Wechselstrom mit RLC 1.1

Das Programm Wechselstrom mit R-L-C-Schaltungen soll die Zusammenhänge bei elektrischen Schaltungen mit Widerständen, Spulen und Kondensatoren veranschaulichen und erklären. Dabei wird von einer cosinusförmigen Gesamtspannung ausgegangen. Im Zentrum der Veranschaulichung stehen diverse grafische Darstellungen. Dazu gehören unter anderem die Grafik der zugrunde liegenden Schaltung, Zeigerdiagramme für Spannungen und Ströme, U(t)-Diagramm für alle vorkommenden Spannungen, I(t)-Diagramm für alle vorkommenden Ströme, P(t)-Diagramm für die elektrische Leistung, R(f)-Diagramm für den Betrag der Impedanz in Abhängigkeit von f, I(f)-Diagramm für den Betrag der Stromstärke in Abhängigkeit von f sowie Ortskurven-Grafik für die Impedanz und die Admittanz.

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Wechselstrom mit RLC

Schaltungsarten und Berechnungsgrundlagen

Die Auswahl der Schaltungsart erfolgt aus einer Liste von 21 vorgegebenen Schaltungen. Darunter befinden sich die Einzelelemente, Reihen- und Parallelschaltungen davon, aber auch Kombinationen einer Reihen- mit einer Parallelschaltung. Zu jeder Schaltungsart können in einem Info-Fenster die Grundlagen zur Berechnung von Impedanzen, Teilströmen und Teilspannungen abgerufen werden und alle elektrischen Größen können manuell verändert werden. Das geschieht entweder durch direkte Eingabe des Wertes oder durch Ziehen mit der Maus am entsprechenden Schaltelement. Eine Aufwärtsbewegung erhöht dabei den Wert, eine Abwärtsbewegung verringert ihn. Da die übrigen Grafiken dabei dynamisch angepasst werden, erhält man so einen guten Überblick über die Folgen einer Veränderung der Werte. Die erstellten Diagramme können entweder einzeln oder in einer Gruppe der auf dem Bildschirm sichtbaren Grafiken exportiert werden (PNG, JPG, BMP). So lassen sich die Grafiken in Arbeitsbögen und selbst gestaltete Dokumente einfügen. Auch die direkte Ausgabe auf Druckern ist, ähnlich wie beim Grafikexport, möglich. Zur weiteren Veranschaulichung lässt sich eine Animation starten, die den Zeitablauf der elektrischen Größen simuliert. Während sich die Zeiger im Zeigerdiagramm drehen, erscheint im U(t)- und I(t)-Diagramm eine Markierung, die die aktuelle zugehörige Zeit hervorhebt.

Erläuterungen für den Unterricht oder Selbststudium

Das Programm Wechselstrom mit R-L-C-Schaltungen ist einerseits für alle geeignet, die tiefer in die Zusammenhänge bei R-L-C-Schaltungen eindringen wollen, denn die zahlreichen Erläuterungen laden zum Selbststudium ein. Andererseits bietet das Programm diverse Möglichkeiten der Demonstration für den Unterricht in der Sekundarstufe II oder an Fachhochschulen.