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Physik – Verknüpfung von elektrischen und magnetischen Feldern
Phasenverschiebungen
Spannung und Strom in Phase
Typischerweise sind bei Wechselstrom Spannung und Strom in Phase, d.h. ihre Maximalwerte, Nullstellen und Minimalwerte treten gleichzeitig auf (Figur; die Leistungskurve (P) – das Produkt aus Strom (i) mal Spannung (u) – ist in schwarz eingezeichnet; schwarz gestrichelt erkennt man die durchschnittliche Leistung). Spulen und Kondensatoren im Stromkreis bewirken, dass Strom und Spannung ausser Phase geraten. Verantwortlich dafür ist das Phänomen der Induktion, welche den Stromfluss verzögert (Spule) bzw. den Spannungsaufbau verlangsamt (Kondensator).
Induktivität
Bei einer Spule bewirkt die Induktion, dass die Stromänderung ein elektrisches Wirbelfeld aufbaut, welches eine Gegenspannung zur angelegten Spannung darstellt. Man spricht in diesem Fall von Selbstinduktion. Die Gegenspannung (bzw. die Selbstinduktion) verzögert den Stromfluss um eine Viertel Periode (oder φ = 90°; Figur). Die Induktion ist am grössten, wenn die Stromänderung maximal ist. An den Scheitelpunkten (Figur) ist die Stromänderung Null, man misst folglich keine Spannung.
Kapazität
Befindet sich ein Kondensator im Stromkreis, verzögert sich die Spannung um eine Viertel Periode: es muss zuerst Strom fliessen, bevor sich die Elektronen auf einer Kondensatorseite anhäufen und damit elektrische Spannung aufbauen können – oder andersherum: die Spannungsänderung induziert im Kondensator ein magnetisches Wirbelfeld, welches dem Stromfluss entgegenwirkt und den Spannungsaufbau verzögert (Figur).