Physik-Protokoll Station 4: Ladung und Kapazität Versuche am Plattenkondensator Versuchsbeobachtung

Physik-Protokoll
Station 4: Ladung und Kapazität
Versuche am Plattenkondensator
Versuchsbeobachtung:
1. Beim Laden der Platten schlägt das Elektroskop aus.
2. Sobald man das Elektroskop anfasst, entlädt sich die Platte und das Elektroskop geht auf null zurück.
3. Lädt man die Platten auf und lässt sie, ohne sie zu berühren, stehen, ist der Ausschlag des Elektroskops konstant. Die Ladung hält sich.
4. Wenn man den Abstand zwischen den beiden Platten verringert, schlägt der Zeiger des Elektroskopes stärker aus.
Deutung des Versuch:
Zu 1.: Das Elektroskop zeigt die vorhandene Ladung an.
Zu 2.: Wenn man das Elektroskop anfasst, entlädt sich das Elektroskop. Es kommt über den Körper zu einem Ladungsausgleich.
Zu 3.: Luft wirkt als Isolator.
Zu 4.: siehe Aufgabe 3 (am Ende).
Durch die Nutzung eines Dielektrikums mit einer höheren Permittivitätszahl εr als vorher, kann der Kondensator mehr Ladung bei gleicher Spannung speichern.
Aufgaben:
1. Formel für Kapazität eines Plattenkondensators:
Einheit der Kapazität:
Wichtig: A steht nicht für die Stromstärke Ampere, sondern für Area, also die Fläche des Kondensators!!!
Aufgabenblatt Übung 3:
siehe auch http://www.wzemann.de/physik/page1/downloads/index.html Uebung3.doc
Aufgabe 1: Plattenkondensator I
a) Welche Kapazität hat ein Plattenkondensator mit dem Plattenabstand d = 5 mm, wenn seine kreisförmigen Platten einen Durchmesser von 16 cm haben?
Formel:
gegeben: d = 5mm, A = (16cm : 2)² · π = 201,062cm², ε0 = 8,854 · 10 -12
gesucht: C
Rechnung:
Antwort: Der Plattenkondensator besitzt eine Kapazität von 3,56 · 10 -11 F (Farad).
b) Welche Ladung nimmt der Kondensator insgesamt auf, wenn die Spannung U = 1 kV angelegt wird?
Formel: C · U = Q
gegeben: C = 3,56 · 10 -11 F, U= 1 kV= 1000 V
gesucht: Q
Rechnung:
Antwort: Der Kondensator nimmt ingesamt 3,56 · 10 -8 Q (Ladung) auf, wenn eine Spannung von 1 kV angelegt ist.
c) Bestimmen Sie die elektrische Feldstärke.
Formel:
gegeben: Q = 3,56 · 10 -9 A s, C = 3,56 · 10 -12 , d = 0,005m U = 1000 V
gesucht:E
Rechnung:
Antwort: Die elektrische Feldstärke beträgt
Aufgabe 2: Plattenkondensator II
Ein Blockkondensator besteht aus Stanniolstreifen (Zinnfolie) mit einer Fläche von 8 m2. Das Dielektrikum besteht aus Papier der Dicke d = 0,03 mm (r = 2,5).
a) Bestimmen Sie die Kapazität und die Ladung dieses Kondensators, wenn eine Spannung von 150 V angelegt wird.
Formel:
gegeben: εr = 2.5, d =0.03mm , A = 2 · 8m² = 16m²
gesucht: Q & C
Rechnung:
Wenn eine Spannung von 150 V angelegt wird, dann beträgt die Kapazität 5,9 · 10-6 F und die Ladung 8,85 · 10-4 As.
b) Bei welcher Spannung trägt der Kondensator eine Ladung von 10-5 C?
Gegeben: Q= 10-5 C , C=
Formel:
Rechnung:
Antwort: Bei einer Spannung von 1,69V trägt der Kondensator eine Ladung von 10-5 C.
Aufgabe 3: Änderungen am Plattenkondensator
Ein Plattenkondensator wird geladen und von der Quelle getrennt.
a) Begründen Sie, weshalb sich die Feldstärke beim Auseinanderziehen der Platten nicht ändert.
b) Welche Änderung der Spannung zwischen den Platten ergibt sich, wenn ihr Abstand verdoppelt, verdreifacht wird?
a) Die Feldstärke hängt nur von der Zahl der Ladungen auf der Plattenfläche ab. Sie verändert sich daher beim Auseinanderziehen der Platten nicht. Allerdings muss für die Ladungstrennung (Die Ladungen auf den Platten werden beim Auseinanderziehen weiter voneinander entfernt.) Energie aufgewendet werden. Daher nimmt die Spannung (= Ladungstrennungsarbeit pro Ladung) zwischen den beiden Kondensatorplatten zu.
b) Die Spannung verdoppelt bzw. verdreifacht sich.
|