Fragen zum Plattenkondensator

Lehrling · Anmeldungsdatum: 01.05.2004 Beiträge: 17

1) Was passiert, wenn man einen Plattenkondensator eine Zeit lang mit einer bestimmten Spannung U auflädt und ihn dann von dieser Spannungsquelle entfernt/trennt?

2) Was passiert, wenn man einen Plattenkondensator vollständig auflädt und dann ein Dielektrikum zwischen den Plattenkondensator bringt? Wie kann man die neue Spannung berechnen?

3) Angenommen man hat einen Plattenkondensator horizontal aufgebaut. Nun folgender Fall: 1 Wattebällchen schwebt zwischen den beiden Platten. Dann müsste doch die elektrische Kraft = der Gravitationskraft (m * g = E * q) sein, oder?

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5787 Wohnort: Heidelberg

1) Keine Ahnung, was da genau verlangt wird... Die Spannung bleibt erhalten, aber ob das die gewollte Antwort ist?
2) U = Q/C; Die Kapazität ändert sich (wie?), die Ladung bleibt gleich.
3) Ja, würde ich auch so sehen. Vergleiche dazu Millikan-Versuch (Steht sicher was auf Wikipedia dazu)

Gruß
Marco.

Edit: zu 1) Vielleicht auch eher, dass die Ladung auf den Kondensatorplatten bleibt, weil die ja dann isoliert sind. Die Spannung ändert sich bei der b) ja. Wenn man den Kondensator aber so läßt, wie er ist, dann bleibt bei gleicher Ladung auch die Spannung gleich... Ich weiß nicht, was die da wollen!

Lehrling · Anmeldungsdatum: 01.05.2004 Beiträge: 17

Danke dir schon mal.

zu 2) Wenn die Kapazität steigt, müssten doch auch weitere Ladungen auf den Kondensator fließen, oder nicht?

Dann habe ich hier noch eine weitere Aufgabe entdeckt, die absolut nicht verstehe unglücklich

(war paar Tage krank und versuche gerade den Stoff aufzuholen).

Zur Verfügung stehen 4 gleiche Kondensatoren, deren Kapazität je 2F beträgt.
a) Welches ist die größte und die kleinste Gesamtkapoazität, die man durch geeignete Schaltungen herstellen kann?
b) Welche Schaltung liefert die Gesamtkapazität 5F?

zu a) hätte ich gesagt, dass eine einfache Reihenschaltung die niedrigste und eine Parallelschaltung die höchste Gesamtkapazität bringt. Stimmt das?

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

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5787 Wohnort: Heidelberg

@schnudl: Du hast natürlich Recht (wie so ziemlich immer Big Laugh

). Wenn man den Kondensator über einen Widerstand (z. B. Leitungswiderstand, den man ja immer irgendwie hat) aufläd, dann hat man ja einen exponentiellen Verlauf der Spannung nach der Zeit. Wahrscheinlich ist der Grenzfall gemeint für lange Zeit, also quasi die "vollständige Aufladung" bei einer angelegten Spannung... Naja, so ganz sauber ist das sicher nicht.

Bei der zwei sind die Platten nicht mehr an die Spannungsquelle angeschlossen. D. h., nicht die Spannung ist festgelegt, sondern die Ladung auf den Platten bleibt konstant.

Gruß
Marco

Lehrling · Anmeldungsdatum: 01.05.2004 Beiträge: 17

Aber jeder Kondensator hat doch eine gewisse Kapazität, die abhängig vom Plattenabstand, Plattengröße und eventuell des Dielektrikums ist. Und wenn die Kapazität ausgeschöpft ist, können doch keine weiteren Ladungen mehr aufgenommen werden. Ich dachte, dass bezeichnet man als "vollkommen aufgeladen".

Neko · Anmeldungsdatum: 04.07.2004 Beiträge: 526 Wohnort: Berlin

Zu 1) er entlädt sich im besten Fall über einen Widerstand. Der U/t - Verlauf entspricht einer E-Funktion mit negativem Exponenten, weil die Ladungen schnell abfließen wollen. Stell dir einen vollen Bus/Zug vor, der anhält. Am Anfang steigen die meisten Leute aus. Die die eingeschlafen sind, kommen zum Schluss Augenzwinkern

Wenn du noch ne Spule dazuschaltest, geschieht die Entladung als eine Cosinus-Welle, welche von einer e^-kt - Funktion eingehüllt wird.

Zu 2) @as string, das kann man so nicht sagen, die Ladung wächst nämlich Augenzwinkern

Im Plattenkondensator ohne Dielektrikum versammeln sich Ladungsträger verschiedenen Vorzeichens jeweils an der gegenüberliegenden Platte (+ an die eine, - an die andere). Aber nur so viele, bis das Teil voll ist, also die maximale Ladungsdichte an den Platten erreicht ist. Ein Dielektikum bewirkt nun Folgendes: Die unbeweglichen Dipolladungen im Dielektrikum (deswegen heißt es auch so) richten sich so aus, dass die + -Seite des Dielektrikums an der - -Platte und die - -Seite an der + -Platte angrenzt. Auf diese Weise wird der Druck der nachfolgenden freien Ladungsträger, die das Bestreben haben auf die Platte zu gelangen, entlastet, und es können jetzt mehr Ladungen auf die Platte fließen. Das vergrößert die Kapazität, also auch die Menge an Ladungen die draufpassen. Also wächst mit C auch Q bei konstantem U

Über

kannst du die neue Kapazität berechnen, wobei das Epsilon mit dem Index r die Dielektrizitätszahl des Dielektrikums ist (immer größer 1), mit Index 0 die normale E-Konstante, A die Fläche der Kondensatorplatte und d der Plattenabstand

Zu 3) korrekt, siehe as_string

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5787 Wohnort: Heidelberg

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

Lehrling · Anmeldungsdatum: 01.05.2004 Beiträge: 17

Vielen Dank für eure ausführlichen Hilfen smile

Kann mir noch jemand bei der anderen Aufgabe mit den Gesamtkapazitäten helfen? Das ist glaube ich das letzte, was mir noch nicht ganz klar ist grübelnd

Hier nochmal die Aufgabe:

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

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

Neko · Anmeldungsdatum: 04.07.2004 Beiträge: 526 Wohnort: Berlin

Schnudl, du hast sicher Recht. wenn du den Fall "Nur Kondensator" hast, der von allem möglichen abgetrennt wird, was vorher da war, um ihn aufzuladen (sprich Kabel, Spannungsquelle, etc), also nur den idealen aufgeladenen Kondensator betrachtest, dann hast du sowas von Recht Augenzwinkern

Wenn aber - und das ist eigentlich der häufigere Versuch, der gemacht wird weswegen ich die Aufgabe auch so verstanden habe - sich der aufgeladene Kondensator noch angeschlossen an einen geschlossenen Stromkreis, ohne ohmschen Widerstand (als Bauteil) vorfindet, dann wird er sich irgendwann entladen. Wird kein ohmscher Widerstand verwendet, wirken die leitenden Kabel als Widerstand. Hab selbst mal auf einer Leiterstrecke eines gewöhnlichen Experimentierboards, was es in meiner Uni gab, einen Widerstand von 10 Ohm gemessen. Naja wie dem auch sei, ein Kondensator wird sich über einen Leiter nur sehr langsam entladen, die E-Energie wird in Wärme umgewandelt und geht verloren.

Aber wie gesagt: wenn die Aufgabe so gemeint war wie in meinem ersten Absatz, dann geschieht keine Entladung

Wink

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

ich denke jeder hat auf seine Art Recht...
Oft redet man von verschiedenen Dingen ohne dass man es bemerkt.

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5787 Wohnort: Heidelberg

@schnudl: Schon wieder hast Du Recht! Wie machst Du das immer nur?!? Gott

Ich will auch nicht sagen, dass Neko Unrecht hat. Ich hatte schon verstanden, was er meint, denke ich. Das was er beschreibt ist sicher auch der realistischere Fall. Aber ich hatte versucht die Aufgabenstellung (die sicher nicht so richtig eindeutig ist) zu verstehen/interpretieren. Dabei bin ich mir relativ sicher, das mit "entfernen/trennen" bei der 1) gemeint ist, dass die Platten wirklich isoliert sind. Ich denke nicht, dass hier eine eher philosophische Erörterung darüber geführt werden soll, ob es eine ideale Isolierung überhaupt gibt etc.
Bei der 2) denke ich auch, dass von einer Isolierung auszugehen ist. Wie sonst sollte man die Änderung derSpannung angeben? Die 3) war dann schon wieder klarer, denke ich, wobei ich dieses "horizontal aufgebaut" auch nicht für eindeutig halte, aber mal davon ausgehe, dass die Platten horizontal ausgerichtet sind und das Feld dann eben gerade vertikal verläuft. Sonst macht die Aufgabe ja wieder keinen Sinn.
Ist eigentlich jetzt das mit der Reihen und Serienschaltung schon geklärt? Daß sich bei einer Reihenschaltung die Kapazitäten addieren und bei einer Serienschaltung die Kehrwerte ist klar, oder?

Gruß
Marco

Gast

Serienschaltung und Reihenschaltung ist das gleiche.
Bei Serienschaltung addieren sich Widerstände und Induktivitäten
sowie die Kehrwerte von Kapazitäten.
Bei Parallelschaltung addieren sich Kapazitäten sowie die Kehrwerte
von Widerständen und Induktivitäten.
Der Kehrwert von Widerstand ist Leitwert, gibt es auch Namen für die
Kehrwerte von Kapazität und Induktivität?

dachdecker2

Später hörst du von "komplexen Widerständen". Das ist nichts weiter, als das man Widerständen neben dem reellen Wert (dem Gleichstromwiderstand) auch einen Imaginären Wert (Frequenz*Induktivität - 1/(Frequenz*Kapazität)) zuordnet.

Das ganze ist dann Z:

Der komplexe Leitwert Y ist der Kehrwert von Z:

Dadurch braucht man keine eigenen Namen für Kehrwerte von Induktivitätten und Kapazitäten.

Mit der Verwendung der komplexen Zahlen kann man in Wechselstromnetzen genauso einfach rechnen, wie mit reellen Zehlen in Gleichstromnetzen.

Gast

Danke, das ist verständlich. Ich glaube ich habe das Konzept 'Widerstand'
einfach mit dem Bauteil gleichen Namens verwechselt.

Elektrischer Widerstand als Konzept ist ja das Verhältnis von Spannung
und Strom, und das ist auch anwendbar auf Kapazität und Induktivität,
genauso auch der Leitwert als Verhältnis von Strom und Spannung.

Es gibt ja auch einen mechanischen Widerstand, etwa die Reibung,
und man spricht zum Beispiel von Luftwiderstand. Dies wären dann
Beispiele für reelle Widerstände, die Energie umsetzen.

Könnte man sagen, dass Widerstand, als Konzept verstanden, das Verhältnis
von einer Ursache zu ihrer Wirkung beschreibt?

Wenn man diese Idee z.B. auf Kraft, Masse und Beschleunigung anwendet,
dann erscheint die Trägheit, eine Eigenschaft von Masse, als Widerstand,
also als Verhältnis von Ursache (Kraft) und Wirkung (Beschleunigung).
Dies wäre ein imaginärer Widerstand, denn die Energie wird gespeichert.

Ist das soweit richtig beschrieben?

Ich will versuchen, diesen Zusammenhang auch auf die Kapazität und die
Induktivität anzuwenden um zu sehen, welche Ursachen und Wirkungen hier
miteinander verbunden sind.

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5787 Wohnort: Heidelberg

bf_15b35 · Anmeldungsdatum: 26.10.2005 Beiträge: 30