Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

79 Wechselstromwiderstand 16.3 Wechselstromwiderstand (impedance) Elektrische Geräte sind aus unserem Alltagsleben kaum mehr wegzudenken. Praktisch in allen Haus- halten und Arbeitsstellen kommen Elektrogeräte zum Einsatz. Häufig führt man ihnen mit technischem Wechselstrom (230 V, 50 Hz) elektrische Energie zu. In diesem Abschnitt wird dargelegt, welche Auswir- kungen der Einbau von Ohm´schen Widerständen, Kondensatoren und Spulen in einen Stromkreis hat, wenn der Stromkreis mit Wechselstrom betrieben wird. Wir untersuchen also den Wechselstromwider- stand von Ohm´schen Widerständen R , von Konden- satoren (Kapazität C ) und von Spulen (Induktivität L ). Um den Wechselstrom vom Gleichstrom auch in den Formeln deutlich abzuheben, bezeichnen wir wieder die Wechselspannung mit u und die Stromstärke des Wechselstroms mit i . A1 Wiederhole die Begriffe „Kapazität“ und „Induk­ tivität“! 16.3 1. Ohm´scher Widerstand Beobachtung: • Strom und Spannung verlaufen gleichphasig. • Die maximale Stromstärke ist direkt proportional zur maximalen Spannung ( I m ~ U m ). • Die maximale Stromstärke ist indirekt proportional zum Ohm´schen Widerstand R ( I m ~ 1/ R ). 2. Induktiver Widerstand (inductive reactance) Beobachtung: • Der Strom eilt bei induktiven Wechselstromwi- derständen hinter der Spannung um eine Viertel­ periode nach. Die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung beträgt – r /2. • Die maximale Stromstärke ist direkt proportional zur maximalen Spannung ( I m ~ U m ). • Die maximale Stromstärke ist indirekt proportional zum Induktivität L ( I m ~ 1/ L ). • Die maximale Stromstärke ist indirekt proportional zur Frequenz ( I m ~ 1/ ~ ). Die beiden letzten Proportionen lassen sich zusam- menfassen zu L 1 m + ~ I . Analog zum Ohm´schen Widerstand R bezeichnet man den Ausdruck ~ L als induktivenWiderstand X L : X L = ~ · L Versuch Wechselstromwiderstände Abb. 79.1 R A ~ V L C 1. 2. 3. Die Stromversorgung der Schaltung (siehe Abb. 79.1) erfolgt mit Wechselspannung, deren Fre- quenz verändert werden kann. Die Frequenz wird so niedrig gewählt, dass die Zeiger von Volt- und Amperemeter der Veränderung von Strom und Spannung folgen können. Durch Schließen je eines der Schalter 1, 2 und 3 lassen sich die Strom- und Spannungsverhältnisse am Ohm´schen Widerstand, an der Spule und am Kondensator untersuchen. Im Laufe des Versuchs werden diese Bauelemente durch solche mit an- deren Werten ausgetauscht, um den Einfluss von R, C und L auf die Stromstärke zu untersuchen. Auch der Einfluss der Frequenz des Wechsel- stroms auf die Stromstärke lässt sich messen. Abb. 79.2 Spannung u u 0 U m U eff -U m E ektivwert der Wechselspannung Scheitelwert der Wechselspannung · t  2 π Spannung u Stromstärke i u i · t  Abb. 79.3 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv