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Bernd123
Anmeldungsdatum: 03.07.2015
Beiträge: 9
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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 GvC Verfasst am: 09. Jul 2015 17:21 Titel: |
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| Bernd123 hat Folgendes geschrieben: | | Ich kann die Vorgänge nicht erklären, vermute aber dass die Spannung abnimmt und es zu einer neuen Kapazität kommt. |
Nein, die Spannung bleibt laut Aufgabenstellung konstant, die Kapazität ändert sich kontinuierlich von C1 auf 100*C1. Die Kapazitätsänderung geschieht innerhalb einer Zeit von 1 Sekunde (Plattenbreite 1cm, Geschwindigkeit des Dielektrikums 1cm/s). Bei Kapazitätsänderung ändert sich entsprechend Q=C*U auch die Ladung. Die Ldungsänderung pro Zeit ist definiert als der elektrische Strom.
)
Da U konstant ist, ist der Strom
Die Kapazitätsänderung erfolgt kontinuierlich, also lässt sich auch schreiben
Damit ist die Leistung
In der Zeit von  liefert die Spannungsquelle eine Energie von
Wenn Du mal die Differenz der im Kondensator gespeicherten Energien nach und vor dem Einschieben des Dielktrikums bestimmst, stellst Du fest, dass nur die Hälfte der von der Quelle gelieferten Energie im Kondensator gespeichert wird. Spannende Frage: Wo ist die andere Hälfte?
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Khaleb
Anmeldungsdatum: 01.05.2015
Beiträge: 64
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| Khaleb Verfasst am: 09. Jul 2015 17:22 Titel: Hinweis |
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1) Kapazität eines plattenkondensators mit guter näherung ist 
Die geometrie bleibt gleich, doch am ende des eineschiebens hat sich  von 1 auf 100 erhöht. Wie hat sich dabei die kapazität dann verändert?
2) ein dielektrikum polarisiert sich in einem elektrischen Feld.
Für das D feld gilt  . da das wegintegral des E feldes die spannung ist, was passiert mit dem E Feld dort wo das dielektrikum dann ist im gegensatz zu vorher wo kein dielektrikum war ( da ja die spannungsquelle angeschaltet ist) und was passiert daher nach obiger Formel mit dem D Feld. Da die quellen de D Feldes die wahren Ladungen sind, wie verändern sich die Flachenladungen an den Platten wenn man das dielektrikum reingegeben hat.
3) die energie in einem kondensator ist  wie gross ist also die energie vorher und nachher wenn die spannung gleichbleibt mit der kapazitätsänderung laut 1)
äh, meine dezenten hinweise sind leider obsolet da das beispiel in der zwischenzeit komplett gelöst wurde
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kelloggs
Anmeldungsdatum: 08.06.2014
Beiträge: 244
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| kelloggs Verfasst am: 10. Jul 2015 02:24 Titel: |
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GvC, steckt die andere Hälfte der Energie in der kinetischen Energie des eingeschobenen er=300 Plättchens sprich es wurde zwischen die Kondensatorplatten hineinbeschleunigt?
ahhh Korrektur: die andere Hälfte "sollte" in der kinetischen Energie des Plättchens sein aber es wurde im Prinzip mechanisch daran gehindert sodass es sich "nur" mit 1cm/s bewegt. Die mechanische Vorrichtung, die das Plättchen eingeschoben hat, hat die andere Hälfte der Energie kompensiert/aufgefangen sozusagen.
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Bernd123
Anmeldungsdatum: 03.07.2015
Beiträge: 9
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| Bernd123 Verfasst am: 10. Jul 2015 05:23 Titel: |
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Also sind die Lösungen
für a) 
und für b)
die richtigen Lösungen?
Und kann man Wneu auch mit der normalen Formel (W=1/2*C*U^2) bestimmen?
Falls meine Lösungen falsch sind, wäre super nett wenn ihr eure ergänzt
EDIT:Und ich sehe an den Lösungen nicht, welche Hälfte wohin verschwindet, wäre nett wenn du das nochmal genauer erläutern könntest
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 10. Jul 2015 09:50 Titel: |
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| Bernd123 hat Folgendes geschrieben: | Also sind die Lösungen
für a) |
Richtig.
| Bernd123 hat Folgendes geschrieben: | und für b)
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Leistung und Energie sind nicht dasselbe.
| Bernd123 hat Folgendes geschrieben: | | Und kann man Wneu auch mit der normalen Formel (W=1/2*C*U^2) bestimmen? |
Wneu lässt sich nur mit dieser Formel bestimmen. Da die Kapazität sich verhundertfacht und der ursprüngliche Energieinhalt bekannt ist, sollte die Rechnung nicht allzu schwierig sein.
| Bernd123 hat Folgendes geschrieben: | | EDIT:Und ich sehe an den Lösungen nicht, welche Hälfte wohin verschwindet, wäre nett wenn du das nochmal genauer erläutern könntest |
An den Lösungen kannst Du das auch nicht erkennen, vor allem nicht an Deinen. Denn Du hast ja Wneu noch gar nicht berechnet. Außerdem ist dies keine Frage aus der Aufgabenstellung. Ich schlage deshalb vor, dass Du erstmal die Fragen der Aufgabenstellung der Reihe nach beantwortest. Danach kannst Du Dir Gedanken über diese Zusatzfrage machen. Dazu könnte es hilfreich sein, sich zu überlegen, wie die Kraft beim "Einschieben" des Dielektrikums gerichtet ist, ob die Kraft auf das Dielektrikum also eine Schiebe- oder eine Bremskraft ist. Um ein bisschen vertrauter mit der Materie zu werden, könntest Du vielleicht auch erstmal die unterschiedlichen Energieinhalte für den Fall bestimmen, dass die Spannungsquelle vor Einschieben des Dielektrikums entfernt wird.
EDIT: Ich sehe gerade, dass kelloggs die Frage schon beantwortet hat.
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Bernd123
Anmeldungsdatum: 03.07.2015
Beiträge: 9
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| Bernd123 Verfasst am: 10. Jul 2015 17:36 Titel: |
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Ok
hab für Wneu=100Ws heraus
also ist die neue Energie genau wie die Kapazität um das 100fache gestiegen.
Nochmal eine kurze Frage zur Anordnung der Vorgänge.
Läuft das denn genau so ab:
1.Einschieben des Dielektrikums
2.Polarisation des Dielektrikums
3.Ladungsfluss auf die Platten (aus welchem Grund, hab zwar was mit Feldlinien gelesen, hab da aber noch paar Verständnislücken)
4.Mehr Ladungen auf den Platten bei konstanter Spannung=> Höhere Kapazität
Und der Strom der für den Ladungsfluss verantwortlich ist, fließt im ganzen Kondensator und kann deshalb für die Leistungsberechnung benutzt werden oder tritt dieser als separater Strom auf nur bedingt durch das Dielektrikum und nur während dem Einschieben ?
Und was bedeutet das deltaW was du am Ende berechnest wenn jedoch nur das Wneu die neue gespeicherte Energie beschreibt ?
Aufjedenfall danke für jede Mühe,das wären meine finalen Fragen 
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 11. Jul 2015 02:05 Titel: |
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| Bernd123 hat Folgendes geschrieben: | Ok
hab für Wneu=100Ws heraus
also ist die neue Energie genau wie die Kapazität um das 100fache gestiegen. |
Ja, das ist wegen
trivial.
Nochmal eine kurze Frage zur Anordnung der Vorgänge.
Läuft das denn genau so ab:
1.Einschieben des Dielektrikums
2.Polarisation des Dielektrikums
3.Ladungsfluss auf die Platten (aus welchem Grund, hab zwar was mit Feldlinien gelesen, hab da aber noch paar Verständnislücken)[/quote]
Da C sich durch das Einschieben des Dielektrikums zeitlich ändert, ändert sich auch die Ladung. Eine zeitliche Änderung der Ladung ist als elektrischer Strom definiert. Im vorliegenden Falle wird er aus der Spannungsquelle geliefert. (Wäre die Spannungsquelle abgetrennt, wäre kein Stromfluss möglich und die Ladung auf den Kondensatorplatten bliebe konstant. Da in jedem Fall aber Q=C*U gilt, würde sich bei zeitlicher Änderung der Kapazität und abgetrennter Spannungsquelle die Spannung zwischen den Kondensatorplatten ändern.)
| Bernd123 hat Folgendes geschrieben: | | 4.Mehr Ladungen auf den Platten bei konstanter Spannung=> Höhere Kapazität |
Hier scheinst Du Ursache und Wirkung zu verwechseln. Mehr Ladungen bewirken keine höhere Kapazität, sondern höhere Kapazität bewirkt eine höhere Ladung, sofern die Spannungsquelle angeschlossen bleibt, so dass zusätzliche Ladungen überhaupt geliefert werden können.
| Bernd123 hat Folgendes geschrieben: | | Und der Strom der für den Ladungsfluss verantwortlich ist, fließt im ganzen Kondensator und kann deshalb für die Leistungsberechnung benutzt werden oder tritt dieser als separater Strom auf nur bedingt durch das Dielektrikum und nur während dem Einschieben ? |
Auch hier scheint Dir der Kausalzusammenhang nicht ganz klar zu sein. Es ist zwar richtig, dass ein Strom in den Zuleitungen zum Kondensator eine Ladungszunahme auf den Kondensatorplatten bewirkt, im vorliegenden Fall ist es aber wichtig zu erkennen, weshalb der Strom überhaupt fließt. Und der fließt, weil aufgrund der wachsenden Kapazität wegen Q=C*U mehr Ladungen auf den Kondensatorplatten erforderlich sind. Diese Ladungen werden sozusagen aus der Spannungsquelle herausgezogen. Der Strom steht also am Ende der Kausalkette, nicht am Anfang, wie es deine Beschreibung suggeriert. Dieser Ladungsträgerstrom fließt übrigens ausschließlich in den Zuleitungen zu den Kondensatorplatten. Zwischen den Kondensatorplatten fließt kein Ladungsträgerstrom, da das Dielektrikum nicht leitend ist. Stattdessen fließt dort ein sog. Verschiebungsstrom gleicher Größe, der also nicht an Ladungsträger gebunden ist (aber dieselbe Wirkung hat wie ein Ladungsträgerstrom, da er genauso wie ein Ladungsträgerstrom von einem Magnetfeld umgeben ist).
Und natürlich fließt der Ladungsträgerstrom und somit auch der Verschiebungsstrom nur während des Einschiebens des Dielektrikums, da sich nur während des Einschiebens die Ladung auf den Kondensatorplatten ändert. Sobald keine Ladungsänderung mehr stattfindet, fleißt natürlich auch kein Strom mehr.
| Bernd123 hat Folgendes geschrieben: | | Und was bedeutet das deltaW was du am Ende berechnest wenn jedoch nur das Wneu die neue gespeicherte Energie beschreibt ? |
Das  gehört zu der in der Aufgabenstellung geforderten Erläuterung der elektrischen Vorgänge in der Anordnung. Es ist doch interessant und auch wichtig festzustellen, wie sich der Energieinhalt des Kondensators geändert hat und wie das mit den übrigen Vorgängen (Stromfluss bei konstanter Spannung) zusammenhängt.
Vor dem Einschieben des Dielektrikums ist der Energieinhalt des Kondensators
Nach dem Einschieben des Dielektrikums ist der Energieinhalt des Kondensators, wie bereits festgestellt
Der Energieinhalt hat sich also um
geändert.
Die Spannungsquelle hat aber eine Energie von
geliefert. Offenbar ist davon aber nur die Hälfte im Kondensator angekommen. Wenn man einen der fundamentalsten Sätze der Physik, nämlich den Energieerhaltungssatz ernst nimmt, ist es doch wohl legitim zu überlegen, wo die andere Hälfte der von der Quelle gelieferten Energie abgeblieben ist.
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