Ungedämpfte elektromagnetische Schwingungen
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- Charlotte Kaiser
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1 Lehrer-/Dozentenblatt Ungedämpfte elektromagnetische Schwingungen (Artikelnr.: P ) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse Lehrplanthema: Elektrizitätslehre Unterthema: Elektromagnetische Schwingungen und Wellen Experiment: Ungedämpfte elektromagnetische Schwingungen Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Mittel 10 Minuten 10 Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusatzinformationen An der in diesem Versuch verwendeten meißnerschen Schwingschaltung soll das Prinzip der Entdämpfung eines Schwingkreises durch Rückkopplung verständlich gemacht werden. Ein System aus einem Verstärker und einer Rückkopplungsschaltung kann sich zu Schwingungen einer bestimmten Frequenz erregen, falls die Verstärkung den Amplitudenverlust in der Rückkopplungsschaltung mindestens ausgleicht und die rückgekoppelte Spannung bei der gewünschten Frequenz phasengleich mit der verstärkten Spannung ist. Diese als barkhausensche Selbsterregungsbedingung bezeichneten Forderungen können mit der Versuchsschaltung erfüllt werden. Der Rückkopplungsfaktor, d.h. das Verhältnis der Windungszahlen von Schwingkreis- und Rückkopplungsspule, ist 4:1. Es genügt daher eine Spannungsverstärkung von 4, um die Amplitudenbedingung zu erfüllen. Die Phasenbedingung ist nur für die Eigenfrequenz des Schwingungskreises erfüllt, weil bei allen anderen Frequenzen keine Phasengleichheit beider Spannungen besteht. Hinweise zu Aufbau und Durchführung Durch richtige Wahl der Anschlüsse an den Spulen muss gesichert sein, dass dem Schwingkreis die rückgekoppelte Spannung nicht mit entgegengesetzter Phase zugeführt wird.
2 Uegedämpfte elektromageetische Schwieguegee (Artikeler.: P ) Aufgabe ued Material Aufgabe Wie kaee mae uegedämpfte elektromagetetische Schwieguegee erzeugee? Rege einen Schwingkreis durch Rückkopplung über eine Transistor-Verstärkerstufe zu ungedämpften elektromagnteischen Schwingungen an.
3 Material Positioe Material Besteller. Meege 1 Leitungs-Baustein, gerade, SB Leitungs-Baustein, winklig, SB Leitungs-Baustein, T-förmig, SB Leitungs-Baustein, unterbrochen, SB Leitungs-Baustein, Anschlussbaustein, SB Leitungs-Baustein, gerade mit Buchse, SB Leitungs-Baustein, winklig mit Buchse, SB Widerstand 500 Ohm, SB Widerstand 47 kohm, SB Potentiometer 10 kohm, SB Transistor NPN (BC337), SB Kondensator 47 nf, SB Kondensator (ELKO) 47 µf, SB Kopfhörer 2kOhm, 4 mm-stecker Spule, 400 Windungen Spule, 1600 Windungen U-Kern Joch Verbindungsleitung, 32 A, 250 mm, rot Verbindungsleitung, 32 A, 250 mm, blau Verbindungsleitung, 32 A, 500 mm, rot Verbindungsleitung, 32 A, 500 mm, blau PHYWE Netzgerät DC: V, 2 A / AC: 6 V, 12 V, 5 A
4 Aufbau ued Durchführueg Aufbau Beide Spulen auf den U-Kern setzten; Joch auf den U-Kern legen; Versuch nach Abb. 1 und Abb. 2 aufbauen. Abb. 2 Abb. 1 Durchführueg Netzgerät einschalten und Gleichspannung 10 V- einstellen Potentiometer verändern; dabei darauf achten, ob der Kopfhörer einen Ton erzeugt; Potentiometer so einstellen, dass der Ton leiser ist; falls kein Ton zu hören ist, die Anschlüsse an einer Spule vertauschen und Versuch wiederholen 1. Aufgabe: Joch vom U-Kern abheben, Abstand zwischen Joch und U-Kern variieren und dabei auf die Tonhöhe achten; Beobachtung im Protokoll notieren 2. Aufgabe: Joch vom U-Kern entfernen; Spule 1600 Wdg. auf dem U-Kern hin und her schieben; auf die Tonhöhe achten; Beobachtung notieren 3. Aufgabe: Spule 400 Wdg. langsam vom U-Kern abziehen und auf den Ton achten; Beobachtung notieren 4. Aufgabe: Anschlüsse zu einer Spule vertauschen, Potentiometer verändern und Beobachtung notieren; Anschlüsse wieder in die ursprüngliche Anordnung bringen Netzgerät ausschalten; Widerstand 500 Ω durch den Leitungsbaustein ersetzen und für den Schwingkreis den Kondensator 47 µf verwenden; Joch auf den U-kern legen 5. Aufgabe: Netzgerät wieder einschalten; Joch vom U-Kern ein wenig anheben und Beobachtung im Protokoll notieren Netzgerät ausschalten
5 Protokoll: Uegedämpfte elektromageetische Schwieguegee Ergebeis - Beobachtuegee 1 (10 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen zur 1. Aufgabe (s. Durchführung). Ergebeis - Beobachtuegee 2 (10 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen zur 2. Aufgabe (s. Durchführung).
6 Ergebeis - Beobachtuegee 3 (10 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen zur 3. Aufgabe (s. Durchführung). Ergebeis - Beobachtuegee 4 (10 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen zur 4. Aufgabe (s. Durchführung).
7 Ergebeis - Beobachtuegee 5 (10 Puekte) Notiere Deine Beobachtungen zur 5. Aufgabe (s. Durchführung). Auswertueg - Frage 1 (10 Puekte) Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Höhe und der Frequenz eines Tones?
8 Auswertueg - Frage 2 (10 Puekte) Die verwendete Schwingschaltung setzt sich aus 3 Funktionsteilen zusammen, dem Schwingkreis, der Rückkopplung und dem Verstärker. Nenne die Bauelemente, die zu diesen Funktionsteilen gehören. Auswertueg - Frage 3 (10 Puekte) Warum verändert sich die Frequenz des Tones, wenn das Joch bewegt oder die Spule auf dem Kern verschoben wird?
9 Auswertueg - Frage 4 (10 Puekte) Warum setzten die Schwingungen aus, wennn die Spule mit 400 Windungen vom Eisenkern abgezogen wird? Auswertueg - Frage 5 (10 Puekte) Warum entstehen keine ungedämpfte Schwingungen, wenn die Anschlüsse an einer Spule vertauscht werden?
10 Auswertueg - Frage 6 (10 Puekte) Wofür könnte eine Schwingschaltung verwendet werden?
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