Elektrodynamik und Optik - Fachbereich Physik der Universität ...

Elektrodynamik 95
V14 Dioden, Thermoelement & Peltier-Element
Wiederholung
• Werden Widerstand, Kondensator und Spule in Stromkreisen betrachtet,
lässt sich feststellen, dass sich ihr Strom-Spannungsverhalten
unterscheidet.
• Bei Ein-/Ausschaltvorgängen folgt der Strom in einem Widerstand zeitlich
genau dem Spannungsverlauf. Bei einem Kondensator ist der Stromfluss
dagegen zunächst maximal und nimmt mit zunehmender Ladung der
Kondensatoroberfläche (Platten) bis auf Null ab, da irgendwann die auf
den Platten deponierten Ladungen eine Spannung erzeugt haben
werden, die dem Betrag nach genau der angelegten Spannung entspricht.
Beim Abschalten wird genau der gleiche Stromverlauf, allerdings mit
entgegen gesetztem Vorzeichen beobachtet. Dieser Verlauf folgt einer e-
Funktion. Im Gegensatz dazu nimmt der Strom beim Anschalten einer
Spule nur langsam bis zu einem Sättigungswert zu, da die sich während
des Anschaltens von Null auf einen endlichen Wert ändernde äußere
Spannung in der Spule eine Induktionsspannung erzeugt, die der äußeren
Spannung entgegenwirkt (Lenz’sche Regel) und damit den Stromfluss in
die Spule hinein behindert. Umgekehrt führt die durch den
Abschaltprozess sich ändernde Spannung zu einer Induktionsspannung,
die diesem Abschaltprozess entgegenwirkt, wodurch der Stromabfall beim
Abschalten nicht sprunghaft, sondern langsam erfolgt. Diese
Induktionsspannung addiert sich beim Abschalten zur Restspannung und
kann dabei zu Spannungsspitzen führen, denen der Verbraucher (die
Spule) nicht standhält und die damit zu einer Zerstörung des
Verbrauchers führen (z.B. der Glühwendel einer Glühbirne).
• In Gleichstromkreisen folgt ein Widerstand dem Ohm’schen Gesetz; ein
Kondensator wirkt wie ein durchtrenntes Kabel, und eine Spule einem
Kurzschluss (bei vernachlässigbarem Innenwiderstand des
Spulendrahtes).
• Beim Anlegen einer Wechselspannung wird beobachtet, dass sich Strom
und Spannung nicht in Phase befinden müssen (d.h. zu anderen
Zeitpunkten ihre jeweiligen Maxima erreichen). Dies trifft nicht für den
Widerstand zu, jedoch auf Kondensator und Spule: Bei einem
Kondensator eilt der Wechselstrom der angelegten Wechselspannung um
90° voraus, bei der Spule hinkt er um 90° hinterher.
Computersimulation
Phasenverschiebung bei
R, C und L in
Wechselstromkreisen