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Zauberfee1



Anmeldungsdatum: 20.11.2016
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Beitrag Zauberfee1 Verfasst am: 12. Dez 2016 14:30    Titel: Kondensator Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo!
Ich habe folgende Aufgabe:

Ein Plattenkondensator mit A1=1200cm^2 und d=4,0cm wird aufgeladen und von der Spannungsquelle getrennt. Ein Elektrometer zeigt die Spannung von 2000 Volt.
a) Zwei dünne, sich berührende Metallplättchen (A2=50cm^2) werden senkrecht zu den Feldlinien in das Feld gebracht und getrennt. Berechnen Sie die auf einer Platte induzierte Ladung Q1

b)Die getrennten Plättchen (siehe a)) werden mit den ihnen zugewandten Kondensatorplatten in Berührung gebracht. Berechnen Sie jetzt die Feldstärke E' im Plattenkondensator.

c) Ist bei dem Vorgang von b) von außen an das betrachtete System Energie zuzuführen, oder gibt das Feld Energie ab?

Meine Ideen:
a) Eigentlich wollte ich C=Q/U und C=Epsilon O *A/d gleichsetzen und dann nach Q umstellen, aber ich weiß ja d der Plättchen nicht oder?

b)Hier finde ich keine Formel

c)Das weiß ich leider auch nicht. Gibt ein Feld nicht IMMER Energie ab?
isi1



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Beitrag isi1 Verfasst am: 12. Dez 2016 17:00    Titel: Re: Kondensator Antworten mit Zitat

[quote="Zauberfee1"]a) Zwei dünne, sich berührende Metallplättchen (A2=50cm^2) werden senkrecht zu den Feldlinien in das Feld gebracht und getrennt. Berechnen Sie die auf einer Platte induzierte Ladung Q1

Zauberfee1 hat Folgendes geschrieben:
b)Die getrennten Plättchen (siehe a) werden mit den ihnen zugewandten Kondensatorplatten in Berührung gebracht. Berechnen Sie jetzt die Feldstärke E' im Plattenkondensator.
a) Eigentlich wollte ich C=Q/U und C=Epsilon O *A/d gleichsetzen und dann nach Q umstellen, aber ich weiß ja d der Plättchen nicht oder?
Brauchst nicht, verwende die 4cm
Zauberfee1 hat Folgendes geschrieben:
c) Ist bei dem Vorgang von b) von außen an das betrachtete System Energie zuzuführen, oder gibt das Feld Energie ab?
Dazu musst die Frage beantworten, ob sich das Gesamtfeld ändert - und wie.
Das Einschieben der Platten sollte nichts ändern, denn die Feldlinien, die oben in die 50cm² hinein gehen (und dort neg. Ladungen influenzieren), gehen unten wieder heraus (wo sie gleich viel pos. Ladungen influenzieren). Aber was passiert, wenn man die 50cm²-Platten auseinander zieht?
M.E. sind die beiden 50cm²-Platten ein leerer (d.h. innen feldfreier) Kondensator. Mit dem Auseinanderziehen der Platten wird felderfüllter Raum verkleinert, also werden die Platten durch die (Gummifäden-)Feldlinien oberhalb und unterhalb auseinandergezogen, das Feld gibt Energie ab.
Zauberfee1 hat Folgendes geschrieben:
c)Das weiß ich leider auch nicht. Gibt ein Feld nicht IMMER Energie ab?
Na ja, wenn das Feld beim Auseinanderziehen Energie abgibt, wird man wohl beim Zusammenschieben diese Energie wieder aufwenden müssen.
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Zauberfee1



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Beitrag Zauberfee1 Verfasst am: 12. Dez 2016 17:26    Titel: Antworten mit Zitat

Danke schon mal!

Aber ich verstehe nicht, wieso ich da die 4cm nehmen sollte...
Die Platten erreichen diesen Abstand doch erst bei b) oder?

Äh und was genau soll ich jetzt bei b) rechnen? Mir fehlt ja eben leider der Ansatz, den ich nicht rausbekomme...

Und bei c) wieso zusammenschieben? Ich hätte gedacht, man drücht die Plättchen nach außen gegen die Kondensatorwand?
Ich glaube, ich verstehe das hier alles etwas falsch:(

Kann mir bitte jemand helfen?
isi1



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Beitrag isi1 Verfasst am: 12. Dez 2016 19:13    Titel: Antworten mit Zitat

Zauberfee1 hat Folgendes geschrieben:
Aber ich verstehe nicht, wieso ich da die 4cm nehmen sollte...Die Platten erreichen diesen Abstand doch erst bei b) oder?
Ja, aber das Feld entsteht doch nach wie vor durch die 4 cm, wenn die 50cm²-Platten direkt übereinander senkrecht ins Feld geschoben werden.
Zauberfee1 hat Folgendes geschrieben:
Äh und was genau soll ich jetzt bei b) rechnen? Mir fehlt ja eben leider der Ansatz, den ich nicht rausbekomme...
Rechnen? Ich glaube, es geht nur um die Form des Feldes und die Vorstellung davon.
Zauberfee1 hat Folgendes geschrieben:
Und bei c) wieso zusammenschieben? Ich hätte gedacht, man drücht die Plättchen nach außen gegen die Kondensatorwand?
Ich glaube, ich verstehe das hier alles etwas falsch
Das habe ich vielleicht falsch verstanden? Zusammenschieben war nur ein Beispiel für Deine letze Frage dort. Wenn die 50 cm²-Platten auseinander gezogen werden, bleiben sie doch parallel zu den großen Platten, oder?
Wenn die kleinen Platten des (leeren) kleinen Kondensators die großen Platten berühren, gibt es einen Ladungsausgleich, d.h. die Spannung an den großen Platten (da getrennt von der Spannungsquelle) verlieren dadurch etwas Spannung.

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Beitrag Zauberfee1 Verfasst am: 12. Dez 2016 19:20    Titel: Antworten mit Zitat

a) Ach so, ich hätte gedacht, die Plättchen bilden einen neuen Kondensator...
Das stimmt dann also nicht oder?

b) Ja, aber ich weiß doch nicht, mit welcher Formel:( Ich bräuchte bitte Hilfe.
Mit der oben genannten Formel bekomme ich es irgendwie nicht hin...


c) Und wenn Spannung verloren geht, was hat das jetzt mit der Energie zu
tun?
isi1



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Beitrag isi1 Verfasst am: 12. Dez 2016 19:26    Titel: Antworten mit Zitat

Zauberfee1 hat Folgendes geschrieben:
a) Ach so, ich hätte gedacht, die Plättchen bilden einen neuen Kondensator...
Das stimmt dann also nicht oder?
Doch das stimmt, liebe Zauberfee.
Zauberfee1 hat Folgendes geschrieben:
b) Ja, aber ich weiß doch nicht, mit welcher Formel:( Ich bräuchte bitte Hilfe.
Mit der oben genannten Formel bekomme ich es irgendwie nicht hin...
Man kann das natürlich - wie immer - auf verschiedenen Wegen rechnen.
Rechne halt mal, schreib immer davor, was Du gerade machen willst - und wir geben dann Tipps - einverstanden?
Zauberfee1 hat Folgendes geschrieben:
c) Und wenn Spannung verloren geht, was hat das jetzt mit der Energie zu
tun?
Ja, hat es, denn Energie ist U²*C/2, also wenn Du weniger Spannung hast, hast auch weniger Energie bei gleichem Kondensator.
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Zauberfee1



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Beitrag Zauberfee1 Verfasst am: 12. Dez 2016 19:34    Titel: Antworten mit Zitat

b)
E=Q/U E=Epsilon0 *A/d

und jetzt? Ich kann das doch nicht einsetzen...

c) Wo kommt denn die Formel her? Gibt es da eine "Grundform"?
Und wenn das geklärt ist, was heißt es denn, dass die Energie weniger wird? Heißt das, dass Energie zugeführt werden muss?
isi1



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Beitrag isi1 Verfasst am: 12. Dez 2016 19:45    Titel: Antworten mit Zitat

Das wird z.B. hier genauer erklärt:
http://www.schule.promathika.de/index.php?n=PhysikSkript.Kapitel12#GoldeneRegel

Ich überlege dabei meist nur die Einheiten (meistens sind das nur Definitionen):
z.B. wenn man 4cm hat und 2000V anlegt, hat man die
Feldstärke E = 2000V/(4cm) = 50 kV/m
bei dieser Feldstärke hat man die
Ladungsdichte sigma = 50 kV/m * epsilon0 = 443 nC/m²
Ladung auf 50cm² ist Q1 = sigma * 50cm² = 2,21 nC
und die
Energiedichte W = 1/2 * E² * epsilon0 = 11 mJ/m³

Wenn ich mich nicht verrechnet habe.

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Beitrag Zauberfee1 Verfasst am: 12. Dez 2016 19:52    Titel: Antworten mit Zitat

Öh, okay, das ist mir zu hoch, aber trotzdem danke<3

Und könntest du meine anderen Fragen auch noch beantworten bitte?
isi1



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Beitrag isi1 Verfasst am: 12. Dez 2016 19:55    Titel: Antworten mit Zitat

Bei der Frage b) ist mir was unklar:
Welchen Abstand haben die beiden 50cm²-Platten beim kurzgeschlossenen Hineinschieben? (Ich dacht 0 cm)
Wird der Abstand nach der elektrischen Trennung vergrößert? (Ich dachte ja, solange bis sie beide die großen Platten berühren).
Wenn das nicht so ist, gelten andere Formeln.

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Beitrag Zauberfee1 Verfasst am: 12. Dez 2016 19:58    Titel: Antworten mit Zitat

1. Hä? Da verstehe ich jetzt nur Bahnhof...
Aber das ganze müsste so gebaut sein, dass unsere Schulformeln funktionieren... Also so was in die Richtung wie ich geschrieben habe von den Formeln her.

2. Und wie ist das jetzt mit der Energie?
isi1



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Beitrag isi1 Verfasst am: 12. Dez 2016 20:00    Titel: Antworten mit Zitat

Zauberfee1 hat Folgendes geschrieben:
b)
E=Q/U E=Epsilon0 *A/d
und jetzt? Ich kann das doch nicht einsetzen...
c) Wo kommt denn die Formel her? Gibt es da eine "Grundform"?
Die Formeln hat Zauberfee frei herbeigezaubert, sie haben nur Ähnlichkeit mit den Grundformeln:
el. Feldstäke E = U / d = Spannung durch Plattenabstand
Kapazität eines Plattenkondensators: C = epsilon_0 * epsilon_r * A / d
Luftplattenkondensator C = epsilon0 * Fläche durch Abstand
Energie im C: W = C/2 * U²

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Beitrag Zauberfee1 Verfasst am: 12. Dez 2016 20:04    Titel: Antworten mit Zitat

Was heißt hier herbeigezaubert?
Die stehen so in meinem Heft!

Ach, wieso kann ich das nur alles nicht?

Und die Energie?
Was heißt das denn jetzt? Wie muss ich c) denn nun beantworten?




DANKE für die Geduld auf jeden Fall!
Ich bräuchte halt die Lösung und bin leicht am Verzweifeln:(
isi1



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Beitrag isi1 Verfasst am: 12. Dez 2016 22:47    Titel: Antworten mit Zitat

Zauberfee1 hat Folgendes geschrieben:
Was heißt hier herbeigezaubert?
Die stehen so in meinem Heft!
So ernst war das nicht, denn eigentlich ist nur das E falsch, denn E wird für die elektrische Feldstärke verwandt und gemeint ist wohl C für Kapazität. Wenn Du z.B. mit ein,zwei Worten vor die Formel schreiben würdest, was das bedeuten soll, würdest Du es sehr viel klarer machen. Weißt schon: "Immer an den Leser denken!"
Zauberfee1 hat Folgendes geschrieben:
Ach, wieso kann ich das nur alles nicht?
Deine Schuld ist das nicht, falls Du die Aufgabenstellung richtig schriebst (siehe meine obigen Fragen, das ist nicht eindeutig formuliert).
Zauberfee1 hat Folgendes geschrieben:
Ich bräuchte halt die Lösung und bin leicht am Verzweifeln
Wahrscheinlich ist mein obiger Lösungsvorschlag so, wie die Aufgabe gemeint war.
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Zauberfee1



Anmeldungsdatum: 20.11.2016
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Beitrag Zauberfee1 Verfasst am: 13. Dez 2016 20:56    Titel: Antworten mit Zitat

Ach so, ja okay,
dann verstehe ich das halt nicht. Vielleicht bekomme ich es ja noch raus, ich weiß halt einfach jetzt nicht, was die Antworten auf die einzelnen Teilaufgaben sind...

Ja, entschuldige, dann war das natürlich mein Fehler, ich habe mich vertippt, ich nehme alles zurück;)
Isi_1
Gast





Beitrag Isi_1 Verfasst am: 13. Dez 2016 22:26    Titel: Re: Kondensator Antworten mit Zitat

Zauberfee1 hat Folgendes geschrieben:
ich weiß halt einfach jetzt nicht, was die Antworten auf die einzelnen Teilaufgaben sind...
Was genau hast nicht verstanden?
Zauberfee1 hat Folgendes geschrieben:
a) Berechnen Sie die auf einer Platte induzierte Ladung Q1
Das wirst Du haben - wenn nicht, ich habe unten die Ladungsdichte berechnet - mal der Fläche gibt das die Ladung.
Zauberfee1 hat Folgendes geschrieben:
b)Die getrennten Plättchen (siehe a)) werden mit den ihnen zugewandten Kondensatorplatten in Berührung gebracht. Berechnen Sie jetzt die Feldstärke E' im Plattenkondensator.
Hier sagst Du ja selbst, dass der Abstand d' nicht bekannt ist. Üblich wäre, dass die Platten verbunden eingeschoben werden und dann auseinander gezogen, bis sie die Außenplatten berühren.
Hast Du zum dabei entstehenden Feld eine Vorstellung?
Zauberfee1 hat Folgendes geschrieben:
c) Ist bei dem Vorgang von b) von außen an das betrachtete System Energie zuzuführen, oder gibt das Feld Energie ab?
Das hängt von Deinen Vorstellungen ab.
isi1



Anmeldungsdatum: 03.09.2006
Beiträge: 2901
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Beitrag isi1 Verfasst am: 14. Dez 2016 11:35    Titel: Antworten mit Zitat

Ich hatte ganz vergessen, auf Deine Berechnung mit der Kapazitätsformel einzugehen, womit sich die Geschichte vielleicht übersichtlicher gestaltet.

Große Kapazität (ohne die kleine) und deren Ladung
C0 = ε0 * (1200cm²-50cm²) / (4cm) =25,46 pF
Q0 = U*C = 2 kV * 25,46 pF = 50,91 nC
zur Kontrolle: hat Folgendes geschrieben:
el. Feldstärke Eo = 2 kV / 4 cm = 50 kV/m
Dielektrische Verschiebung D = E * ε0 = 442,7 nC/m²
Ladung Q0 = D * 1150 cm² = 50,91 nC
Kapazität über den 50cm²-Metallfolienkapazität zu den großen Platten
C2(d') = ε0 * 50cm² / (4cm - d') ... anfangs C2(4cm) = 1,107 pF
....anfangs Q2 = 2,21 nC mit zusammen U2=2 kV
Kapazität zwischen den Metallfolien
C1(d') = ε0 * 50cm² / d' .... anfangs C1 = ∞, da d'=0
Ladung C1 anfangs (durch Influenz) Q1 = 2,21 nC bei U1 = 0V
Energie anfangs W(d'=0) = ½ U² (C0 + C2) = 53,12 µJ
oder aus den Ladungen: W(d') = ½ ( U0*C0 + U1*C1+U2*C2 )

Schaltbild (C1 in Serie zu C2) parallel zu C0

Falls man ideale Verhältnisse annimmt (ohne Randeffekte - was unrealistisch ist bei 8cm Durchmesser und 4 cm Abstand), ergibt die Rechnung für Spannung und Ladung an C1 und C2:
Spannung: U1 = Eo * d' und U2 = Eo * (4cm-d')

Endzustand, wenn die Folien jeweils Kontakt zu den beiden großen Platten haben (d' = 4cm): U1=2kV, U2 = 0kV
Energie W(d'=4cm) = ½ U (Q0+Q1) = ½ 2kV (50,91 nC+2,21 nC) = 53,12 µJ
(gleiche Energie wie anfangs, also keine Kräfte bei der Bewegung der Folien.

Facit: dies widerspricht meiner Überlegung von oben, ich hatte nicht bedacht, dass nach der Trennung der beiden Folien auch dazwischen unser el. Feld Eo auftritt.

Was meinst Du zu der jetzigen Überlegung?

_________________
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