Home About us Products Services Contact us Bookmark
:: wikimiki.org ::
Initiator

Initiator

Auch in der Chemie der Polymere und bei der SCSI-Technologie gibt es Initiatoren ---- Ein Initiator im technischen Sinn ist ein Schalter, der berührungslos arbeitet und auf Metall reagiert. Aufgrund der Arbeitsweise eines Initiators sollte das Metall magnetische Eigenschaften aufweisen. Funktionsweise: Im "Kopf" des Initiators befindet sich eine Spule, die Teil eines elektrischen Schwingkreises ist. Ändert sich nun durch Annäherung von Metall die Induktivität der Spule, so ändert sich auch die Resonanzfrequenz des Schwingkreises. Dieses wertet der Initiator aus und schaltet somit den Ausgang. Anwendungsbeispiel: Positionsüberwachung in automatischen Werkzeugen, bei denen eine der beiden Grundstellungen (vor oder zurück) klar definiert sein muss. (Auswertung in SPS) Es gibt auch Initiatoren, die mit Schallwellen arbeiten (sog. Sonarberos), die bei Annäherung reflektiert werden und somit den Schaltvorgang auslösen. Sie reagieren nicht nur auf Metall, sondern auch auf alle anderen Materialien. Kategorie:Elektronik

Polymer

Ein Polymer (altgriech.: poly, viel; meros, Teil) ist eine chemische Verbindung, die aus Ketten- oder verzweigten Molekülen (Makromolekülen) besteht, die aus gleichen oder gleichartigen Einheiten (den sogenannten Monomeren) bestehen. Das Adjektiv polymer bedeutet entsprechend aus vielen gleichen Teilen aufgebaut.

Definition (im Sinne des Chemikaliengesetzes)

Ein Polymer ist ein Stoff, dessen Moleküle aus verketteten Monomereinheiten bestehen. Dieser Stoff gilt dann als Polymer
- wenn eine einfache Gewichtsmehrheit von Molekülen mit mindestens drei Monomereinheiten enthalten ist
- welche mit einer weiteren Monomereinheit, oder einem anderen Reaktanden verknüpft sind
- und mittels Atombindung (kovalente oder Elektronenpaarbindung) eine Bindung eingegangen sind. Ebenfalls gilt ein Stoff als Polymer, wenn davon abweichend
- weniger als eine einfache Gewichtsmehrheit von Molekülen enthalten ist
- welche in einem bestimmten Molekulargewichtsbereich liegen
- wobei die Abweichungen im Molekulargewicht im Wesentlichen auf die Unterschiede in der Anzahl der Monomereinheiten zurückgehen. Eine Monomereinheit im Sinne dieser Begriffsbestimmung ist die gebundene Form eines Monomers in einem Polymer.

Polymerchemie

Die Kettenbildung, das heißt die Verbindung einzelner Monomere, geschieht durch Polyreaktionen wie z.B. Polymerisation, Polykondensation oder Polyaddition). Dabei verbinden sich die Monomere zu Polymeren. Polymere aus unterschiedlich gebauten Monomeren nennt man Heteropolymere oder Copolymere. Die meisten Kunststoffe sind Polymere, bei denen der Kohlenstoff für die molekulare Kettenbildung sorgt. Man unterscheidet isotaktische Polymere, bei denen alle Substituenten einer Polymerkette die gleiche stereoelektronische Konformation haben, wie z.B. isotaktisches Polystyrol mit Konfiguration R-R-R-R-R-... oder S-S-S-S-S-... Bei ataktischen Polymeren sind die Substituenten wahllos geordnet (eine Art Racemat). Als syndiotaktisch bezeichnet man Polymere, deren Substituenten abwechselnd aus R und S bestehen.

Beispiele


- Synthetische Polymere auf Kohlenstoffbasis:
  - PE (Polyethylen)
  - PP (Polypropylen)
  - PVC (Polyvinylchlorid)
  - PS (Polystyrol, besser bekannt in geschäumtem Zustand als Styropor(® BASF AG))
  - PTFE (Polytetrafluorethylen, Handelsname: Teflon(® E. l. Du Pont de Nemours and Company))
  - PMMA (Polymethylmethacrylat, Handelsname: Plexiglas(® Röhm GmbH & Co. KG))
  - PA (Polyamid), Handelsname: Nylon)
  - Polyester, zu dieser Produktgruppe gehören auch PC (Polycarbonat, Handelsname Makrolon (® Bayer AG)) und PET (Polyethylenterephthalat)
  - Dendrimere; stark verzweigte Strukturen
- Synthetische Polymere auf anderer Basis:
  - Auch das Silizium ist in der Lage, stabile Verbindungen mit sich selbst einzugehen. Dabei entstehen Silikone.
- Biopolymere:
  - Proteine (Enzyme, Haare, Seide)
  - DNA (Erbsubstanz)
  - RNA
  - Kohlenhydrate (Zellulose, Holz, Papier, Stärke, Chitin)
  - Polyhydroxyalkanoate (Biopolyester als Energie- und Kohlenstoff-Speicher von Bakterien)

Ökologische Erwägungen

Gesundheitsrisiken gehen praktisch nie vom Polymer selbst aus. Ein Beispiel dafür ist das PVC: Erst bei der Verbrennung entsteht das giftige und stark ätzende Gas Chlorwasserstoff, das sich in Wasser unter Bildung von Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure) löst. Außerdem entstehen bei Schwelbränden in größeren Mengen Dioxine. Die Auswirkungen konnte man bei dem Brand des Düsseldorfer Flughafens beobachten, bei dem die Schadwirkung überwiegend von Kabelummantelungen aus PVC ausging. Das Polymer PVC selbst ist lebensmittelecht und wird auf Grund seiner ausgezeichneten Gasdichtigkeit in der Medizin zum Beispiel für Blutkonserven verwendet. Weitere Probleme können durch in praktisch jedem Kunststoffgegenstand vorhandene Zusatzstoffe entstehen, beispielsweise Weichmacher. Diese werden überwiegend bei PVC eingesetzt

Polymerphysik

Nach ihren physikalischen Eigenschaften unterteilt man die Polymere in: #Die Thermoplaste, #die Elastomere und die #Duroplaste. Bei den Thermoplasten unterscheidet man noch zwischen (teil)kristallinen und den amorphen Thermoplasten.

Polymerelektronik

Hier werden leitende (elektrisch aktive) Polymere zum Aufbau von polytronischen Anwendungen verwendet. Anders als in der Molekularelektronik wird die Information nicht in einzelnen Molekülen, sondern in verschieden dotierten Volumina verarbeitet. Solche elektronischen Anwendungen sind beispielsweise:
- Funktionsschichten: UV-Filter
- Displays: OFETs, OLEDs
- RFID-Tags
- Solarzellen
- Sensoren und Aktoren

Weblinks


- [http://www.polymerelektronik.org/ VDMA-Polymerelektronik]
- [http://www.uni-ulm.de/oc2/uni_ulm_juni2002.htm Chemischer Hintergrund] Kategorie:Weiche Materie Kategorie:Kunststoff ja:重合体 ko:중합체 ms:Polimer th:โพลีเมอร์

Schalter

Der Ausdruck Schalter (vom spätmittelhochdeutschen: schalter Schieber, Riegel) bezeichnet 1. ein Gerät zum Herstellen oder Unterbrechen einer elektrischen Verbindung (siehe Schalter (Elektrotechnik)), zum Beispiel
- Ausschalter
- Einschalter
- Lichtschalter
- Wechselschalter 2. einen abgeteilten Raum innerhalb von Verkehrs- und Finanzeinrichtungen zum Abfertigen des Publikums, zum Beispiel
- Abfertigungsschalter
- Bahnhofsschalter
- Bankschalter
- Postschalter

Magnetisch

Magnetismus ist ein fundamentales physikalisches Phänomen, das sich als anziehende und abstoßende Kraft zwischen Magneten, magnetisierbaren Gegenständen und stromdurchflossenen Leitern äußert. Alle Erscheinungsformen von Magnetismus können letztlich auf die Bewegung von elektrischen Ladungen oder den Spin von Elementarteilchen zurückgeführt werden. Der Magnetismus gehört zum Elektromagnetismus, welche eine der vier Grundkräfte der Physik ist. :Dieser Artikel erklärt derzeit (per Weiterleitung) auch die Begriffe Magnetfeld, Magnetisierung. Ergänzende Informationen finden sich im Artikel Magnet. Der Elektromagnetismus wird derzeit im Artikel Elektrodynamik abgehandelt.

Überblick

Magnetismus als fundamentale Naturkraft

Magnetismus ist zu unterscheiden von anderen Naturkräften wie der Massenanziehung (Gravitation) und der Anziehung oder Abstoßung zwischen elektrisch geladenen Körpern (Elektrostatik). Während die Gravitation zwischen allen (massebehafteten) Körpern und die elektrische Anziehung oder Abstoßung zwischen allen geladenen Körpern wirkt, ist der Magnetismus in der Hauptsache auf einige wenige Materialien, wie insbesondere Eisen, Kobalt und Nickel, beschränkt (Ferromagnetismus); der schwache Magnetismus der meisten übrigen Materialien (Diamagnetismus, Paramagnetismus) ist nur mit empfindlichen Messgeräten nachweisbar. Neben dem statischen Magnetismus aufgrund von Materialeigenschaften gibt es auch die dynamischen magnetischen Effekte (Elektrodynamik) im (Induktionsfeld) oder (Nahfeld) stromdurchflossener Leiter oder im (Strahlungsfeld) oder (Fernfeld) elektrischer Antennen. Dabei treten elektrische und magnetische Wechselfelder immer gleichzeitig auf. Ein tieferer Unterschied zwischen der Gravitation auf der einen Seite und den elektrischen und magnetischen Kräften auf der anderen Seite besteht darin, dass sich Massen stets gegenseitig anziehen, wohingegen sich elektrische Ladungen und magnetische Pole sowohl anziehen als auch abstoßen können, was man durch ein Vorzeichen zum Ausdruck bringt (positive und negative Ladungen; magnetischer Süd- und Nordpol). Der grundlegende Unterschied zwischen elektrischen und magnetischen Kräften besteht darin, dass man elektrische Ladungen räumlich trennen kann (Monopole als Quellen und Senken von Feldlinien), wohingegen auch der kleinste Magnet stets zwei Pole aufweist (Dipol).

Magnetismus als Fernwirkung

Magnetismus ist eine Wechselwirkung zwischen räumlich getrennten Körpern, also eine Fernwirkung. In der physikalischen Theorie arbeitet man mit der Vorstellung, dass Fernwirkungen über Felder vermittelt werden. Felder Felder Richtung und Stärke magnetischer Kräfte kann man durch Feldlinien anschaulich darstellen. Ein Magnet ruft ein magnetisches Feld (=Magnetfeld) hervor und wird von diesem durchströmt; seine Pole sind die Oberflächenbereiche, in denen der überwiegende Teil des Magnetfeldes ein- beziehungsweise austritt. Die Berechnung von Feldlinien in der Umgebung eines Magneten ist Aufgabe der Magnetostatik. Außer durch magnetische Materialien werden Magnetfelder durch elektrische Ströme verursacht; umgekehrt erfahren stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld Kräfte. Dieser Elektromagnetismus wird unter anderem in Elektromagneten, Transformatoren, Motoren, Generatoren sowie bei der Datenspeicherung technisch ausgenutzt. Darüberhinaus können sich oszillierende elektromagnetische Felder von Materie ablösen und als Wellen im Raum ausbreiten: Zu diesen elektromagnetischen Wellen zählen Rundfunksignale, Mikrowellen, UV- und Röntgenstrahlung ebenso wie sichtbares Licht.

Magnetfelder

Feldlinien

Magnetische Feldlinien können durch die Ausrichtung von Eisenfeilspänen sichtbar gemacht werden; für dreidimensionale Demonstrationen kann man die Eisenfeilspäne zum Beispiel in Silikonöl suspendieren. suspendieren In der Elektrostatik verlaufen Feldlinien von positiven zu negativen Ladungen. In der Magnetostatik hingegen gibt es keine Ladungen (magnetische Monopole sind mathematisch denkbar; alle experimentellen Tatsachen sprechen aber gegen ihre Existenz). Somit ist das Magnetfeld «quellenfrei»; magnetische Feldlinien haben keinen Anfang und kein Ende, sondern verlaufen als geschlossene Bahnen. Die Richtung der Feldlinien stimmt in jedem Punkt mit der Richtung des Magnetfeldes überein. Der Abstand zwischen benachbarten Feldlinien ist ein Anhaltspunkt für die Stärke des Magnetfeldes: je dichter die Feldlinien, desto stärker das Feld.

Magnetische Kraftwirkung

In der Elektrostatik ist die Wirkung des Feldes leicht zu verstehen: eine positive Probeladung (eine sehr kleine Ladung, die die Wirkung eines Feldes erfährt, ohne dieses selbst nennenswert zu verändern) wird in Richtung der Feldlinie beschleunigt, unabhängig davon, ob die Probeladung vorher in Ruhe war oder nicht. Das magnetische Feld hingegen wirkt nicht auf ruhende, sondern nur auf bewegte Ladungen (Lorentzkraft) oder auf Magnete und magnetisierbare Körper. Im einfachsten Fall kann man diese Probekörper als Dipole beschreiben (siehe magnetischer Dipol). Das Magnetfeld übt auf den Probekörper ein Drehmoment aus und richtet ihn parallel zu den Feldlinien aus. Dieser Effekt wird zum Beispiel beim magnetischen Kompass ausgenutzt, in dem sich die Kompassnadel, ein magnetischer Dipol, nach dem Erdmagnetfeld ausrichtet. Die Anziehung zwischen zwei Stabmagneten ist hingegen ein komplizierterer Effekt, der durch den Gradienten des Magnetfeldes verursacht wird: zwei entgegengesetzte Pole ziehen sich an, weil in ihrer Nähe die Feldlinien dichter sind als an den entgegengesetzten Polen.

Größen und Einheiten

Die Stärke eines Magnetfeldes kann durch zwei verschiedene physikalische Größen ausgedrückt werden, die magnetische Feldstärke (Einheit: A/m) und die magnetische Flussdichte (Einheit Tesla). Während die magnetische Feldstärke bei Berechnungen mit elektrischen Strömen von Vorteil ist, verwendet man die magnetische Flussdichte zum Berechnen von induzierten Spannungen oder der Lorentzkraft. Die beiden Feldgrößen sind über einen materialabhängigen Umrechnungsfaktor, der Permeabilität genannt wird, miteinander verknüpft. Im Vakuum ist dies eine Konstante, die sich aus der Wahl des Einheitensystems ergibt.

Elektromagnetismus

Magnetische Kräfte werden durch die Bewegung elektrischer Ladungen erzeugt. Die Geschwindigkeit (in Betrag und Richtung), sowie die Größe (Betrag und Vorzeichen) der bewegten Ladungen bestimmen die Stärke und Richtung der magnetischen Kräfte. Für eine abstraktere Darstellung des Elektromagnetismus siehe den Artikel Elektrodynamik. Elektrodynamik Eine konstante Bewegung von Ladungsträgern bewirkt ein magnetisches Feld, das folgenden Regeln folgt:
- Für einen elektrischen Strom, der durch einen Draht fließt, lässt sich die Richtung des Magnetfelds mit Hilfe der Rechte-Hand-Regel bestimmen: Der Leiter wird so umfasst, dass der abgespreizte Daumen die konventionelle/technische Stromrichtung (entgegen dem Elektronenfluss) anzeigt, dann zeigen die Finger die Richtung des entstehenden Magnetfeldes an.
- Für einen Kreisstrom gilt: Wenn die Finger der rechten Hand in Richtung des Elektronenflusses gekrümmt sind, zeigt der Daumen in Richtung des magnetischen Nordpols.
- Eine andere Regel hierzu ist die so genannte Rechtsschraubenregel.
- Messung von magnetischen Feldern ist u.a. mit Hallsonden möglich. In elektrischen Leitern, die sich durch ein magnetisches Feld bewegen, wird eine Spannung und gegebenenfalls ein Stromfluss induziert. Zeitlich veränderliche Bewegung von Ladungsträgern resultiert in einer differenzialen Veränderung im elektrostatischen und magnetischen Feld ihrer Umgebung. Man spricht von elektromagnetischen Wellen wenn die Frequenz der Veränderung sich in gegebenen Medien ausbreitet. Licht (egal ob sichtbar oder unsichtbar) und Rundfunk sind die bekanntesten Formen dieses Prinzipes. Aber auch in der Metallverarbeitung (Induktionsöfen) und zum Erhitzen von sogar nichtleitenden Substanzen kommt diese Form des Elektromagnetismus zur Anwendung (Mikrowellenherd).

Magnetismus in Materie

Der Magnetismus von Festkörpern hat seinen Ursprung im Magnetismus der Atome/Ionen und Elektronen, aus denen er aufgebaut ist. Im engeren Sinne spricht man nur dann von einem magnetischen Material, wenn die elementaren magnetischen Momente so ausgerichtet sind, dass sie sich zumindest nicht vollständig gegenseitig kompensieren, der Stoff also eine makroskopische Magnetisierung aufweist. Bekannte Beispiele sind die ferromagnetischen Metalle Nickel und Kobalt oder auch das Mineral Magnetit. Aber auch wenn ein Stoff keine makroskopische Magnetisierung aufweist, kann er von Magnetfeldern beeinflusst werden; solche Effekte sind in der Regel jedoch viel zu schwach, um sie im Alltag beobachten zu können. Die Magnetochemie, ein Teilbereich der Physikalischen Chemie untersucht die magnetischen Eigenschaften von Substanzen.

Magnetisches Moment von Elementarteilchen

Elementarteilchen besitzen ein jeweils charakteristisches Magnetisches Moment \mu.

Magnetisches Moment von Atomen

Das magnetische Moment eines Atoms setzt sich zusammen aus dem Beitrag der Elektronenhülle (Hüllenmoment), und dem im allgemeinen viel schwächeren Kernbeitrag (Kernmoment). Zum Hüllenmoment tragen das Bahnmoment, das mit dem Bahndrehimpuls der Elektronen verknüpft ist, und das durch den Elektronenspin bestimmte Spinmoment bei. Die Summe der magnetischen Momente der Elektronen einer voll gefüllten (Sub-)Schale ergibt jeweils null, sodass Atome, die keine teilgefüllten Schalen besitzen, kein permanentes Hüllenmoment aufweisen. Im äußeren Magnetfeld wird jedoch ein magnetisches Moment induziert, das seiner Entstehung entgegenwirkt (abstoßende Kraft im inhomogenen Magnetfeld). Atome mit dieser Eigenschaft nennt man diamagnetisch. Atome mit teilgefüllten Schalen weisen hingegen ein permanentes Hüllenmoment auf. Solche Atome heißen paramagnetisch. Auch wenn das Kernmoment sehr klein ist, lässt es sich nicht nur nachweisen (NMR, "Nuclear Magnetic Resonance" = Kernmagnetische Resonanz), sondern auch praktisch anwenden (z.B. Kernspintomografie).

Magnetismus von Festkörpern

Beim Magnetismus von Festkörpern handelt es sich um ein kooperatives Phänomen. Selbst wenn die Bausteine (Atome, Ionen, quasifreie Elektronen), aus denen der Festkörper aufgebaut ist, nichtverschwindende magnetische Momente tragen, weisen nur wenige Materialien eine makroskopische Magnetisierung auf. In der Regel sind die elementaren magnetischen Momente so ausgerichtet, dass sie sich gegenseitig kompensieren. Der Grund dafür ist, dass die Valenzelektronen, die die magnetischen Eigenschaften der Atome bestimmen, nun zur chemischen Bindung beitragen. Bei der Verteilung der Elektronen auf die neuen Bindungszustände wird die gegenseitige Orientierung der Elektronen durch die Austauschwechselwirkung bestimmt. Diese ist in der Regel für eine parallele Ausrichtung der magnetischen Momente energetisch ungünstig. Eine Ausnahme davon stellen z.B. die Übergangsmetalle Eisen, Nickel und Kobalt dar. Solche Stoffe nennt man ferromagnetisch (von lat. ferrum, Eisen). Ab einer bestimmten Temperatur, der sog. Curie-Temperatur (nach Pierre Curie und Marie Curie, Nobelpreis Physik 1903), überwiegt die thermische Energie die Energie der Austauschwechselwirkung, und die ferromagnetische Ordnung wird aufgebrochen. Der Festkörper geht dann in die paramagnetische Phase über. Zu Domänen im Ferromagneten siehe auch Ferromagnetismus. Die ferromagnetische Ordnung ist ein Spezialfall der magnetischen Ordnung. Neben dem ungeordneten Zustand gibt es noch andere Formen der magnetischen Ordnung, darunter Antiferromagnetismus und Spindichtewellen. Eine graphische Darstellung des Austauschintegrals ist durch die Bethe-Slater-Kurve gegeben. In dieser graphischen Darstellung kann man erkennen, welche Stoffe ferromagnetisch, antiferromagnetisch oder paramagnetisch sind.

Magnetismus in der Biologie

Magnetische Wechselfelder können über Induktion elektrische Ströme im Gewebe auslösen und können so einen (schwachen) Einfluß auf das Nervensystem haben. Beispielsweise sind bei entsprechenden Feldern sogenannte Magnetophosphene, gemeint sind optische Sinneswahrnehmungen, zu beobachten. Auch der motorische Cortex (Großhirn) kann derartig mit Hilfe der Transkraniellen Magnetstimulation (TMS) stimuliert werden, daß es zu unwillkürlichen Muskelkontraktionen kommt. Des weiteren ist seit langem bekannt, daß magnetische Wechselfelder die Sekretion von Hormonen (Beispiel Melatonin) beeinflussen können. Hier fehlt z.B. ein Verweis auf die Orientierung von Vögeln mittels des Erdmagnetfelds. Siehe dazu den Artikel Erdmagnetfeld Der Arzt Franz Anton Mesmer entwickelte eine Theorie, die 1784 von der französischen Akademie der Wissenschaften geprüft und verworfen wurde, nach der ein Fluid, das Mesmer als Magnetismus animalis bezeichnete, von Mensch zu Mensch übertragbar sei und bei der Hypnose und bestimmten Heilverfahren (Mesmersche Streichungen) eine Rolle spielen sollte.

Magnetismus als Metapher

Umgangssprachlich wird der Begriff Magnetismus auch für menschliche Verhaltensweisen gebraucht. Man spricht davon, dass jemand von einer Person oder Sache magnetisch angezogen wird. Ein "Zuschauermagnet" ist eine Sache, bei der die Leute stehen bleiben und sie sich ansehen. Wenn jemand eine Person liebt und immer zu ihr hin will, sagt man auch: "Sie/Er zieht ihn/sie magnetisch an".

Siehe auch


- Durchflutung
- Johann Ulrich Wirth
- Elementarmagnet

Weblinks


- [http://www.mineralienatlas.de/phpwiki/index.php/Magnetismus Mineralienatlas (Magnetismus)]
- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph07_g8/materialseiten/05_magnetismus.htm Versuche und Aufgaben zum Magnetismus]
- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph12/materialseiten/m02_magnetik.htm Versuche und Aufgaben zum Magnetfeld] Kategorie:Theoretische Elektrotechnik Kategorie:Mineralogie Kategorie:Physik Kategorie:Magnetismus ja:磁性

Schwingkreis

Ein elektrischer Schwingkreis ist eine Baugruppe aus einer Spule und einem Kondensator, die elektrische Schwingungen ausführen kann. Hierbei wird die Energie zwischen Spule und Kondensator periodisch ausgetauscht, wodurch abwechselnd hoher Strom oder hohe Spannung vorliegen. Beim Schwingkreis steht Q für die Güte oder den Gütefaktor. Q = f0 / B = Resonanzfrequenz geteilt durch die Bandbreite.
B = f2 - f1.
f0 darf nicht als arithmetisches Mittel der oberen Grenzfrequenz f2 und unteren Grenzfrequenz f1 berechnet werden. Hier gilt nur die Berechnung für das "geometrische Mittel". [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-geommittel.htm]
Wenn der Kondensator geladen ist, liegt maximale Spannung vor, die Energie ist im elektrischen Feld des Kondensators gespeichert. Dann entlädt sich der Kondensator über die Spule, der Strom ist dann maximal und die Energie ist ins Magnetfeld geströmt. Wegen der Trägheit der Spule gegen Stromänderung sorgt die Induktion dafür, dass der Strom nun noch weiter fließt (die Energie wird dem Magnetfeld entnommen) und den Kondensator in umgekehrter Polung wieder auflädt. Schließlich ist wieder die Spannung maximal, aber mit umgekehrter Polung. Nun verläuft der Vorgang wieder zurück und so weiter. Je nach Anordnung unterscheidet man den Parallelschwingkreis und den Reihenschwingkreis.

LC-Parallelschwingkreis (Sperrkreis)

Spule und Kondensator bilden eine Parallelschaltung. Dadurch liegt an beiden Bauteilen stets die gleiche Spannung, jedoch können in ihnen unterschiedliche Ströme fließen. Bei einer Spule ist die Spannung in der Phase um 90° dem Strom voraus, im Zeigerdiagramm: Bild:Zeigerdiagramm-Spule.svg Bei einem Kondensator ist der Strom in der Phase um 90° der Spannung voraus, d.h. die Spannung um 90° hinter dem Strom zurück; im Zeigerdiagramm: Bild:Zeigerdiagramm-Kondensator.svg Da die Spannungen im Parallelschwingkreis bei Spule und Kondensator übereinstimmen, ist der resultierende Gesamtstrom die Summe aus IL und IC: Bild:Zeigerdiagramm-Parallelschwingkreis.svg Das Verhältnis von U und I wird durch den kapazitiven und induktiven Blindwiderstand XC bzw. XL bestimmt. Für eine Spule mit der Induktivität L gilt bei der Frequenz f: : X_L = 2 \cdot \pi \cdot f \cdot L Für einen Kondensator mit der Kapazität C gilt bei der Frequenz f: : X_C = Häufig wird anstelle der Frequenz auch die Kreisfrequenz ω benutzt: : \omega = 2 \cdot \pi \cdot f Daraus ergibt sich, dass bei einer bestimmten Frequenz f0 die beiden Blindwiderstände und damit die beiden Ströme betragsmäßig gleich sind und sich aufheben, der Gesamtstrom wird dann 0. Der Gesamtwiderstand des Schwingkreises ist dann unendlich groß. Diese Frequenz ergibt sich aus der Bedingung : 2 \cdot \pi \cdot f_0 \cdot L = zu : f_0 = oder \omega_0 = (Thomsonsche Schwingungsgleichung). Man nennt f0 die Resonanzfrequenz des Schwingkreises. Ein nichtidealer Schwingkreis enthält neben der Spule und dem Kondensator immer noch den Ohmschen Widerstand der Leitungen und der Spulenwicklung, es verbleibt dann ein restlicher Strom IR, der mit U phasengleich ist und daher im Falle der Resonanz übrig bleibt. Bild:Zeigerdiagramm-Resonanz.svg Daher wird beim realen Parallelschwingkreis der Resonanzwiderstand nicht unendlich, sondern nur maximal groß.

LC-Reihenschwingkreis (Saugkreis)

Beim LC-Reihenschwingkreis sind Spule und Kondensator in Reihe geschaltet. Diese Form des LC-Schwingkreises wird verwendet, um bestimmte Frequenzen herauszufiltern. Es werden nur Frequenzen herausgefiltert, die der Resonanzfrequenz des Schwingkreises entsprechen. Der (Blind-)Widerstand der Schaltung ist X = X_L + X_C = \omega L - . Die Funktionsweise ist folgende: Bei der Resonanzfrequenz heben sich die (komplexen) kapazitiven und induktiven Blindwiderstände gegenseitig auf und die Schaltung wirkt als Kurzschluss. Liegt die Frequenz oberhalb der Resonanzfrequenz ist der induktive Blindwiderstand (Spule) betragsmäßig größer als der kapazitive, so dass der betragsmäßige Gesamtwiderstand positiv ist. Dabei wirkt die Spule wie ein Widerstand für diese Frequenz. Der Kondensator wirkt hierbei im Prinzip wie ein Kurzschluss. Liegt die Frequenz unterhalb der Resonanzfrequenz, ist der kapazitive Blindwiderstand des Kondensators betragsmäßig größer als der induktive Blindwiderstand der Spule und wir haben wieder einen betragsmäßig positiven Gesamtwiderstand. Hierbei wirkt die Spule wie ein Kurzschluss und der Kondensator wie ein Widerstand. Siehe auch: Oberwellenfilter

Oszillator

Sich selbst überlassen schwingt ein Schwingkreis mit seiner Resonanzfrequenz f0. Infolge der Verluste (Dämpfung durch den Ohmschen Widerstand) flacht die Schwingung jedoch im Laufe der Zeit ab ("gedämpfte Schwingung"), wenn nicht durch eine aktive Schaltung (zum Beispiel einen Transistorverstärker) regelmäßig wieder Energie zugeführt wird. Eine solche Schaltung bildet dann einen Oszillator (Schwingungserzeuger), z.B. bei der Meissner-Schaltung.

Resonanzkurve

Die Resonanzkurve stellt den Gesamtwiderstand eines Schwingkreises in Abhängigkeit von der Frequenz dar. Sie weist beim Parallelschwingkreis einen niedrigen Wert auf, der in der Umgebung der Resonanzfrequenz ansteigt. Beim Serienschwingkreis ist der Wert hoch und sinkt in der Umgebung der Resonanzfrequenz ab.

Kreisgüte

Die Breite B oder Δ f des Minimums bzw. Maximums der Resonanzkurve in der Umgebung der Resonanzfrequenz f0 wird durch den Ohmschen Widerstand verursacht. Dieses kann ausgenutzt werden um die Güte eines Schwingkreises zu definieren.

Güte oder Gütefaktor eines Serienschwingkreises

Das Verhältnis : Q = nennt man die Güte des Serienschwingkreises, die demnach durch den ohmschen Anteil R bestimmt wird. Dieser konzentriert sich weitgehend auf die Spule L. B = f2 - f1. Es gilt : Q = 2 \cdot \pi \cdot f \cdot = \cdot \sqrt

Güte eines Parallelschwingkreises

Beim Parallelschwingkreis ist die Güte als : Q = definiert. B = f2 - f1. Für einen Parallelschwingkreis mit einem weiteren parallel geschalteten Widerstand ergibt sich : Q = R \cdot \sqrt

Abstimmung

Die Resonanzfrequenz hängt von L und von C ab und kann daher durch Ändern von L oder C beeinflusst werden. Der Schwingkreis wird hierdurch auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt. Die Induktivität L kann verändert werden, indem ein Kern aus Eisen oder Ferrit mehr oder weniger weit in die Spule eingeschoben wird. Die Kapazität C kann verändert werden, indem die Plattengröße oder der Plattenabstand des Kondensators verändert wird. Beim Drehkondensator geschieht das, indem man die Platten seitlich gegeneinander verdreht, so dass der Anteil der sich gegenüberliegenden Flächen verändert wird. Moderne Schaltungen verwenden anstelle eines Drehkondensators eine Kapazitätsdiode.

Anwendung

Die Frequenzabhängigkeit des Widerstandes, der nur in der Nachbarschaft der Resonanzfrequenz extremal (minimal bzw. maximal) wird, wird angewendet, um aus einem Gemisch von Signalen unterschiedlicher Frequenz eine bestimmte Frequenz herauszufiltern, entweder um sie allein durchzulassen, oder um sie allein zu unterdrücken. Mit ersterem werden zum Beispiel Rundfunkempfänger auf den gewünschten Sender abgestimmt; mit letzterem kann zum Beispiel eine Störung aus dem Rundfunksignal ausgefiltert werden.

Verwandte Themen


- Spule
- Kondensator
- Gütefaktor
- Bandbreite
- Resonanzfrequenz
- Mittenfrequenz
- Topfkreis
- Dipmeter

Weblinks


- [http://archiv.christoph-hoffmann.de/ESS/Physik/Versuch12-2.pdf Messungen und Berechnungen an einem Reihenschwingkreis]
- [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-geommittel.htm Berechnung: 'geometrisches Mittel' zweier Werte und Vergleich dazu: 'arithmetisches Mittel']
- [http://www.walter-fendt.de/ph11d/schwingkreis.htm Java Applet für Schwingkreisversuche] Kategorie:Elektronik

Induktivität

#Induktivität ist eine physikalische Größe, die die elektromagnetische Wirksamkeit bzw. Selbstinduktionsfähigkeit einer Spule oder allgemein eines elektrischen Leiters bezeichnet. #Induktivität ist ein Sammelbegriff für ein Bauteil, das diese physikalische Eigenschaft nutzt. Die Bezeichnung dieser Bauteile ist vom Anwendungsfall abhängig.

Zeichen und Einheiten

Das Formelzeichen für eine Induktivität ist L. Die Maßeinheit für die Induktivität ist die SI-Einheit Henry in [V s /A ].
Eine Spule hat eine Induktivität von 1 Henry, wenn bei gleichförmiger Stromänderung von 1 Ampere in 1 Sekunde eine Selbstinduktionsspannung von 1 Volt entsteht. Es gibt zwei Schaltzeichen. In der Niederfrequenztechnik verwendet man vorrangig das linke, in der Hochfrequenztechnik das rechte. International sind noch weitere Schaltzeichen im Gebrauch.

Induktion

Jeder elektrische Strom ist von einem Magnetfeld umgeben. Daher ruft eine zeitliche Stromänderung \mathrmI\mathrmt\, in einer Spule ein sich änderndes Magnetfeld hervor, das nach dem Induktionsgesetz eine Induktionsspannung Uind in der Spule selbst erzeugt (Selbstinduktion). Diese Spannung ist nach der Lenzschen Regel so gepolt, dass sie der Änderung des Stroms entgegenwirkt. Da die Stärke des Magnetfelds in der Spule proportional zum Strom ist, und die Induktionspannung proportional zur Änderung des Magnetfelds, können Stromänderung und Spannung zueinander in folgende Beziehung gebracht werden: :U_ = - L \cdot \frac. Dimension: [(Vs/A)·(A/s)] = [V] Den Proportionalitätsfaktor L nennt man die Induktivität der Spule in [Vs/A ]. Schaltet man eine Induktivität (Spule) beispielsweise mit einem Widerstand in Reihe, so lässt sich der Stromverlauf durch Lösen der Differentialgleichung berechnen.

Zu- und Abschaltvorgänge bei Gleichstrom

:I(t) = I_o \cdot (1 - e^) mit \tau=L/R\, als Zeitkonstante, Formel gilt hier für den Zuschaltvorgang. Dieser Zusammenhang zeigt auch, dass sich der in einer Spule fließende Strom nicht sprunghaft ändern kann. Der Stromanstieg beim Einschalten an Gleichspannung erfolgt nach einer e-Funktionskurve mit der Zeitkonstanten \tau=L/R\,. Dabei ist L die Induktivität in Henry, R der Widerstand des Stromkreises in Ohm. Man sieht, dass, wenn R einen hohen Wert annimmt, \tau kleiner wird, und somit der Stromanstieg rascher erfolgt. Ein plötzliches Abschalten des Spulenstroms (\mathrmI \ \mathrmt \to \infty) führt zu Spannungsspitzen, deren Höhe mit der Induktivität der Spule und der geflossenen Stromstärke abhängt, steigt, und die Schäden durch Überspannung verursachen kann. Mit Gleichstrom betriebene Spulen werden daher oft durch eine Freilaufdiode geschützt, die beim Abschalten des Stromkreises dem weiterfließenden Strom durch eine zur Spule antiparallel geschaltete Diode, das Freilaufen ermöglicht und die gespeicherte magnetische Energie W = L \cdot I^2/2 aufbraucht. Spannungsspitzen werden damit verhindert. Hingegen beim Einschalten eines Gleichstromkreises mit einer Induktionsspule, behindert die der Betriebsspannung (Aktion) entgegenwirkende Induktionsspannung (Reaktion) einen raschen Stromanstieg. Beim Einschalten einer Spule über einen konstanten Reihenwiderstand ist die e-Funktionskurve zu beobachten, welche häufig dort zu beobachten ist, wo ein Vorgang durch seine eigenen Auswirkungen verlangsamt wird. Ob hier, beim Einschalten eines Stromkreises oder z. B. beim Antrieb eines Schwungrades aus dem Stillstand. Zunächst muss etwas gegen die „Reaktion“ der Natur erkämpft werden. Ist das gewünschte Ziel erreicht, kann ein einmal erreichter stationärer Zustand mit vertretbarem Aufwand beliebig lang aufrechterhalten werden. Wenn dieser Vorgang beendet werden soll, ist eine Art „Energie-Gedächtnis“ der Natur zu bemerken. Die Natur versucht nun, diese gespeicherte Energie allmählich abzubauen. Dieser Vorgang wird beschrieben durch: Für den Abschaltvorgang gilt: :I(t)=I_0 \cdot e^ mit \tau=L/R\, als Zeitkonstante Die EULERsche Zahl e = 2,7182... ist die Basis des Natürlicher Logarithmus, der Exponent: -t/\tau bestimmt den Funktionswert nach der Zeit t bei der Abschaltkurve, beim Zuschaltstromanstieg muß der e- Funktionswert von 1 abgezogen werden. Formel siehe ganz oben unter dem Übertitel. Im Zeitpunkt t=0 beginnt der Strom bei t(A) = 0 mit I_0 = 0 zu fließen und steigt träg an, er muss nun gegen die, zu Beginn stark wirkende Selbstinduktionsspannung, die der angelegten treibenden Geichspannung entgegenwirkt, ankämpfen,wobei der Einfluß der Gegenspannung mit zunehmender Zeitdauer abnimmt. Allmählich wird die Funktion immer flacher, bis sie sich dem Wert I_0 asymptotisch nähert. Theoretisch dauert es unendlich lange, bis I(t)=I_0 ist. Für praktische Zwecke kann man die Anstiegszeit t_A mit :t_ = 5 \cdot \tau in [s] betrachten, nach der der Spulenstrom näherungsweise als vollständig erreicht, angesehen werden kann.
bild:Ladevorgang.PNG
:Obere Kurve: Einschaltvorgang --> Spannungsverlauf :Untere Kurve: Ausschaltvorgang --> Stromverlauf Die Zeitkonstante τ in [s], sich ergebend aus \tau = L/R in [s] (Sekunden), mit der Dimensionsgleichung : [VsA² /A²V = s], ist zugleich der Zeitpunkt, an dem die am Beginn der Kurve angelegte Tangente den Endwert I_0 erreicht. Zum Zeitpunkt t(A) = \tau beträgt der Wert der Stromanstiegskurve: I(t) = 0,6321 \cdot I_0. Nach dieser Zeit 'wäre' der endgültige Spulenstrom erreicht, wenn man ihn mit dem konstanten Stromstärkeanstieg Imax laden könnte (tatsächlich steigt die Stromstärke ja mit der Zeit immer langsamer an). Die Steilheit der Tangente errechnet sich aus: \tan \alpha = I_ / \tau = I_0 / \tau \ in [A/s] In der Praxis wird eine Induktivität fast nie über einen Reihenwiderstand zugeschaltet. Stattdessen wird sie über einen Schalter (Transistor) aufgeladen (bei Schaltfunktionen z.B. Elektromagnet Relais, Freilaufdiode nicht vergessen, sonst wird der Transistor durch hohe Spannungen beim Abschalten des Stromes u.U. zerstört), dessen Ohmscher Widerstand in den meisten Fällen für die grobe Betrachtung des Verlaufs des Spulenstroms innerhalb der normalen Betriebsbedingungen vernachlässigbar ist. Dadurch steigt der Spulenstrom in etwa linear mit der Zeit an. In Wirklichkeit ist die magnetische Permeabilität des Spulenkerns(außer bei Luftkernspulen) oft von der Feldstärke abhängig und der Stromanstieg deshalb doch nicht linear. Theoretisch würde der Strom durch eine Spule an konstanter Spannung immer weiter steigen, die gespeicherte Energie würde immer schneller(quadratisch proportional zur Zeit) größer werden. In der Praxis wird die Energie, die in einer Spule gespeichert werden kann, oft dadurch begrenzt, dass das Kernmaterial ab einer bestimmten Magnetfeldstärke in Sättigung gerät, wodurch die Induktivität stark sinkt und der Strom rapide steigt. Mit steigender Stromstärke, die durch die Induktivität fließt, wandelt der elektrische Widerstand R des Spulendrahtes immer mehr Leistung in Wärmeenergie (I^2 \cdot R) um und droht zu überhitzen. Oder sie bildet zusammen mit einem Kondensator einen Schwingkreis. Weitere Anwendungen von Spulen sind Filter, Wechselstrombegrenzung und teilweiser Schutz gegen Überspannungsspitzen.

Induktivität

Die Größe der Induktivität L hängt von den geometrischen Abmessungen der Spule und dem verwendeten Material ab :L = \frac Darin ist
- f der Spulenfaktor, der die geometrischen Streufeldverluste kurzer Spulen beschreibt (0 < f \le 1),
- n die Windungszahl der verwendeten Spule,
- \mu_0 die magnetische Feldkonstante, :(\mu_0 = 4 \pi \cdot 10^ \ \mathrm \approx 1257 \cdot 10^\ \mathrm)
- \mu_ eine dimensionslose Materialkonstante des Spulenkerns, genannt die Permeabilitätszahl,
- A der Spulenquerschnitt in m²,
- l die mittlere Feldlinienlänge in m (bei langen Spulen die Länge der Spule) Die Permeabilitätszahl bezieht sich auf den eventuell vorhandenen Kern der Spule, nicht auf den Spulendraht an sich. Zahlenwerte (Beispiele): Für die Praxis werden fertige Spulenkerne verwendet, für die häufig vom Hersteller eine Induktivitätskonstante AL (Al-Wert) angegeben wird. In ihr sind bereits alle Materialkonstanten zusammengefasst. Wenn man sie mit n Windungen bewickelt, erhält man eine Spule der Induktivität : L = A_ \cdot n^.

Feldenergie

Eine stromdurchflossene Spule speichert Energie in Form ihres Magnetfeldes. Das Feld einer Spule der Induktivität L, die vom Strom I durchflossen wird, enthält die Energie :W = L \cdot \frac, mit der Dimension: [(Vs/A)·(A²)] = [Ws]

Wechselstromverhalten

Energie Wird die Spule von Wechselstrom durchflossen, so wechselt der Strom periodisch seine Richtung. Durch die Stromänderung dI.L/dt=-E wird ständig eine Induktionsspannung erzeugt, die ebenfalls ihre Richtung periodisch wechselt. Da der Strom infolge der induzierten Gegenspannung nur allmählich anwachsen bzw. abfallen kann, folgt er dem Verlauf der Spannung stets mit zeitlichem Verzug, er ist phasenverschoben. Unter idealen Bedingungen (bei einem vernachlässigbar kleinen ohmschen Widerstand) eilt die Wechselspannung dem Strom um 90° (der vollständigen 360°-Periode) voraus. Es besteht also eine Trägheit der Spule gegen Stromänderungen. (Eselsbrücke: Merksatz:"Induktivitäten lassen den Strom verspäten.") Der Spule kann daher ein Wechselstromwiderstand X zugeordnet werden, der jedoch im Gegensatz zu einem ohmschen Widerstand keine Leistung in Wärme umsetzt („Verlustleistung“), man nennt ihn daher einen Blindwiderstand. Für eine Spule der Induktivität L und einen Wechselstrom der Frequenz f errechnet sich der Blindwiderstand zu X = 2 \cdot \pi \cdot f \cdot L = \omega \cdot L mit der Dimension : [(1/s)·(Vs/A)] = [V/A] = [Ω] Wobei \omega = 2 \cdot \pi \cdot f Winkelfrequenz, Winkelgeschwindigkeit oder auch Kreisfrequenz heißt. Der Blindwiderstand steigt also auch mit steigender Frequenz, wobei der ohmsche Drahtwiderstand gleich bleibt. Daher hat eine für Wechselspannung konzipierte Spule an einer gleichgroßen Gleichspannung (f=0 Hz) einen sehr viel geringeren Widerstand, da nur noch der Drahtwiderstand den Strom behindert. Parasitärelemente:
Experimente mit (realen) Spulen zeigen im Wechselstromkreis ein Phänomen, das mit Hilfe des toplogischen Zeigerdiagramms erklärt werden kann. Der ohmsche Widerstand, der im Gleichstromkreis exakt bestimmt werden kann, scheint im Wechselstrombetrieb höher zu sein. Gründe dafür sind baulich und materiell bedingte "Parasitärkapazitäten" der Spule. Diese Kapazitäten führen dazu, dass eine Veränderung der Phasenlage des Scheinwiderstandes Z auftritt. Scheinbar ist demnach der ohmsche Widerstand (der Realteil von Z) anders als mit Gleichstrom bestimmt. Diese Kapazitäten können zum Beispiel gut mit einer Messbrücken-Versuchsanordnung nachgewiesen werden.

siehe auch:


- Blindleistungskompensation
- komplexe Wechselstromrechnung

Bauteile

Drossel

Anwendungen

Drosseln werden unter anderem gemeinsam mit Kondensatoren zur Unterdrückung hoher Stromimpulse, hervorgerufen durch nahen Blitzschlag etc. sowie zur Unterdrückung von Wechselstromanteilen in Gleichstrom (z. B. Brummen in der Elektroakustik), eingesetzt. Bei Leuchtstoffröhren werden Drosseln vorgeschaltet, die zum einen die Betriebsspannung während des Leuchtens, durch die Vorschaltung des Blindwiderstandes, reduzieren und zum anderen mit Hilfe eines zusätzlichen Starters zur Stromunterbrechung die notwendige hohe Zündspannung erzeugen. Bei sehr vielen Energieumformungen durch Schalten werden zur Speicherung magnetischer Energie Speicherdrosseln benötigt. Bei vielen Drosseln ist im magnetischen Kreis häufig ein Wegabschnitt durch einen Luftspalt führt. Die im gescherten Kern gespeicherte magnetische Energie ist dann nur ca. 1% im Magnetmaterial und ca. 99% im Luftspalt. Der Luftspalt dient jedoch in erster Linie der Linearisierung der Induktivität. Durch Veränderung der Lage des Kerns kann man bei einigen Spulen die Induktivität abstimmen. Diese abstimmbaren Spulen werden zum Beispiel in Bandfiltern verwendet. Die Stromkompensierte Drossel (CMC, Common mode choke), hat 2 Wicklungen, wobei diese gegensinning betrieben werden, so das sich für die Arbeitsströme ein resultierendes Feld von Null ergibt.

Spulen

Die Trägheit einer Spule gegen Stromänderungen wird zur Stromstabilisierung und zur Erzeugung höherer Spannungen angewendet. In einem Radioempfänger wird eine auf einen Ferritkern gewickelte Spule im Lang- Mittel- und Kurzwellenbereich zugleich als Antenne verwendet.
- Spule

Transformator


- Transformator

Kombinierte Anwendung

mit mechanischer Bewegung

Variometer

Eine in der Meßtechnik verwendete regelbare Induktivität (Variometer) besteht aus zwei ineinander aufgebauten und hintereinander geschalteten kernlosen Spulen. Die innere Spule ist drehbar gelagert. Das Maximum der Selbstinduktion wird erreicht, wenn die Windungsebenen parallel und gleichsinnig vom Strom durchflossenen werden.

Rotor


- Induktion (Elektrotechnik)
- Elektromotor
- Generator

mit Kapazität

Schwingkreis


- Schwingkreis

Filter

Die Abhängigkeit des Blindwiderstandes von der Frequenz wird zur Trennung von Signalen unterschiedlicher Frequenz verwendet (Tiefpass, Hochpass, Bandpass) eingesetzt, siehe Frequenzweiche und Schwingkreise .

Messgeräte

Induktivität als störende Eigenschaft

Weblinks


- [http://archiv.christoph-hoffmann.de/ESS/Physik/Versuch1.pdf Induktivität einer Spule] Kategorie:Physikalische Größe Kategorie:Elektrotechnik Kategorie:Magnetismus ja:インダクタンス

Resonanzfrequenz

Die Mittenfrequenz f0 ist das geometrische Mittel zwischen der unteren f1 und der oberen f2 Grenzfrequenz (Übergangsfrequenz) eines Frequenzbands mit dieser bestimmten Bandbreite B = f2 - f1. Siehe auch: Bandpass. : f_0 = \sqrt Oft wird fälschlicherweise mit dem arithmetischen Mittel gerechnet, obwohl die Frequenzen in den Frequenzbändern logarithmisch zusammenhängen. Zum Beispiel ist die Mittenfrequenz der Telefonaudiofrequenzen von 300 Hz bis 3300 Hz nicht (3300 + 300) / 2 = 1800 Hz, sondern die Wurzel aus 300 x 3300 = 995 Hz. Den Unterschied zwischen dem geometrischen Mittel und dem arithmetischen Mittel kann man mit dem Rechenprogramm unten im Weblink feststellen. [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-geommittel.htm]

Eigenschaften der Mittenfrequenz

Durch die Definition der Mittenfrequenz sind die Verhältnisse der Grenzfrequenzen zur Mittenfrequenz gleich: : \frac = \sqrt = \frac

Verwendung des arithmetischen Mittels als Näherung

Die Bandbreite f2 - f1 ist häufig klein gegenüber der Mittenfrequenz. Dann kann man in guter Näherung das arithmetische Mittel zur Berechnung verwenden: : f_0 \approx \frac Bei vielen Mittelwellensendern beträgt die Bandbreite nur 9 kHz. Ein Sender, der mit 1500 kHz angegeben ist, sendet hier im Band von 1495,5 kHz bis 1504,5 kHz. Die Näherungsformel ergibt : f_0 \approx 1500 \, \mathrm während man mit der genauen Formel : f_0 = 1499,993 \, \mathrm ermittelt. Der mit der Nährungsformel berechnete Wert ist stets zu groß. Wenn man die Bandbreite mit B bezeichnet, beträgt die Abweichung der Näherungsformel ungefähr : \Delta f \approx \frac , im angegebenen Beispiel also weniger als 7 Hz.

Weblinks


- [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-geommittel.htm Berechnung des geometrischen Mittels im Vergleich zum arithmetischen Mittel]

Siehe auch

Bandbreite | Grenzfrequenz | Bandspreiztechnik | Übergangsfrequenz | Geometrisches Mittel | Arithmetisches Mittel | Kategorie:Nachrichtentechnik

SPS

SPS ist die Abkürzung für
- Sozialdemokratische Partei der Schweiz
- Sozialdemokratische Partei des Saarlandes
- Sozialistische Partei Serbiens
- Speicherprogrammierbare Steuerung
- Super Proton Synchrotron am CERN in Genf
- Sanitary and Phytosanitary Measures, das WTO-Abkommen
- Spark Plasma Sintering
- Satellite Paging System Kategorie:Abkürzung

Schallwellen

Schall (von althochdeutsch scal) bezeichnet allgemein das Geräusch, den Klang, den Ton, wie er von Menschen und auch von Tieren vernommen werden kann. Schall stellt die Ausbreitung von kleinsten Druck- und Dichtestörungen in einem elastischen Medium (Gase, Flüssigkeiten, Festkörper) dar. Man unterscheidet den Nutzschall, wie Musik oder die Stimme beim Gespräch, und den Störschall, wie Baustellen- oder Verkehrslärm.

Definition

Physik

Physikalisch gesehen ist Schall eine Welle. In Gasen und in Flüssigkeiten ist Schall immer eine Longitudinalwelle, also auch im wichtigsten Medium, in Luft. In Festkörpern gibt es auch Transversalwellen. Schallwellen transportieren Schwingungen und Informationen. Sie bewegen Mediumteilchen (meistens Luft) um einen mittleren Zustand und breiten sich mit einer charakteristischen Geschwindigkeit, der Schallgeschwindigkeit c aus. Diese beträgt 343 m/s in Luft bei einer Temperatur von 20°C und 1407 m/s in Wasser bei einer Temperatur von 0°C. Die Wellenlänge \lambda für einen tonalen Schall kann mit der Frequenz f und der Schallgeschwindigkeit c über folgende Beziehung berechnet werden : \lambda = \frac Weiterhin ist Schall dadurch definiert, dass die Schwankungen der Zustandsgrößen Druck und Dichte klein im Verhältnis zu ihren Ruhegrößen sind. Das wird dadurch anschaulich, wenn man Schalldruckpegel von 120 dB (Dezibel) (das ist etwa die Schmerzschwelle des Menschen) mit dem normalen atmosphärischen Druck vergleicht: Der Ruhedruck der Atmosphäre beträgt 101325 Pascal (= 1013,25 Hektopascal), während ein Schalldruckpegel von 120 dB einem Effektivwert des Schalldrucks p von gerade einmal 20 Pascal entspricht. Schall ist im Gegensatz zu Licht eine Materiewelle. Da Schall zu seiner Ausbreitung ein materielles Medium benötigt, ist er im Vakuum nicht existent.

Akustik

Die zugehörige Wissenschaft ist die Akustik, welche wiederum ein Untergebiet der Gasdynamik ist. Die beiden Energieformen, die sich beim Schall ineinander wandeln, sind die Kompressionsenergie und die Bewegungsenergie als Schallenergiegröße, charakterisiert werden sie aber durch die Schallfeldgrößen:
- Schalldruck p im N/m² = Pa (Pascal)
- Schallschnelle v in m/s Die linearen Schallfeldgrößen und die quadratischen Schallenergiegrößen müssen deutlich auseinander gehalten werden. Wellen sind zeitlich und örtlich periodische Veränderungen einer physikalischen Größe g(t,x). Der Schalldruck p ist die wichtigste Schallfeldgröße als Skalar überhaupt (siehe auch Druckwelle). Dieses hat verschiedene Gründe: Der Schalldruck ist eine anschauliche Größe, mit Mikrofonen relativ leicht messbar und auch vom Menschen physiologisch erfassbar. Die Schallfeldgröße Schallschnelle v ist ein Vektor, wobei bei Einwirkung von Schall die "Geschwindigkeit" der Hin- und Herbewegung von den Fluidelementen (Luftteilchen) gemeint ist. Der Begriff "Geschwindigkeit" wird hier zur deutlichen Abgrenzung zur Schallgeschwindigkeit c allerdings vermieden. Die Schnelle ist nicht so leicht bestimmbar. Man muss sich hierbei klar werden, dass die maximal auftretenden Geschwindigkeiten bei der Auslenkung der Fluidelemente klein im Vergleich zur Schallgeschwindigkeit sind: Bei einem Schalldruck von 120 dB beträgt die Schnelleamplitude in Luft gerade einmal 0,05 m/s. Bei der Hörschwelle des Menschen von 0 dB hat die Schnelleamplitude einen Wert von 5 · 10-8 m/s. Hierbei werden die Luftpartikel nur ganz gering ausgelenkt.

Einteilung nach Frequenz

Entsprechend dem Frequenzbereich unterscheidet man:
- Infraschall < 16 Hz ist für Menschen nicht hörbar, da zu tieffrequent
- Hörschall von 16 Hz bis 20 kHz, ist für Menschen hörbarer Schall
- Ultraschall von 20 kHz bis 10 GHz ist für Menschen nicht hörbar, da zu hochfrequent
- Hyperschall > 10 GHz sind nur noch bedingt ausbreitungsfähige Wellen

Reduzierung von Störschall

Bei der Geräuschbekämpfung wird zwischen direkt erzeugtem und indirekt erzeugtem Luftschall unterschieden. Direkt erzeugter Luftschall entsteht ohne die Beteiligung von Körperschall (z.B. in einem Strahltriebwerk). Beim indirekt erzeugten Luftschall wird durch eine Kraftanregung zunächst Körperschall in einer Struktur erzeugt. Dieser pflanzt sich in der Struktur fort. Durch Vibrationen an der Oberfläche der Struktur wird dann Luftschall abgestrahlt. Beim direkt erzeugten Luftschall muss zur Geräuschabsenkung die Verwirbelung der Luft gering gehalten werden. Besonders ist darauf zu achten, dass Bauteile nicht von verwirbelter Strömung beaufschlagt werden (s. Aeroakustik). Beim indirekt erzeugten Luftschall kann an verschiedenen Punkten angesetzt werden. Zunächst kann der Kraftverlauf so beeinflusst werden, dass er möglichst wenige Eigenfrequenzen des Bauteils anregt. Dies ist immer dann der Fall, wenn keine steilen Kraftsprünge oder Kraftspitzen vorhanden sind. Weiterhin kann die Eingangsimpedanz des Bauteils erhöht werden (z.B. durch erhöhte Masse an der Krafteinleitungsstelle. Schließlich kann die Struktur selbst bedämpft werden (z.B. durch Entdröhnung mit Schwermatten oder Sandwichbleche). Beispiele für die Anwendung primärer und sekundärer Mechanismen sind:
- Lärmschutzwand
- verkehrsberuhigte Bereiche
- Geschwindigkeitsbegrenzungen
- Gehörschutz ("Ohrstöpsel")
- Schallschutzfenster
- [http://www.avguide.ch/index.cfm/show/page.view/uuid/38FEA811-8A11-97B0-47A895B69E7997AF Schallkompensation]
- lüfterloses Design von Computern
- Spindel-loses Design von Computern (also ohne klassische Festplatte, vielleicht mit Flash-Speicher)
- Flüssigkeitslager (statt Kugellager)
- Umwendelung von Fahrzeugantennen zur Vermeidung von Pfeiftönen (Kármánsche Wirbelstraße)
- Straßenbeläge aus Drainasphalt

Literatur


- Breuer, Hans: dtv-Atlas Physik, Band 1. Mechanik, Akustik, Thermodynamik, Optik. München: dtv-Verlag, 1996, ISBN 3-423-03226-X
- Kuttruff, Heinrich: Akustik. Stuttgart: Hirzel, 2004, ISBN 3-777-61244-8

Weblinks


- [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-wellenlaenge.htm Berechnung von Wellenlänge des Schalls, Frequenz und Schallgeschwindigkeit]
- [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-wellen.htm Berechnung der Wellenlänge einer Schallwelle in Luft bei gegebener Frequenz und Temperatur] Kategorie:Akustik Kategorie:Elektroakustik Kategorie:Nachrichtentechnik Kategorie:Physik Kategorie:Wellenlehre ja:音 ko:소리 simple:Sound th:เสียง

Sonar

Das Sonar ist eine Technik zur Lokalisation von Objekten mittels der Akustik. Das Wort ist ein englisches Akronym von sound navigation and ranging, was soviel heißt wie Navigation und Distanzmessung durch Schall. Mit Sonar lassen sich Objekte — vor allem unter Wasser — orten und vermessen, da Schall unter Wasser sich 4mal schneller ausbreitet als an der Luft. Außer dem aktiven Sonar, dem Echolot, Fächerlot, Minenmeide- bzw. Minenjagd-SONAR und anderen, gibt es auch passive Sonarsysteme, die keinen Schall ausstrahlen, sondern nur empfangen. Dadurch sind sie schwer lokalisierbar, was besonders für militärische Anwendungen interessant ist. Im Bereich Sonar unterscheidet man den Schall in Geräusche und Signale. Die Geräusche sind Schallemissionen, die nicht vorsätzlich ins Wasser abgegeben werden, wie zum Beispiel durch Antriebsanlagen, Propeller und Hilfsaggregate. Signale sind bewusst ins Wasser gesendete Schallemissionen.

Aktives Sonar

militärische Mit aktiven Sonargeräten werden zum Beispiel Meeresböden, Flussprofile und polare Eisdecken vermessen, oder auch Fischschwärme und U-Boote geortet. Es dient auch zur Wracksuche und der Tiefenbestimmung von Gewässern (Echolot). Zur Erforschung des Meeresbodens wird zum Beispiel das Side-Scan-Sonar eingesetzt. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Minenjagd.

Passives Sonar

Passives Sonar sind Hydrofone (Unterwassermikrofone) zum Aufspüren von Unterwassergeräuschen und Signalen. Das passive Sonar stößt keine Schallwellen aus und ist daher im Gegensatz zum aktiven Sonar nicht zu orten. Vorrangig wird passives Sonar auf U-Booten eingesetzt, aber auch auf immer mehr Schiffen, die mittels des passiven Sonars U-Boote orten. Die Propeller von U-Booten/Schiffen erzeugen durch hohen Druck Dampfblasen (Kavitation), deren Implosions-Geräusch von passiven Sonargeräten erfasst wird. Derartige Systeme verwenden Cluster aus Signalprozessoren mit hoher Rechenleistung und beziehen ihre Eingangsdaten von Hydrofonketten, die in vielen Arten und Weisen verbaut sind, zum Beispiel seitlich an zwei abstehenden Stangen des Schiffs unter Wasser angebracht sind, so genanntes FASS (Flank Array Sonar System), oder an in einem Kabel geschleppt werden, das so genannte TASS (Schleppsonar, englisch: Towed Array Sonar System). Man unterscheidet im wesentlichen in folgende Kategorien:
- HMS (Hull Mounted Sonar),
- VDS (Variable Depth Sonar),
- DS (Dipping Sonar) und die
- sonar buoy (Sonarboje).

Weblinks


- Klangbeispiel eines Sonars: http://www.whalesong.info/sound/lfas[1].wav

Siehe auch


- Menschliche Echoortung Kategorie:Elektroakustik ja:ソナー

Material

Das Aussehen von Objekten mit definiertem Material kann in der 3D-Computergrafik simuliert werden, siehe dazu Material (3D-Computergrafik). ---- Material ist in der Fertigungstechnik ein Sammelbegriff für Rohstoffe, Werkstoffe, Halbzeuge, Hilfsstoffe, Betriebsstoffe, Teile und Gruppen. Es ist der Grundstoff zur Produktion oder Herstellung bestimmter Erzeugnisse bzw. Produkte. Meist liegt das Material in Rohform vor, manchmal ist auch eine Vorbearbeitung nötig (z. B. bei Textilien – Spinnen und Weben). Grob gesagt kann man Material als nicht fertiges Gebrauchsgut oder als Arbeitsgegenstand des Menschen bei der Arbeit bezeichnen. In der Materialwissenschaft unterscheidet man Material nach der stofflichen Zusammensetzung und den jeweiligen Bearbeitungs- und Gebrauchseigenschaften, also neben den Werkstoffen z. B. Naturstein, Metall, Textilien, Beton, Papier, Kohle, Salze und Gase. Siehe auch: Werkstoff Material ist auch ein Pseudonym eines Musikers: Bill_Laswell ! Kategorie:Produktionswirtschaft ja:材料 simple:Material

Kategorie:Elektronik

Weitere Bauelemente sind in :Kategorie:Elektrische Bauelemente zu finden Kategorie:Elektrotechnik ja:Category:電子工学

Kategori:800-tallet

2008 ja:Category:9世紀 ko:분류:9세기 simple:Category:9th century

diety madrid accommodation video poker backup software download Online Casino










































:: RELATED NEWS ::
Retranchement
Retranchement ist ein Dorf ist in der Gemeinde Sluis in Zeeuws-Vlaanderen in den Niederlanden. Es liegt zwischen der belgischen Stadt Knokke und der niederländischen Gemeinde Cadzand. Retranchement - das französische Wort für Verschanzung - wurde 1604 von Prinz Maurits von Nassau nach seiner Einnahme d
Blattschwanzgeckos
Die Blattschwanzgeckos, häufig auch als Plattschwanzgeckos oder einfach Uroplaten bezeichnet, sind kleine bis mittelgroße nachtaktive Echsen. Ihre Farbe ist im Allgemeinen grün bis braun, reicht aber bis hin zu völligem schwarz. Auch rote Tupfer und bläuliche Zeichnungen sind beobachtet worden. Besonderes Merkmal ist der namensgebende, blattförmige flache Schwanz, der bei allen Arten zu finden ist. Uroplatus besitzt die für nachtaktive R
Stay behind
Gladio (vom lateinischen gladius für Schwert) oder auch Stay-Behind-Organisation war der Name einer Geheimorganisation von NATO, CIA und des britischen MI6 während des Kalten Krieges. Besonders in Italien, aber auch in fast allen anderen westeuropäischen Ländern wurden Agen
Stadtbahn Limmattal
Die Stadtbahn Limmattal ist ein Bauvorhaben zur besseren Erschliessung des Limmattales mit dem öffentlichen Verkehr. Das Projekt wird von den Kantonen Zürich und Aargau zusammen verfolgt und gehört zu deren Agglomerationspolitik.

Etappen

In einer ersten Etappe sollen die Tramlinie 2 der VBZ vom Farbhof bis zu Bahnhof Schlieren und die -->