PhysProf - Resonanz - Resonanzkurve - Resonanzfall - Resonanzschwingung

Fachthema: Resonanz

PhysProf - Elektrotechnik - Ein Programm zur Visualisierung physikalischer Sachverhalte mittels Simulationen und 2D-Animationen für die Schule, das Abitur, das Studium sowie für Lehrer, Ingenieure und alle die sich für Physik interessieren.

Online-Hilfe für das Modul
zur grafischen Darstellung und Auswertung der Resonanzkurven von RLC-Kreisen.

Dieses Unterprogramm ermöglicht die Durchführung der Steuerung entsprechender Abläufe zur Echtzeit und bietet die Möglichkeit, die Einflüsse relevanter Größen interaktiv zu untersuchen.

Es unterstützt dabei ein tiefergehendes Verständnis zu diesem Themengebiet zu erlangen und kann zum Lösen vieler diesbezüglich relevanter Aufgaben eingesetzt werden.

 

Themen und Stichworte zu diesem Modul: Resonanz - Resonanzkurve - Resonanzen - Resonanzfrequenz - Resonanzfall - Schwingkreis - Kreisfrequenz - Erregerfrequenz - Resonanzkreis - Induktivität - Kapazität - Frequenz - RLC - Erklärung - Einfach erklärt - Bedeutung - Was bedeutet - Abituraufgaben - Abiturvorbereitung - Abitur - Abi - Leistungskurs - LK - Klassenarbeit - Klassenarbeiten - Anwendungsaufgaben - Dämpfung - Diagramm - Ohmscher Widerstand - Induktiver Widerstand - Kondensator - Spule - Rechner - Berechnen - Berechnung - Darstellen - Begriff - Begriffe - Kapazitiver Widerstand - Formel - Resonanzamplitude - Resonanzschwingung - Resonanzkatastrophe - Einführung - Grafik - Graph - Kritische Drehzahl - Was - Wie - Weshalb - Was ist - Warum - Definition - Physik

   

Modul Resonanz

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Das Programmmodul [Elektrotechnik] - [Resonanz] erlaubt es, die Resonanzkurve eines RLC-Stromkreises darstellen zu lassen und auszuwerten.
 

Resonanz - Abbildung 1
 

Resonanz - Abbildung 2
 

Unter Resonanz versteht man das Mitschwingen eines schwingungssfähigen Systems, wenn dies durch eine Erregerfrequenz in der Nähe seiner Eigenfrequenz angeregt wird. Als Erregerfrequenz wird die Frequenz bezeichnet, mit der das System (bei einer erzwungenen Schwingung) angeregt wird. Schwingende Systeme (Körper) können durch externe Energiezufuhr zum Ausführen erzwungener Schwingungen angeregt werden. Entspricht die Eigenfrequenz des schwingenden Systems der Erregerfrequenz, so erreicht die Amplitude des Systems ein Maximum.
 

Eine Resonanzkurve gibt die Schwingungsamplitude eines solchen Systems in Abhängigkeit von der Erregerfrequenz an. Eine hohe, steile Resonanzkurve entspricht einer geringen Dämpfung.

Ein elektrischer Schwingkreis (Resonanzkreis) ist eine elektrische Schaltung, die elektrische Schwingungen ausführen kann, resonanzfähig ist und aus einer Spule sowie einem Kondensator besteht.

Als Resonanzfrequenz wird die Frequenz bezeichnet, bei welcher die Amplitude einer erzwungenen Schwingung ihre größte Amplitude (Resonanzamplitude) aufweist. Verfügt ein schwingendes System über mehrere Eigenfrequenzen, so besitzt es auch mehrere Resonanzfrequenzen.

Stimmen die Erregerfrequenz und Eigenfrequenz eines schwingenden Systems überein, so erreicht die Amplitude einen Maximalwert. Dieses Auftreten wird Resonanzfall genannt.
 

Bei ungedämpften, schwingfähigen Systemen kann die Resonanz bis zum grenzenlosen Anstieg der Amplitude führen. Eine flache Resonanzkurve entspricht einer starken Dämpfung. Bei elektrischen Schwingkreisen stellen Resonanzkurven den Gesamtwiderstand des Schwingkreises in Abhängigkeit von der Frequenz dar. Hierbei gilt:
 

 

ω₀: Resonanzfrequenz [1/s]

ω: Kreisfrequenz (ω = 2πf) [1/s]

R: Ohmscher Widerstand (Wirkwiderstand) [Ω]

L: Induktivität [H]

C: Kapazität [F]

X_L: Induktiver Widerstand [Ω]

X_C: Kapazitiver Widerstand [Ω]

Meist sind Systeme schwingungsfähig und können durch äußere Einflüsse entsprechend angeregt werden. Liegt ein Resonanzfall vor, so kann es zum Hochschaukeln kommen, welches bis zur Resonanzkatastrophe und somit zur Zerstörung des gesamten Systems führen kann. Bei Drehbewegungen wird die Resonanzfrequenz als kritische Drehzahl bezeichnet.

Durch die folgenden Maßnahmen können zu große Amplituden eines Schwingungssystems und somit dessen Zerstörung verhindert werden:

 - Einsatz geeigneter Dämpfungselemente
 - Resonanzfrequenz lediglich in Zeiträumen zulassen, in denen diese kleiner sind als die Einschwingzeit des Systems
 - Einwirken periodisch wirkender Kräfte vermeiden (bei mechanischen Schwingungssystemen)
 - Sorge dafür tragen, dass die Erregerfrequenz und die Eigenfrequenz große Unterschiede aufweisen
 
 

Programmbedienung

 
Die Nutzung dieses Unterprogramms erlaubt es, Untersuchungen hierzu am RLC-Kreis durchzuführen. Das Diagramm zeigt hierbei das Verhältnis U_c/U in Relation zur Schwingkreisfrequenz. Durch die Positionierung der entsprechenden Rollbalken R, L, C und ω können der Widerstand R, die Kapazität C des Kondensators, der Wert für die Induktion der Spule L sowie die Frequenz ω einer externen Quelle eingestellt werden. Bei jeder Änderung der Parameter werden die Resonanzkurve und das Zeigerdiagramm aktualisiert, sowie die Eigenfrequenz ω₀ des Systems ausgegeben.
 

  

Resonanz - Abbildung 3
  

Resonanz - Abbildung 4
 

 
Mit Hilfe dieses Programms lassen sich unter anderem Grafiken für Arbeitsblätter zur nichtkommerziellen Nutzung für Unterrichtszwecke erstellen. Beachten Sie hierbei jedoch, dass jede Art gewerblicher Nutzung dieser Grafiken und Texte untersagt ist und dass Sie zur Verfielfältigung hiermit erstellter Arbeitsblätter und Unterrichtsmaterialien eine schriftliche Genehmigung des Autors (unseres Unternehmens) benötigen.

Diese kann von einem registrierten Kunden, der im Besitz einer gültigen Softwarelizenz für das entsprechende Programm ist, bei Bedarf unter der ausdrücklichen Schilderung des beabsichtigten Verfielfältigungszwecks sowie der Angabe der Anzahl zu verfielfältigender Exemplare für das entsprechende Arbeitsblatt unter der auf der Impressum-Seite dieses Angebots angegebenen Email-Adresse eingeholt werden. Es gelten unsere AGB.
 

  
Dieses Programm eignet sich neben seinem Einsatz als Berechnungs- bzw. Animationsprogramm zudem zum Lernen, zur Aneignung entsprechenden Fachwissens, zum Verstehen sowie zum Lösen verschiedener Aufgaben zum behandelten Fachthema. Durch seine einfache interaktive Handhabbarkeit bietet es die auch Möglichkeit der Durchführung unterschiedlicher Untersuchungen hierzu. Des Weiteren eignet es sich beim Üben dazu, um das Erlernte hinsichtlich praktizierter Übungen bzw. bearbeiteter Übungsaufgaben zu überprüfen und hierzu erworbenes Wissen festigen zu können.

Es kann sowohl zur Einführung in das entsprechende Fachthemengebiet, wie auch zur Erweiterung des bereits hierzu erlangten Fachwissens sowie als Unterstützung bei der Bearbeitung von Anwendungsaufgaben genutzt werden. Des Weiteren eignet es sich auch als Begleiter bei der Bearbeitung von Abituraufgaben sowie zur Vorbereitung auf Klassenarbeiten, zur Unterstützung bei der Abiturvorbereitung und zur Intensivierung des erforderlichen Wissens beim Abitur (Abi) im entsprechenden Leistungskurs (LK).
 
Mittels der anschaulichen Gestaltung und einfachen Bedienbarbarkeit einzelner Module dieser Software können Fragen zum entsprechenden Themengebiet, die mit den Worten Was ist?, Was sind?, Wie?, Wieviel?, Was bedeutet?, Weshalb?, Warum? beginnen beantwortet werden. Dieses Programm kann auch dabei behilflich sein, einen Begriff zum entsprechenden Fachthema zu erklären.

Bei Fragen deren Wörter Welche?, Welcher?, Welches?, Wodurch? bzw. Wie rechnet man? oder Wie berechnet man? sind, können zugrunde liegende Sachverhalte oftmals einfach erklärt und nachvollzogen werden. Auch liefert diese Applikation zu vielen fachthemenbezogenen Problemen eine Antwort und stellt eine diesbezüglich verständliche Beschreibung bzw. Erklärung bereit.
 

Eine kleine Übersicht in Form von Bildern und kurzen Beschreibungen über einige zu den einzelnen Fachthemengebieten dieses Programms implementierte Unterprogramme finden Sie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Mechanik - Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Elektrotechnik - Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Optik - Kurzinfos zum Themengebiet Thermodynamik sowie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zu sonstigen Themengebieten.

 

 

Hilfreiche Informationen zu diesem Fachthema sind unter Wikipedia - Schwingkreis und unter Wikipedia - Erzwungene Schwingung zu finden.
 

 

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Lissajousche Figuren - Reihen- und Parallelschaltung - Widerstände im Wechselstromkreis - Messbrücke - Widerstandsgesetz - Kondensator Ladung - Entladung - Kondensator - Kapazitäten - Plattenkondensator - Transformator - Schwingungsüberlagerung - RC-Kreis - RL-Kreis - RLC-Kreis - Wechselstromkreis
 

 

Unterprogramm Resonanz
 

 

PhysProf 1.1 - Unterprogramm RLC-Kreis
 

MathProf 5.0 - Unterprogramm Kurven in Parameterform
 

SimPlot 1.0 - Grafik-  und Animationsprogramm für unterschiedlichste Anwendungszwecke

 

 

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