Physik Grundkurs II Zur 17. Vorlesung am Donnerstag, 20.12.2007

Physik Grundkurs II
Zur 17. Vorlesung am Donnerstag, 20.12.2007
Inhalt in Stichpunkten:
Transformator-Anwendung: Hochspannungs-Überlandleitung; Phase zwischen Strom und Spannung
bei unbelastetem und bei belastetem Transformator; Der elektrische Schwingkreis; Zusammenhang
zwischen Spannung und Strom beim Schwingkreis; Periodendauer beim Schwingkreis; Schwingkreis
mit Dämpfung; Der angetriebene Schwingkreis; Impedanzen von Reihen- und Parallel-Schwingkreis;
Tesla-Transformator.
Fragen zum Verständnis:
17-1.) Ein geladener Kondensator und eine Spule werden zum Zeitpunkt t = 0 zu einem Schwingkreis
in Reihe geschaltet. Wann erreichen (ausgedrückt durch die Schwingungsperiode T ) die
folgenden Größen ihren Maximalwert: (a) die Kondensatorladung, (b) die Spannung am
Kondensator (ursprüngliches Vorzeichen), (c) die Energie des elektrischen Felds und (d) der
Strom?
17-2.) Die Abbildung zeigt den Strom i und die angelegte
Spannung E eines in Reihe geschalteten RLC-Kreises.
(a) Eilt der Strom der Spannung voraus, oder hinkt
er ihr nach?
(b) Ist die Belastung vorwiegend
kapazitiv oder induktiv? (c) Ist die Frequenz der
angelegten Spannung größer oder kleiner als die
Resonanzfrequenz des Schwingkreises?
17-3.) Betrachten Sie noch einmal die Abbildung aus der vorhergehenden Frage. Wie verhält sich die
Kurve für den Strom relativ zu der Kurve für die Spannung, wenn wir (a) L, (b) C und (c) die
ωa , die Kreisfrequenz der angelegten Spannung etwas erhöhen? Verschiebt sich diese Kurve
etwas nach links oder rechts? Wird die Amplitude größer oder kleiner?
17-4.) (a) Angenommen, der Strom in einem in Reihe geschalteten RLC-Kreis an einer sinusförmigen
Wechselspannung eilt dieser Spannung voraus. Sollte man die Kapazität erhöhen oder
verringern, um die Leistung am Wirkwiderstand zu erhöhen?
(b) Wird sich durch diese Veränderung die Resonanzfrequenz des Stromkreises der angelegten
Wechselspannungsfrequenz nähern oder sich von ihr entfernen?
17-5.) Ein RLC-Serien-Schwingkreis wird mit einer Wechselspannung angetrieben. Sie messen die
Spannungen UR = 4,9 V, UL = 6,7 V, und UC = 2,5 V. Ist die Frequenz der Wechselspannung
größer oder kleiner als die Resonanzfrequenz des Schwingkreises?
17-6.) Im nebenstehend abgebildeten Schwingkreis ist die
Spannung über dem Kondensator UC = 0,5Umax und die
Ladung auf den Kondensatorplatten nimmt zu. Tragen Sie
den Strom und das Magnetfeld in die Abbildung ein. Nimmt
der Strom ab, oder nimmt er zu?
17-1.) (a) T /2, (b) T , (c) T /2, (d) T /4. 17-2.) (a) eilt voraus, (b) kapazitiv, (c) kleiner. 17-3.) (a), (b) und (c):
nach rechts, größer. 17-4.) (a) erhöhen, (b) nähern. 17-5.) größer. 17-6.) Strom im Gegen-Uhrzeigersinn, Magnetfeld
in der Spule nach oben, Strom nimmt ab.
Frage 1 bis 4 aus Halliday-Resnick-Walker: Physik, Fragen 5 und 6 aus Mazur: Mechanics Chapters.