Kapazitätsaufgabe

Kathi88 · Gast

Meine Frage:
Hallo, hab diese Übungsaufgabe entdeckt und weiß nicht ob ich richtig denke.
Irgendwie kommt mir die Aufgabe so unvollständig vor, aber vielleicht fehlt mir auch nur der richtige Gedanke, oder man soll sie sogar nur theoretisch lösen.

Zwei Kondensatoren (C1 = 2,0 ?F und C2 = 5,0 ?F)
werden auf die Spannungen U1 und U2 aufgeladen
und danach in Reihe geschaltet, wobei der Pluspol
des einen an den Minuspol des anderen geklemmt
wird und ein zunächst offener Schalter S1 eingebaut wird.

5.1 Welche Spannung U besteht zwischen den Klemmen des Schalters S1
5.2 Welche Ladungen Q1 und Q2 tragen die Kondensatoren
5.3 Jetzt wird der Schalter S1 geschlossen. Wie groß sind die Spannungen U1 und U2 wenn der Schalter geschlossen wird.
(Hinweis: Überlegen Sie wohin die Ladungen der Kondensatoren wandern.)
5.4 Welche Ladungen tragen die Kondensatoren nun.

Meine Ideen:
5.1 Ich glaube man müsste hier einen Maschenumlauf machen und hat dann zB. U1 + U2 = U, da man ja eine Reihenschaltung hat und sosnt keine Angaben über die Größe von U1 oder U2. Alleine aus der Kapazität kann man nicht auf die aufladbare Spannung schließen, oder?

5.2 In einer Reihenschaltung die gleiche, das heißt Q1=Q2=Q=Cges * U, wobei man Cges durch 1/Cges = 1/C1 + 1/C2 ausrechnen kann und die Spannung mehr oder weniger ja "bekannt" ist.

5.3 Da auf beiden Kondensatoren die gleiche Anzahl an Ladungen getrennt werden müssten die sich doch eigentlich komplett ausgleichen, das heißt die elektronen von c1 wandern zum pluspol von c2, was wiederum die Spannung an C1 ausgleicht, was dazu führt im Endeffekt keine Ladungstrennung mehr erreicht wird, oder?

5.4 Wäre dann gar keine mehr weil sich alles ausgleicht, hoffe ich mal...

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Wenn sich alles ausgleicht, wo sollen dann die Ladungen hin, die sich in Summe an den jeweils zusammengeschalteten Platten befinden ?

Kathi88 · Gast

öhmmm ehrlich gesagt versteh ich die Frage nicht grübelnd

Du beziehst dich auf 3 und 4 denke ich mal.

Ähm also wenn der schalter jetzt geschlossen ist, dann hat man ja im prinzip zwei kondensatoren deren anfänge jeweils an die enden des anderen geschaltet werden. Und wenn man man jetzt die selber Ladungsmende unten wie oben trennet, dann können die sich denke ich mal auf beiden Seiten ausgleichen.

Stimmt denn das gedachte in 1 und 2?

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Zu 5.1
Je nachdem, in welche Richtung Du den Spannungspfeil über dem geöffneten Schalter einzeichnest, ist die Summe der beiden Kondensatorspannungen U1+U2=Us oder U1+U2=-Us (Us=Spannung über dem geöffneten Schalter).

Zu 5.2
Deine Argumentation mit der Reihenschaltung ist hier nicht gültig. Laut Aufgabenstellung werden die Kondensatoren zunächst getrennt aufgeladen und tragen nur dann dieselbe Ladung, wenn zufällig C1*U1=C2*U2. Das ist hier aber sicherlich nicht gemeint. Erst nach dem Aufladen werden sie in Reihe geschaltet. Solange diese Reihenschaltung nicht über den Schalter zu einem geschlossenen Kreis zusammengeschaltet wird, behalten beide Kondensatoren natürlich ihre ursprüngliche Ladung Q1=C1*U1 und Q2=C2*U2. Ein Ladungsausgleich kann bei geöffnetem Schalter nicht stattfinden, da das einen Ausgleichsstrom bedeuten würde, der nur in einem geschlossenen Kreis fließen kann.

Zu 5.3
Nach dem Schließen des Schalters sind die Beträge der Spannungen an beiden Kondensatoren natürlich gleich groß (Maschensatz). Wenn Du die Richtungen der ursprünglichen Spannungspfeile beibehältst, wird eine der Spannungen negativ werden, und zwar an demjenigen Kondensator, der ursprünglich die geringere Ladung trug.

Zu 5.4
Nach dem Umladen sind die Ladungen Q1=C1*U und Q2=C2*U, wobei U die unter 5.3 bestimmte Spannung ist. Die kann aber nur allgemein berechnet werden, da Du vergessen hast, die Werte der beiden Spannungen U1 und U2 vor dem Zusammenschalten anzugeben.