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[quote="stereo"]Hallo, ich habe den Zusammenhang zwischen einer Ladungsmessung an einem Kondensator und der Polarisation noch nicht ganz verstanden. In vielen Veröffentlichungen ist zu finden, dass durch eine Ladungsmessung die Polarisation (im Ferroelektrikum) berechnet werden kann, indem die Messwerte durch die Fläche der Probe geteilt werden. Dass eine Polarisation eine Oberflächenladung erzeugt ist mir ganz klar, aber ich habe das Gefühl, dass die freien Ladungen auf den Kondensatorplatten nicht berücksichtigt werden. Soweit ich das verstanden habe, wird durch eine Ladungsmessung die Differenz zwischen freien Ladungen und Polarisationsladungen bestimmt. Bei gleichen Flächen (sollte ja bei einem Kondensator der Fall sein) folgt für die gemessene Flächenladung: [latex] \sigma_\text{Messung} = \sigma_\text{frei} - \sigma_\text{Polarisation} = \sigma_\text{frei} - P[/latex] Das entspricht doch aber der elektrischen Flussdichte und nicht der Polarisation. Im speziellen geht es mir dann darum, dass die gespeicherte Energiedichte mit [latex] w = \int E ~ \mathrm d P [/latex] berechnet werden kann und anscheinend wird aber das Integral über die Flussdichte berechnet. Danke für eure Hilfe edit: Ich will die Energiedefinition noch etwas ausführen: [latex]W = \int p ~ \mathrm d t = \int u \cdot i ~ \mathrm d t = \int u ~ \mathrm d q[/latex] [latex]w = \frac W V = \int \frac u d \cdot \frac 1 A ~ \mathrm d q = \int E ~ \mathrm d D[/latex] Dabei ist D die elektrische Flussdichte. Irre ich mich oder übersehe ich etwas? edit2: [quote="stereo"] [latex] \sigma_\text{Messung} = \sigma_\text{frei} - \sigma_\text{Polarisation} = \sigma_\text{frei} - P[/latex] [/quote] Hier habe ich einen Fehler gemacht. Es werden die Ladungen gemessen, welche sich auf den Kondensatorplatten befinden, das heißt die freien Ladungsträger. [latex] \sigma_\text{Messung} = \sigma_\text{frei} = D = \varepsilon_0 E_\text{Vak} = \varepsilon_0 E_\text{Diel} + P[/latex] Jetzt könnte man, aufgrund der hohen Permittivität ferroelektrischer Stoffe, den ersten Summanden vernachlässigen und das würde die Aussage bestätigen, weil dann [latex]D \approx P[/latex] Also ich bin mir überhaupt nicht sicher, weil die Rechnungen mit der elektrischen Flussdichte, den drei elektrischen Feldern sehr verwirrend sind. Das habe ich noch nicht ganz verstanden. Die Poissongleichung für D leuchtet mir noch nicht ganz ein. edit3: Bei konstanter Spannung U wird die Ladung auf den Kondensator um [latex]\varepsilon_r[/latex] erhöht. Das wird auch schnell durch [latex] Q = C \cdot U = \varepsilon_r \cdot \varepsilon_0 \cdot \frac A d \cdot U = \varepsilon_r \cdot Q_\text{Vak} [/latex] klar. Aber wodurch wird das in dieser Formel ausgedrückt: [latex] D = \sigma_\text{frei} = \varepsilon_0 E_\text{Vak} [/latex] Ich habe die Idee hinter der elektrischen Flussdichte anscheinend wirklich noch nicht verstanden.[/quote]
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Nachricht
stereo
Verfasst am: 05. Dez 2013 14:04
Titel:
Ich habe nochmal den Titel der Frage geändert, weil ich eher die elektrische Flussdichte im Kondensator als Schwerpunkt empfinde.
stereo
Verfasst am: 04. Dez 2013 12:04
Titel: Elektrische Flussdichte im Kondensator
Hallo,
ich habe den Zusammenhang zwischen einer Ladungsmessung an einem Kondensator und der Polarisation noch nicht ganz verstanden.
In vielen Veröffentlichungen ist zu finden, dass durch eine Ladungsmessung die Polarisation (im Ferroelektrikum) berechnet werden kann, indem die Messwerte durch die Fläche der Probe geteilt werden. Dass eine Polarisation eine Oberflächenladung erzeugt ist mir ganz klar, aber ich habe das Gefühl, dass die freien Ladungen auf den Kondensatorplatten nicht berücksichtigt werden.
Soweit ich das verstanden habe, wird durch eine Ladungsmessung die Differenz zwischen freien Ladungen und Polarisationsladungen bestimmt. Bei gleichen Flächen (sollte ja bei einem Kondensator der Fall sein) folgt für die gemessene Flächenladung:
Das entspricht doch aber der elektrischen Flussdichte und nicht der Polarisation. Im speziellen geht es mir dann darum, dass die gespeicherte Energiedichte mit
berechnet werden kann und anscheinend wird aber das Integral über die Flussdichte berechnet.
Danke für eure Hilfe
edit:
Ich will die Energiedefinition noch etwas ausführen:
Dabei ist D die elektrische Flussdichte. Irre ich mich oder übersehe ich etwas?
edit2:
stereo hat Folgendes geschrieben:
Hier habe ich einen Fehler gemacht. Es werden die Ladungen gemessen, welche sich auf den Kondensatorplatten befinden, das heißt die freien Ladungsträger.
Jetzt könnte man, aufgrund der hohen Permittivität ferroelektrischer Stoffe, den ersten Summanden vernachlässigen und das würde die Aussage bestätigen, weil dann
Also ich bin mir überhaupt nicht sicher, weil die Rechnungen mit der elektrischen Flussdichte, den drei elektrischen Feldern sehr verwirrend sind. Das habe ich noch nicht ganz verstanden. Die Poissongleichung für D leuchtet mir noch nicht ganz ein.
edit3:
Bei konstanter Spannung U wird die Ladung auf den Kondensator um
erhöht. Das wird auch schnell durch
klar. Aber wodurch wird das in dieser Formel ausgedrückt:
Ich habe die Idee hinter der elektrischen Flussdichte anscheinend wirklich noch nicht verstanden.