Energie im Plattenkondensator mit Dielektrikum

Sorall · Gast

Hallo lieber Physiker,

ich habe da ein kleines Verständnisproblem bzgl. der Energie im Plattenkondensator (Platten seien elektrisch isoliert), wenn man ein Dielektrikum einführt.
Ich habe nun einen Plattenkondensator mit Kapazität

. Führe ich nun ein Dielektrikum (

) in den Zwischenraum, sodass dieser vollkommen ausgefüllt ist, so ergibt sich die neue Kapazität

. Soweit so gut.
Da die Anzahl der Ladungen

vor und nach dem Einführen des Dielektrikums konstant sein müssen, gilt dass unsere Spannung

ist. Sprich unsere Spannung nimmt ab oder?
Jetzt steht im Demtröder:

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Sorall · Gast

Achso okay also sind das zwei Fällt. Dann ergibt sich ja kein Wiederspruch smile

Im Demtröder steht jedoch wirklich

. Jedoch haben die im Buch nie

definiert und bezeichnen wohl immer mit

.

Bzgl. deiner Frage...
Die Frage stellte ich mir auch schon, als ich bei meiner Berechnungen einen Verlust der Energie festgestellt habe. Ich glaube bei uns in der Vorlesung wurde mal etwas gesagt, dass ein Dielektrikum in den Zwischenraum des Kondensators "reingesaugt" wird. Dazu wäre ja eine Energie nötig, die auf das Dielektrikum in kinetische Energie übertragen wird und dort nachdem es zum Stillstand gekommen ist als potentielle Energie im Dielektrikum steckt.
Wäre das eine mögliche Erklärung?

Danke sehr aber schon mal für die bisherige Hilfe smile

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Mit potentieller Energie hat das nur dann etwas zu tun, wenn der Vorgang reibungslos verläuft. Denn dann vollführt der Dielektrilumsblock eine harmonische Schwingung, wobei wechselweise kinetische in potentielle Energie und umgekehrt verwandelt wird. Das gilt allerdings nur, wenn die Platten horizontal angeordnet sind. Bei vertikaler Anordnung muss noch die Gewichtskraft des Dielektrikums berücksichtigt werden, die vermutlich größer als die Feldkraft ist.

Dasselbe gilt übrigens auch für den Fall, dass die Spannungsquelle angeschlossen bleibt und der Energieinhalt des Kondensators bei voll eingezogenem Dielektrikum größer ist als ohne. Kannst Du Dir vorstellen, wie das zustande kommt?

Sorall · Gast

Also im Falle dass die Spannungsquelle abgeklemmt ist, ist meine Lösungsidee richtig?
Zum zweiten Fall hätte ich nur eine Idee nachdem was ich im Demtröder gelesen habe. Hoffe ich habe das auch richtig verstanden:

Ich glaube wenn man bei konstanter Spannung ein Dielektrikum im Kondensator hat, so wird eine gewisse Energie dazu benötigt, die Atome in dem Dielektrikum zu Dipolen zu machen. Diese entstehenden Dipole erzeugen wiederum ein elektrisches Feld indem ein Teil meiner vorherigen Energie steckt. Zusammen mit der Energie im Vakuum des Kondensators ist dann die gesamte Energie des entstehenden elektrischen Feldes größer als die vor dem Einführen des Dielektrikums.
Dass dieses bei den isolierten Platten nicht klappt würde ich dann darauf zurückführen, dass die übertragene Energie auf die Dipole genau die Energie ist, welche dem Plattenkondensator entzogen wird.

Puhh... ziemlich verwirrend muss ich sagen. Hoffe ich behalte die richtigen Resultate und Begründungen aus dieser Unterhaltung....

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Nein, nein, jetzt scheinst Du Dich ein bisschen zu verrennen. Den Fall der abgeklemmten Spannungsquelle haben wir ja schon geklärt. Das Dielektrikum wird zwischen die Platten gezogen, das Feld gibt Energie an das Dielektrikum ab, das damit kinetische Energie aufnimmt und diese im realen Fall als Reibungswärme wieder an die Umgebung abgibt.

Auch bei angeschlossener Spannungsquelle passiert dasselbe: Das Dielektrikum wird zwischen die Platten gezogen, nimmt dabei kinetische Energie auf, die als Reibungswärme an die Umgebung abgegeben wird. Dennoch ist die anschließend im Kondensator gespeicherte Energie größer als zuvor. Die Frage ist, woher diese beiden Energien kommen, die Verlustenergie (Reibung) und die zusätzliche Feldenergie.

Sorall · Gast

Hm....
Also da ja die Spannung konstant bleibt und die Kapazität des Kondensators zunimmt durch einführen eines Dielektrikums müsste ja die Ladung auf den Platten zunehmen. Sprich die Ladungsdichte auf den Platten und somit auch der Betrag des elektrischen Feldes. Das heisst, die Energie die zusätzlich vorhanden ist, müsste durch die zusätzlichen Ladungen auf der Platte kommen. Demnach würde die Spannungsquelle die zusätzliche Energie liefern!?

Ansonsten hätte ich jetzt leider keine Idee mehr :/

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861