpfte Schwingung
f) Siebkreis
b) Erreger-Resonator-System
g) Frequenzgenerator
c) erzwungene Schwingung
h) Effektivspannung
d) elektrischer Schwingkreis
i) elektromagnetische Welle
e) Sperrkreis
Aufgabe 2: Impedanz
a) Induktiver, kapazitiver und ohmscher Widerstand seien in Reihe geschaltet: Gib jeweils die
Größen an, von denen diese Widerstände abhängen und ihre Phasenverschiebung zueinander.
Wie ist diese Phasenverschiebung mit Hilfe der elektrischen Vorgänge an der Spule, bzw. am
Kondensator zu erklären ?
b) Um das Zusammenwirken der drei Widerstände zu bestimmen, werden sie in einem
Zeigerdiagramm addiert: Fertige ein solches an und leite daraus die Formel für die Impedanz her.
c) Begründe rechnerisch , warum die Impedanz bei der Eigenfrequenz 0 ein Minimum besitzt. Wie
groß ist in diesem Fall der Gesamtwiderstand ?
d) Skizziere den Widerstandsgraph in Abhängigkeit von der Frequenz f.
e) Wie ändert sich das Frequenzverhalten der Impedanz, wenn man kapazitiven und induktiven
Widerstand parallel schaltet ? Begründe dieses Verhalten physikalisch.
Aufgabe 3: Rechnung
Ein Ohmscher Widerstand R = 50 , eine Spule mit der Induktivität L = 0,1 H und ein Kondensator mit
der Kapazität C = 10 F werden hintereinander geschaltet und mit den Wechselstromnetz verbunden
( Ueff = 220 V, Frequenz f = 50 Hz).
a) Wie groß sind die effektive und die Scheitelstromstärke Ieff und I0 ?
b) Welche Phasenverschiebung  liegt zwischen Stromstärke und Spannung vor, wessen Phase eilt
voraus ?
c) Welche Effektivspannungen Ueff,R, Ueff,L und Ueff,C misst man an den Kontakten von Widerstand
Spule und Kondensator ?
Aufgabe 4: gedämpfte Schwingung
a) Skizziere den Aufbau des Versuchs und erläutere das Beobachtungsverfahren für eine gedämpfte
elektrische Schwingung.
b) Gib die Schwingungsgleichung für die beobachtete Spannung an für U0 = 4 V, f = 2 Hz und
Dämpfungsfaktor k = 0,3 s-1
c) Skizziere den typischen Verlauf dieser gedämpften Schwingung für 3 Sekunden.
d) Bestimme zeichnerisch und rechnerisch die Halbwertszeit dieser Schwingung.
Aufgabe 5: Triode und Frequenzgenerator
a) Erläutere die Wirkungsweise der Verstärkertriode anhand einer Schemaskizze (mit Begriffen). Wie
wird der Verstärkungsfaktor ermittelt ?
b) Skizziere die Rückkopplungsschaltung nach Meißner und erkläre den Vorgang der Rückkopplung.
Wodurch lässt sich die (hörbare) Frequenz des Schwingkreises verändern ?
c) Warum verwendet man für einen HF-Generator die kapazitive Kopplung (Skizze) ?
d) Wie können HF-Schwingungen nachgewiesen werden (Spannung und Strom) ?
e) Erläutere die Vorgänge am elektrischen Dipol, wenn er zu elektromagnetischen Schwingungen
angeregt wird (mit Feldskizzen und Spannungs- bzw. Stromverteilungsgraphen).
Aufgabe 6: Maxwell-Gleichungen
Die Erzeugung eines magnetischen Feldes durch eine Ladungsverschiebung (Strom) und das
Induktionsgesetz werden durch die Maxwell'schen Gleichungen verallgemeinert.
a) Erläutere die einzelnen Größen und mathematischen Konstruktionen der Integralgleichungen.
b) Begründe die beiden Maxwell'schen Gleichungen mit Hilfe des Spulenfeldgesetzes und des
Induktionsgesetzes.
c) Leite aus den Maxwellschen Gesetzen das Gesetz über die Ausbreitungsgeschwindigkeit
elektromagnetischer Wellen her.