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DBC
Anmeldungsdatum: 25.02.2014
Beiträge: 3
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 DBC Verfasst am: 25. Feb 2014 12:33 Titel: Elektrolyt und Isolator in Kondensator |
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Meine Frage:
Hallo,
in einem Versuchsaufbau sollen sich zwischen zwei Metallelektroden eine Isolatorschicht und ein Elektrolyt befinden. In dem Elektrolyt soll sich ein elektrisches Feld aufbauen. Mir hat jemand versucht zu erklären, dass sich das Feld nicht aufbauen kann, da Strom und Feld über die Gleichung  verbunden sind und der Isolator einen Stromfluss verhindert.
Meine Ideen:
Aber ist es nicht so, dass der Stromfluss aus dem elektrischen Feld folgt und nicht andersherum? In dem Elektrolyt müsste sich doch trotzdem ein Feld aufbauen (ich meine hier einen Fall, der unabhängig von Ionenleitung ist, da das Feld nur über einen sehr begrenzten Zeitraum anliegen soll). |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 25. Feb 2014 13:21 Titel: |
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Ich nehme mal an, dass an die Anordnung eine Gleichspannung angelegt wird.
| DBC hat Folgendes geschrieben: | | In dem Elektrolyt soll sich ein elektrisches Feld aufbauen. |
... welches im eingeschwungenen Zustand dem äußeren Feld betragsmäßig gleich und entgegengesetzt ist, so dass die resultierende Feldstärke Null ist. Im Elektrolyten werden unter dem Einfluss äußerer Feldkräfte so lange Ladungen verschoben, bis keine Coulombkraft mehr auf die Ladungsträger (Ionen) wirkt. Das ist dann der Fall, wenn die Gesamtfeldstärke Null ist.
Im Prinzip handelt es sich um die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes (Elektrolytschicht) und einer Kapazität (Isolatorschicht) an Gleichspannung. Im eingeschwungenen Zustand (nach abgeschlossener Kondensatoraufladung) ist die Spannung über der Elektrolytschicht und damit die Feldstärke Null.
Anders sind die Verhältnisse während des Ladevorgangs, wo die Spannung über der Elektrolytschicht dem Zeitgesetz
gehorcht und damit die Feldstärke als  mit der Zeit ebenfalls auf Null zurückgeht (d=Dicke der Elektrolytschicht, uR=Spannung über der Elektrolytschicht).
Ganz anders sind die Verhältnisse allerdings bei anliegender Wechselspannung. Das solltest Du klären.
Jedenfalls lässt sich die Behauptung, die Isolatorschicht verhindere generell einen Stromfluss, nicht aufrecht erhalten. Das ist nur richtig, solange sich die Spannung über der Isolatorschicht nicht ändert. Sie ändert sich aber bei Gleichspannung während des Ladevorgangs, und bei Wechselspannung ändert sie sich ständig.
Es wäre eigentlich ganz schön, wenn Du das gegebene Szenario eindeutiger beschreiben würdest, insbesondere was die Zeitabhängigkeit und Dauer der anliegenden Spannung angeht. |
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DBC
Anmeldungsdatum: 25.02.2014
Beiträge: 3
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| DBC Verfasst am: 25. Feb 2014 13:35 Titel: |
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Danke für die schnelle Antwort!
Es wird eine Gleichspannung in Form eines Rechteckpulses der Dauer 1 ms angelegt. Nach meinen Berechnungen liegt die Beweglichkeit, zum Beispiel eines Chlor-Ions, in der Größenordnung  . Bei einer Feldstärke von etwa 1 kv/cm und einer Pulsdauer von 1 ms dürfte man den eingeschwungenen Zustand noch nicht erreicht haben. |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 25. Feb 2014 14:05 Titel: |
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| DBC hat Folgendes geschrieben: | | Bei einer Feldstärke von etwa 1 kv/cm und einer Pulsdauer von 1 ms dürfte man den eingeschwungenen Zustand noch nicht erreicht haben. |
Das lässt sich so generell nicht sagen. Um das nachzuweisen, benötigst Du den Widerstand der Elektrolytschicht, wobei die Beweglichkeit der Chlorionen nur eine der bestimmenden Größen ist, und die Kapazität der Isolatorschicht. Denn letztlich kannst Du über den Zeitablauf nur etwas sagen, wenn Du die Zeitkonstante  kennst.
Du benötigst also zumindest die Leitfähigkeit der Elektrolytschicht (hängt von der Konzentration der Salzlösung ab) und die Permittivität der Isolatorschicht sowie die Dicken beider Schichten, während die Kondensatorfläche keinen Einfluss hat, da sie sich bei der Bildung des Produktes aus R und C herauskürzt. |
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DBC
Anmeldungsdatum: 25.02.2014
Beiträge: 3
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| DBC Verfasst am: 05. März 2014 10:03 Titel: |
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Okay. Ich habe die Größen, die gebraucht werden. Nun berechne ich das  und weiß, wie schnell die Spannung auf 1/e abgefallen ist. Aber in einem normalen Stromkreis fließen Elektronen, nicht Ionen, wie in diesem Fall, die sich in dem Elektrolyt ja viel langsamer bewegen. Das kann doch nicht die selbe Rechnung sein? |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 05. März 2014 10:46 Titel: |
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| DBC hat Folgendes geschrieben: | | Ich habe die Größen, die gebraucht werden. |
Das heißt, Du kennst die Leitfähigkeit und die Dicke der Elektrolytschicht sowie die Permittivität und Dicke der Dielektrikumschicht.
| DBC hat Folgendes geschrieben: | | Nun berechne ich das und weiß, wie schnell die Spannung auf 1/e abgefallen ist. |
Welche Spannung? Nach Deinen Angaben ist die Gesamtspannung eine Gleichspannung (also unveränderlich) für die Dauer von 1ms. Meinst Du eine der beiden Teilspannungen? Welche? Die über der Elektrolytschicht wird in der Tat kleiner, die über der Dielektrikumschicht in gleichem Maße größer. Aber wozu benötigst Du diese Information? Es wäre, denke ich, langsam an der Zeit, die eigentliche Aufgabenstellung mal zu verraten.
| DBC hat Folgendes geschrieben: | | Aber in einem normalen Stromkreis fließen Elektronen, nicht Ionen, wie in diesem Fall, die sich in dem Elektrolyt ja viel langsamer bewegen. Das kann doch nicht die selbe Rechnung sein? |
Warum nicht? Ich denke, Du kennst die Leitfähigkeit bereits (s.o.).
Da ist die Beweglichkeit µ der Ionen ja drin enthalten. |
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