Stromkreise mit iCircuit simulieren
Die App iCircuit ermöglicht es, elektrische Stromkreise zu simulieren und alle gewünschten Größen darzustellen.
Vor dem Aufkommen von Computersimulationen gab es nur zwei Möglichkeiten, zentrale elektrische Größen wie Spannung und Stromstärke in Stromkreisen zu bestimmen: Entweder musste man entsprechende Gleichungen aufstellen und lösen oder den Stromkreis aufbauen und die Größen messen. Mithilfe der App iCircuit besteht nun eine komfortable dritte Möglichkeit in der Simulation von elektrischen Stromkreisen auf dem Handy oder Tablet.
Zunächst fügt man die verschiedenen elektrischen Bauteile per Drag-and-Drop dem Simulationsbereich hinzu. Sobald dies geschehen ist, müssen die Bauteile noch mit Leitungen miteinander verbunden werden. Hierzu tippt man auf das Kästchen am Ende eines Bauteiles und zieht eine Leitung zum nächsten Bauteil. Die Simulation wird mit Hilfe des Buttons in der rechten oberen Ecke gestartet, wobei sich der Schaltplan auch während der Simulation weiter verändern lässt.
Die Bedienung ist größtenteils intuitiv. Indem man beispielsweise doppelt auf ein Bauteil tippt, erscheinen zu diesem zusätzliche Informationen in einem Konfigurationsmenü. Bei einer Spannungsquelle werden unter anderem Spannung, Stromstärke und Leistung angezeigt. Dabei ist sowohl der Betrag als auch die Art der Spannung (Gleich- oder Wechselspannung) einstellbar. Bei Wechselspannung können auch verschiedene Frequenzen und Formen, wie sinusförmige oder rechteckige Wechselspannung, als Ausgangssignal gewählt werden. Außerdem ist es möglich, Spannung und Stromstärke in ihrem zeitlichen Verlauf mit Hilfe einer integrierten Oszilloskopanzeige darzustellen. Hier kann neben dem zeitlichen Verlauf der jeweiligen Größe auch das Fourier-Spektrum angezeigt werden.
Durch doppeltes Antippen eines beliebigen Leiterabschnitts lassen sich die aktuellen Potential- und Stromstärkewerte einblenden. Durch das Setzen eines entsprechenden Hakens im Konfigurationsmenü besteht die Möglichkeit, diese Informationen dauerhaft in der Simulation anzuzeigen. Ist kein Bauelement ausgewählt, besteht über das Zahnradsymbol in dem Navigationsmenü am unteren Bildschirmrand die Möglichkeit, die Darstellung der Stromkreise zu verändern.
In der Simulation der Reihenschaltung werden zusätzlich der Potentialwert und die Stromstärke über jedem Leiterabschnitt eingeblendet (Abbildung 1). Während hierbei Potential und Stromstärke mit Einheiten erscheinen, ist dies beim elektrischen Widerstand nicht der Fall. Der elektrische Strom selber wird mit Hilfe von „Ladungspaketen“ dargestellt, die sich punktförmig entlang der Leitungen bewegen, wobei sich die Stromrichtung frei wählen lässt. Neben der bereits angesprochenen Anzeige der Stromstärke als numerischer Wert über einem Leiter, kann diese auch in visueller Form als Pfeil eingeblendet werden. Irritierend könnte wirken, dass die Stromstärke dabei nicht der Länge der dargestellten Pfeile entspricht, sondern deren Kontrast. Dies kann leicht zu Missverständnissen führen, weil die Pfeillänge ebenfalls mit der Leiterlänge variiert.
Wird in einer laufenden Simulation zum Beispiel ein Widerstand verändert, so führt dies zu einer sofortigen Anpassung aller Parameter und Visualisierungen. Auf diese Weise kann beispielsweise der fehlerhaften Vorstellung des sequentiellen Durchströmens der Bauteile entgegengewirkt werden, da deutlich wird, dass der Stromkreis ein zusammenhängendes System ist.
Thomas Weatherby, Jan-Philipp Burde, Thomas Wilhelm, Uni Frankfurt; Jochen Kuhn, TU Kaiserslautern
Dieser leicht gekürzte Artikel ist in der aktuellen Ausgabe von Physik in unserer Zeit erschienen. Sie finden ihn hier zum Download (Online-Abo nötig).
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