Die periodischen Vorgänge am Schwingkreis beschreibt man zweckmäßig
beginnend mit dem aufgeladenen Kondensator (Bild 2). Entfernt man die
äußere Spannungsquelle aus dem Schwingkreis, dann existiert
keine äußere Kraft mehr auf die Ladungsträger, die sich
auf den Kondensatorplatten angesammelt haben. Demzufolge beginnt sofort
der Entladungsvorgang, bei dem das elektrische
Feld zwischen den Kondensatorplatten abgebaut wird. Im Schwingkreis fließt
dabei ein elektrischer Strom, der in
der Spule ein Magnetfeld erzeugt. Nachdem
der Stromfluß zum Erliegen gekommen ist, bricht das Spulenfeld zusammen
und verändert dabei seine Stärke. Ein zeitlich veränderliches
magnetisches Feld induziert aber nach dem Induktionsgesetz
eine elektrische Spannung in den Spulenwindungen, durch die ein elektrischer
Strom im Schwingkreis hervorgerufen wird. Nun setzt der Ladevorgang
am Kondensator wieder ein. Schließlich beginnt der periodische Prozess
mit dem Entladen des Kondensators erneut.
Der ungedämpfte
Schwingkreis
Würden sich in einem Schwingkreis nur der kapazitive Widerstand des
Kondensators und der induktive Widerstand der Spule befinden, dann müsste
der Schwingungsvorgang ohne Verluste unaufhörlich vonstatten gehen.
Die Amplitude der elektromagnetischen Schwingung würde nicht abnehmen,
die Schwingung selbst wäre also ungedämpft (Bild 3). Diese Eigenschaft
hängt mit dem Verhalten kapazitiver und induktiver Widerstände
zusammen, die, anders als ohmsche Widerstände, keine elektromagnetische
Energie in thermische Energie umwandeln.
Die Periodendauer einer elektromagnetischen Schwingung im ungedämpften
Schwingkreis hängt nur von der Kapazität C des Kondensators
und der Induktivität L der Spule ab. Man berechnet die Periodendauer
mit eienr Gleichung, die als thomsonsche
Schwingungsgleichung bezeichnet wird:
Gegenwärtig kann man ungedämpfte Schwingkreise sehr gut mit
Hilfe der Tieftemperaturphysik realisieren. Dabei nutzt man Effekte aus,
die bei sehr starker Abkühlung von elektrischen Bauteilen auftreten.
Insbesondere verliert ein stark gekühlter Leitungsdraht bei extrem
tiefen Temperaturen seinen ohmschen Widerstand. Man sagt, er sei supraleitend
geworden.
Der gedämpfte
Schwingkreis
Ein ungedämpfter Schwingkreis ist eine Idealvorstellung, die, abgesehen
von den Verhältnissen bei sehr tiefen Temperaturen, unter Normalbedingungen
nur annähernd verwirklicht werden kann. Der Leitungsdraht im Schwingkreis,
aber auch der Spulendraht oder die stromdurchflossenen Bauteile des Kondensators
besitzen natürlich auch immer einen ohmschen Widerstand, durch den
Verluste hervorgerufen werden. In jedem Schwingkreis nimmt also die Schwingungsamplitude
im Laufe der Zeit ab. Auch die Dauer einer Schwingungsperiode wird durch
einen ohmschen Widerstand im Schwingkreis beeinflusst. Da ein ohmscher Widerstand
die Leitungsvorgänge im Schwingkreis behindert, vergrößert
sich durch ihn die Periodendauer (Schwingungsdauer). Diesen Zusammenhang
erkennt man auch anhand der Gleichung für die Schwingungsdauer im gedämpften
Schwingkreis:
Offene und geschlossene Schwingkreise
Einen Schwingkreis, in den sich Spule und Kondensator in einem geschlossenen Stromkreis befinden, nennt man geschlossen. Zieht man die Kondensatorplatten auseinander, dann entsteht ein offener Schwingkreis. Das elektrische Feld eines offenen Schwingkreises wird offensichtlich in einem viel größeren Raumgebiet gespeichert, als in einem geschlossenen Schwingkreis. Verändert es seine Stärke während der Eigenschwingung im Schwingkreis, dann kann dieses Feld in den Raum ausgesandt werden und sich als elektromagnetische Welle ausbreiten. Dadurch wird dem offenen Schwingkreis zusätzlich Energie in Form von abgestrahlter Feldenergie entzogen. Ein Dipol (Antenne) stellt einen offenen Schwingkreis dar.