Der elektromagnetische Schwingkreis

Als Schwingkreis bezeichnet man im einfachsten Fall eine Anordnung eines Kondensators und einer Spule in einem geschlossenen Stromkreis (Bild 1). Durch Anlegen einer äußeren Wechselspannung kann ein Schwingkreis zu elektromagnetischen Eigenschwingungen angeregt werden. Bei diesen Schwingungen wandeln sich beständig elektrische Feldenergie im Kondensator und magnetische Feldenergie an der Spule ineinander um.

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:

$T=2\pi \sqrt{L\cdot C}$

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.

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.