Protokoll zum Physikunterricht vom 22.01.2009

Protokoll zum Physikunterricht vom 22.01.2009
PH LK 12
Lehrkraft: Herr Heidinger
Anwesende: Physik Leistungskurs 12
Protokollant: Conrad Kärger
Schifferstadt, den 22.01.2009
Thema: Deutung der Phasenverschiebung und Erzeugung
ungedämpfter elektromagnetischer Schwingung
a) Deutung der Phasenverschiebung
π
Energie
𝜋
2
Erreger
Resonator
Erreger: Motor mit Exzenter
(Energiezufuhr)
f0
f in Hz
Resonator: Drehfeder
(1) Der Erreger ist so langsam, dass der Resonator nicht schwingt. Er folgt der
langsamen Erregerbewegung (-> geringe Energiezufuhr)
(2)
Erreger
Resonator
+ größte Geschwindigkeit
(Nulldurchgang)
größte Auslenkung
+ Umkehrpunkt
größte Geschwindigkeit
+ entgegen gerichtete
Geschwindigkeit
entgegengesetzter
Umkehrpunkt
y
Resonator
Erreger
t
Im Augenblick der schnellsten Bewegung des Resonators nach unten wird der
Erreger bereits zusätzlich nach oben beschleunigt.
Es wird ständig Energie zugeführt.
(3) Der Erreger ist so schnell, dass der Resonator nicht mit kommt. Die
Schwingung wird durch den gegenphasigen Resonator gebremst. (-> geringe
Energiezufuhr)
Phasenfalsch: Geringe oder gar
keine Energieübertragung durch
entgegen gerichtete Kräfte
b) Die Resonanzkatastrophe
Wird im Fall (2) die ständig zugeführte Energie nicht durch Reibung in
Wärme umgewandelt, so wird der Resonator schließlich zerstört.
(Energie zu groß -> Überschreitung der maximalen Amplitude ->
Resonanzkatastrophe)
Beispiel:
-
Brückenschwingung (siehe Tacoma Narrows Bridge)
Glasschwingung (z.B. mit Akustik)
c) Anwendung: Rundfunkempfänger
Antenne
Ständiges Auf- und Entladen des
Kondensators durch Wechselstrom
Wechselstrom
L
C
RegelKondensator
𝟏
𝟐𝛑 𝐋𝐂
Diode
Kopfhörer
Erdung
Veränderung der Eigenfrequenz f0 durch
Abgriff an versch. Windungszahlen der Spule
Der Schwingkreis wird durch die Antenne zu Eigenschwingungen angeregt.
y
t
akustische
Modulation
Die Amplitude ändert sich
 Amplitudenschwankungen
übertragen Musik (Radio)
Erzeugung ungedämpfter elektromagnetischer Schwingungen
a) Ziel:
Dem L-C-Schwingkreis soll mit der Eigenfrequenz f0 Energie zugeführt
werden. Die Frequenz der Energiezufuhr soll durch den Schwingkreis
automatisch gesteuert werden.
b) Die Triode
Negative Gitterspannung zum
Abschirmen der Elektronen
(1) Aufbau
A = Anode
A
K = Kathode
UA ≈ 100V … 300V
v
G = Gitter
H = Heizung
Vakuum
G
-
e
UA = Anodenspannung
UG ≈ 0 … -10V
UG = Gitterspannung
UH = Heizspannung
K
6,3 V
H
-
Zusätzliche Gitterspannung dient zur
Steuerrung der durchkommenden Elektronen.
Vorteil: Bessere Steuerung
Nachteil: Verlust
In einem evakuierten Glasrohr befinden sich:
eine indirekte geheizte Kathode mit Überzug
Bariumoxid (geringe Austrittsarbeit)
ein gitterförmiges (siebförmiges) Gitter
eine Anodenplatte (ungelocht) [Auffanganode]
(2) Funktionsweise
IA
A
𝐸A
„Verbraucher“
G
𝐸G
Gitterfeld hebt
Anodenfeld teilweise auf
UG
UA
K
EA = Anodenfeld
EG = Gitterfeld
Gitter: umgekehrt gepolt (0
oder negativ)
𝐸 A entgegengesetzt 𝐸 G




Elektronen aus der Kathode werden mit EA zur Anode hin beschleunigt
(Anodenstrom)
Durch das Gitterfeld EG wird das Anodenfeld (teilweise) abgeschirmt.
 Weniger Elektronen gelangen bis zum Gitter bzw. bis zur Anode
Der Anodenstrom lässt sich mit der Gitterspannung regeln!