V_3_6 Gedämpfte elektromagnetische Schwingung

Robert-Bosch-Gymnasium
Physik (4-stündig), NGO
Praktikum
Versuch Nr.: 3.6
Block 3 / Gedämpfte elektromagnetische
Schwingung
22.4.2014
Seite - 1 -
Versuch zur (gedämpften) elektromagnetischen Schwingung
1. Theoretische Grundlagen
Informiere dich anhand deines Unterrichts-Skriptes, mit Hilfe des Physik-Buches und ggf. auch im Internet
über die Entstehung elektromagnetischer Schwingungen, über die Beschreibung der Schwingung durch eine
Differentialgleichung und deren Lösung, über die Thomsonsche Schwingungsgleichung und über verschiedene Oszillatorarten (Dreipunktschaltung etc.). Informiere dich auch über die Dämpfung der elektromagnetischen Schwingung und deren Beschreibung.
Informiere dich über die Gesetzmäßigkeiten bezüglich der Induktivität einer Spule und deren Messung, über
Kondensatoren und die Bestimmung der Kapazität, über Wechselstromkreise und Blind- und Scheinwiderstände von Wechselstromwiderständen in verschiedenen Schaltungsanordnungen (besonders: Sperrkreis
bzw. Parallelschwingkreis). Wiederhole auch die Wirkungsweise von Transistoren und mache dich mit elementaren Transistorschaltungen vertraut.
Lese die Aufgabenstellung sehr sorgfältig durch; bereite die Messtabellen für die Messdurchführung vor.
2. Messverfahren, Versuchsaufbau und Geräteliste
Geräte:
Netzgerät, stabilisiert (Gleichspannung von ca. 7-10 V)
Funktionsgenerator
Messgeräte für Spannungs- und Strommessung (Digitalmultimeter)
Rasterstecktafel für elektronische Schaltungen
Transistor 2N3055 (BD 130)
Spule mit 1000 Windungen, ohne Eisenkern
Kondensatoren verschiedener Kapazitäten (0,1 µF, 1 µF, ...)
Widerstand mit 1 kΩ
Potentiometer mit 200 Ω
Oszilloskop (2-Kanal)
verschiedene Messkabel, BNC-Kabel
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Praktikum
Versuch Nr.: 3.6
Block 3 / Gedämpfte elektromagnetische
Schwingung
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Messaufgabe 1
Bestimme den kapazitiven und den induktiven Blindwiderstand von Kondensatoren und Spule; berücksichtige bei den Messungen zur Spule auch deren Ohmschen Widerstand (reale Spule!).
Messe dazu die Effektivwerte von Strom und Spannung bei Anlegen einer Wechselspannung unterschiedlichen Betrages (bei Netzfrequenz) und bestimme den Gleichstromwiderstand der Spule durch wiederholte
Gleichspannungs- / -strommessung!
Berechne aus den Messungen die Eigeninduktivität der Spule und die Kapazitäten der Kondensatoren.
Ermittele aus den Berechnungen unter Benutzung der Thomsonschen Schwingungsgleichung die Schwingungsdauern von Parallelschwingkreisen, die sich aus der Spule und jeweils einem der Kondensatoren
aufbauen.
Messaufgabe 2
Baue die nebenstehend dargestellte Schaltung auf. Wir arbeiten nicht mit einer (selbsterregten) Oszillatorschaltung, sondern stoßen die gedämpfte Schwingung periodisch von außen an. Mache dir die Funktionsweise der Schaltung klar. Welche Funktion
hat die Rechteckspannung vom Funktionsgenerator, welche Funktion hat hier
der Transistor?
Der Verlauf der Spannung (Schwingung)
U(t) wird an der Spule abgegriffen; dabei
sind eventuelle Erdungen (Masse des Oszilloskops!) zu berücksichtigen, um die
Spannungsquelle U0 nicht kurz zu schließen! Lasse deine Schaltung unbedingt
vor Inbetriebnahme überprüfen!
Die Spannung U(t) wird einem Oszilloskop zugeführt. Um ein stehendes Bild zu
erhalten, ist die Triggerung entsprechend
einzustellen. Folgende Parameter sind
veränderlich und entsprechend anzupassen:
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Ci
R2
L
U0
R1
U
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Frequenz und Amplitude der Rechteckspannung am Funktionsgenerator
Gleichspannung U0
Dämpfungswert an R2
Zeitablenkung und Verstärkungsfaktor am Oszilloskop
Trigger-Level
Aufgaben:
Stelle am Potentiometer R2 eine möglichst geringe Dämpfung der Schwingung ein und bestimme aus dem
Oszilloskopschaubild (Zeitachse) die Periodendauer der Schwingung aus möglichst vielen Schwingungsperioden.
Verändere (erhöhe) die Dämpfung durch Verstellen von R2 und bestimme jeweils analog die Periodendauer.
Wiederhole diese beiden Aufgabenteile mit anderen Kondensatoren im Schwingkreis.
Vergleiche die Messergebnisse mit den theoretischen Erwartungswerten und deute Unterschiede.
2. Auswertung, Protokoll
Stelle alle theoretischen und experimentellen Ergebnisse (tabellarisch) übersichtlich zusammen; führe in einer knappen theoretischen Einleitung in die Aufgabenstellung und in die Theorie zum Experiment ein.
Informiere dich über den Zusammenhang zwischen Eigenfrequenz eine Schwingkreises und seiner Dämpfung. Benutze deine diesbezüglichen Erkenntnisse zur Deutung der Versuchsergebnisse.
Beantworte die in der Aufgabenstellung auftretenden Fragen schriftlich.
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