Kapazitiver und induktiver Widerstand (Frequenzgang)

Kurzbeschreibung

Eine Kapazität (1 mF) und eine Induktivität (250 Wdg. mit geschlossenem magnetischen Kreis) werden nacheinander an einem Funktionsgenerator mit konstanter Ausgangsspannung, aber variabler Frequenz angeschlossen. Jedesmal mißt man den Strom im Kreis in Abhängigkeit von der Frequenz. Wir beschränken uns dabei auf den Hörbereich (100 Hz bis 1 kHz) und demonstrieren die eingestellte Frequenz mit einem Verstärker und einem Lautsprecher (Leybold- Tonverstärker). Der Strom wird über ein Mavo- Gerät angezeigt. Es stellt sich heraus, daß beim Kondensator der Strom mit wachsender Frequenz ansteigt, bei der Spule aber abfällt.

Physikalische Erklärung

Jeder Kondensator enthält einen Isolator, da er sich ansonsten selbst entladen würde. Gleichstrom kann diesen Isolator nicht durchdringen. Wechselstrom kann hingegen fließen, dabei wird der Kondensator immer wieder geladen und entladen. Da mit jedem Ladevorgang nur eine bestimmte Ladungsmenge Q = CU transportiert wird, kann mehr Strom fließen, wenn in der gleichen Zeit mehr Ladevorgänge stattfinden, also die Frequenz höher ist.

Durch den Strom, der durch die Spule fließt, wird innerhalb der Spule ein Magnetfeld erzeugt. Wenn sich die Stromstärke ändert, ändert sich auch der magnetsiche Fluss in der Spule. Dadurch wird nach dem Faradayschen Indunktionsgesetz eine Spannung induziert (Selbstindunktion). Diese Spannung ist so gerichtet, dass sie dem Stromfluss entgegenwirkt (Lenzsche Regel) und damit als Widerstand wirkt. Dieser Widerstand wird, weil im Gegensatz zum ohmschen Widerstand keine Energie dissipiert wird, Impedanz genannt. Bei hohen Frequenzen ändert sich die Stromrichtung häufig, deshalb ist die Impedanz dort hoch und es fließt wenig Strom.

Betriebsanleitungen: Elektrogeräte

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