Wechselstrom
Wechselstrom ist eine kostenlose interaktive Simulation aus dem StudyFi Lab. Sie läuft direkt im Browser, ohne Anmeldung und ohne Installation.
Sinusschwingung, Effektivwert, RLC-Kreise und ein Transformator
Experimente
Sinusförmige Wechselspannung
Eine Wechselspannung ändert sich nach u(t) = U_max·sin(ωt + φ) mit ω = 2πf. Sie ist die senkrechte Projektion eines Zeigers der Länge U_max, der sich mit der Winkelgeschwindigkeit ω dreht; eine volle Umdrehung dauert die Periode T = 1/f. Der Effektivwert U_eff = U_max/√2 erwärmt einen Widerstand genauso wie eine gleich große Gleichspannung — die 230 V der Steckdose sind der Effektivwert, der Scheitelwert liegt bei etwa 325 V.
Probier das: Wähle die Voreinstellung Europa und vergleiche U_max mit U_eff, dann wechsle zu USA und beobachte, wie die Periode kürzer wird.
R, L und C im Wechselstromkreis
Im Widerstand sind Strom und Spannung in Phase. In der Spule eilt der Strom der Spannung um 90° nach, und ihr Blindwiderstand X_L = 2πfL wächst mit der Frequenz. Im Kondensator eilt der Strom der Spannung um 90° voraus, und sein Blindwiderstand X_C = 1/(2πfC) sinkt mit der Frequenz. Die Stromamplitude ist I = U/X.
Probier das: Wähle den Kondensator und erhöhe die Frequenz: X_C sinkt, also steigt der Strom. Probiere dann dasselbe mit der Spule.
Resonanz im RLC-Reihenschwingkreis
Im RLC-Reihenkreis ziehen sich die Blindwiderstände voneinander ab: Die Impedanz ist Z = √(R² + (X_L − X_C)²), und die Spannung eilt dem Strom um φ = atan((X_L − X_C)/R) voraus. Bei der Resonanzfrequenz f₀ = 1/(2π√(LC)) gilt X_L = X_C, also Z = R, φ = 0, und der Strom ist am größten. Oberhalb von f₀ verhält sich der Kreis induktiv (φ > 0), darunter kapazitiv (φ < 0).
Probier das: Stelle f auf f₀ — die Spannungen an L und C heben sich auf, und jede kann größer sein als die Quellenspannung. Erhöhe dann R und beobachte, wie die Spitze der Resonanzkurve niedriger und breiter wird.
Transformator
Der Wechselstrom in der Primärspule erzeugt im Eisenkern einen sich ändernden magnetischen Fluss, der in der Sekundärspule eine Spannung induziert. Die Spannungen stehen im Verhältnis der Windungszahlen: U₂ = U₁·N₂/N₁. Ein idealer Transformator verliert keine Energie, also gilt U₁·I₁ = U₂·I₂ — steigt die Spannung, sinkt der Strom im gleichen Verhältnis.
Probier das: Mache N₂ zehnmal so groß wie N₁ — die Spannung steigt auf das Zehnfache, aber der Primärstrom ist zehnmal so groß wie der Sekundärstrom. Deshalb wird Strom mit Hochspannung übertragen.
Häufige Fragen
Was ist Wechselstrom?
Wechselstrom ist eine kostenlose interaktive Simulation aus dem StudyFi Lab. Sie läuft direkt im Browser, ohne Anmeldung und ohne Installation. Sinusschwingung, Effektivwert, RLC-Kreise und ein Transformator
Ist Wechselstrom kostenlos?
Ja. Wechselstrom ist komplett kostenlos. Es läuft im Browser auf Computer, Tablet und Handy, und du brauchst kein Konto.
Was kann ich in Wechselstrom entdecken?
Sinusförmige Wechselspannung, R, L und C im Wechselstromkreis, Resonanz im RLC-Reihenschwingkreis, Transformator.
Was zeigt das Experiment „Sinusförmige Wechselspannung“?
Eine Wechselspannung ändert sich nach u(t) = U_max·sin(ωt + φ) mit ω = 2πf. Sie ist die senkrechte Projektion eines Zeigers der Länge U_max, der sich mit der Winkelgeschwindigkeit ω dreht; eine volle Umdrehung dauert die Periode T = 1/f. Der Effektivwert U_eff = U_max/√2 erwärmt einen Widerstand genauso wie eine gleich große Gleichspannung — die 230 V der Steckdose sind der Effektivwert, der Scheitelwert liegt bei etwa 325 V.
Was zeigt das Experiment „R, L und C im Wechselstromkreis“?
Im Widerstand sind Strom und Spannung in Phase. In der Spule eilt der Strom der Spannung um 90° nach, und ihr Blindwiderstand X_L = 2πfL wächst mit der Frequenz. Im Kondensator eilt der Strom der Spannung um 90° voraus, und sein Blindwiderstand X_C = 1/(2πfC) sinkt mit der Frequenz. Die Stromamplitude ist I = U/X.
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