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Entladung und Feldstärke
 
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Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 13:33    Titel: Entladung und Feldstärke Antworten mit Zitat

Hallo alle zusammen kann mir jemand bei dieser Aufgabe helfen ?

a) habe ich bei der Paschenkurve bei luft = 4kV abgelesen

b) Wie berechne ich jetzt die Teilentladung Einsetzspannung?

Für Hilfe wäre ich sehr dankbar


Zuletzt bearbeitet von Etechnik am 31. Jan 2017 00:13, insgesamt einmal bearbeitet
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14592

Beitrag GvC Verfasst am: 30. Jan 2017 16:12    Titel: Antworten mit Zitat

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
a) habe ich bei der Paschenkurve bei luft = 4kV abgelesen


Es ist zwar ein bisschen weniger, aber sei's drum ...

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
b) Wie berechne ich jetzt die Teilentladung Einsetzspannung?


Gemeint ist sicherlich die Kondensatorspannung, bei der die Durchschlagspannung in Luft erreicht wird. Wenn die also erreicht ist, wie groß ist dann die Feldstärke im Lufteinschluss, und wie groß ist deshalb die Feldstärke im Kunststoffdielektrikum? Wenn Du das hast, kannst Du die Spannung bestimmen zu

Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 16:29    Titel: Antworten mit Zitat

Die Aufgabe ist ein wenig kompliziert für mich.

Kondensator Spannung bestimmt man ja so :

C =Q/U

Q haben wir allerdings nicht.

Soll ich zuerst mal die Kapazität berechnen ?

C= (e0*er*A)/d ?

Aber wie berechne ich die Fläche A ?

Oder denke ich jetzt zu kompliziert?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14592

Beitrag GvC Verfasst am: 30. Jan 2017 16:42    Titel: Antworten mit Zitat

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Oder denke ich jetzt zu kompliziert?


Ja. Ich hab Dir doch schon gesagt, wie es geht. Vielleicht irre ich mich ja, aber ich habe die Anordnung näherungsweise als einen Kondensator mit parallel zu den Platten geschichteten Dielektrika und abschnittsweise homogenem Feld angesehen. Dann ist die Spannung in jeder Schicht E*s, d.h. in der Schicht 1 U1=E1*s1 (das ist die von Dir aus der Paschenkurve entnommene Spannung) und in der Schicht 2 U2=E2*s2. Die Gesamtspannung ist dann nach Maschensatz U=U1+U2. Es ist also Deine Aufgabe, zunächst die Feldstärke in der Schicht 2 zu bestimmen. Dazu benötigst Du aber die Feldstärke in Schicht 1. Von der Schicht 1 kennst Du die Spannung und den Abstand. Wie groß ist also die Feldstärke in Schicht 1. Und wie groß ist deshalb die Feldstärke in Schicht 2, wenn doch die Verschiebungsdichte in beiden Schichten dieselbe ist?
Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 17:08    Titel: Antworten mit Zitat

U1 = E1*s1








Uges = 4kV

grübelnd

Würde das so passen oder habe ich da einen Denkfehler ?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14592

Beitrag GvC Verfasst am: 30. Jan 2017 17:39    Titel: Antworten mit Zitat

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Würde das so passen oder habe ich da einen Denkfehler ?


Nein, das passt überhaupt nicht. Und Du hast keinen Denkfehler, sondern eine Leseschwäche. Du versuchst gar nicht erst nachzuvollziehen, was ich Dir vorgeschlagen habe. Wenn Du dazu Fragen hast, dann musst Du sie stellen, anstatt irgendwelche komischen Rechnungen anzustellen, von denen niemand weiß, wie Du drauf kommst und die ich Dir nie vorgeschlagen habe. Außerdem: Wenn schon die Spannung über dem Luftspalt 4kV beträgt (hast Du selber aus der Paschenkurve abgelesen), wie kann dann die Gesamtspannung ebenfalls 4kV betragen. Fällt über der Kunststoffschicht keine Spannung ab?

Also nochmal: Die Spannung über der Luftschicht ist 4kV. Wie groß ist dann die Feldstärke in der Luftschicht?
Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 17:46    Titel: Antworten mit Zitat

Ok gut gehen wir Schritt für Schritt vor.

Wie groß ist dann die Feldstärke in der Luftschicht?

E = U/s =

Ich habe den abgelesen Wert auf 3.8kV korrigiert.

Wie geht es weiter GVC?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14592

Beitrag GvC Verfasst am: 30. Jan 2017 18:40    Titel: Antworten mit Zitat

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Ok gut gehen wir Schritt für Schritt vor.

Wie groß ist dann die Feldstärke in der Luftschicht?

E = U/s =


Du solltest Zahlenrechnungen so lange wie möglich vermeiden. Das vermeidet Rundungs- und Rechenfehler. Hier hast Du Dich zum Beispiel um zwei Zehnerpotenzen vertan. Ich würde die Spannung über der Luftschicht mit U1 bezeichnen. Dann ist



Das reicht erstmal.

Wie groß ist E2? Denke daran, dass die Verschiebungsdichte D nach Gaußschem Flusssatz in beiden Schichten gleich groß ist und dass



Also



Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Ich habe den abgelesen Wert auf 3.8kV korrigiert.


Warum? Ist aber erstmal nicht so wichtig. Wichtig ist E2 allgemein! Werte kann man später immer noch einsetzen.
Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 19:57    Titel: Antworten mit Zitat

E1 =U/s1 = 4kV/10mm = 0.4kV/mm In ordnung?

D = e0*er*E1

Dann müsste ja das gleich :

D1 = D2

E1*e0*er1 = E2*e0*er2

E2 = (E1*eo*er1)/(e0*er2) =

Stimmt das so?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14592

Beitrag GvC Verfasst am: 30. Jan 2017 20:03    Titel: Antworten mit Zitat

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
E1 =U/s1 = 4kV/10mm = 0.4kV/mm In ordnung?


Wir wollten doch erstmal ohne Zahlenwerte rechnen. Außerdem: Die Spannung über dem Luftspalt ist nicht U, sondern U1.

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
E2 = (E1*eo*er1)/(e0*er2) =

Stimmt das so?


Da kürzt sich ja noch was raus. Außerdem solltest Du für E1 den Ausdruck U1/s1 einsetzen.
Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 20:11    Titel: Antworten mit Zitat

Gut schreibe es mal sauber auf :



Passt das so jetzt?
Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 20:39    Titel: Antworten mit Zitat

Wie kriege ich jetzt die Spannung raus ?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14592

Beitrag GvC Verfasst am: 30. Jan 2017 20:39    Titel: Antworten mit Zitat

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Gut schreibe es mal sauber auf :



Passt das so jetzt?


Wir wollten doch ohne Zahlenwerte rechnen!!! Mal abgesehen davon, dass die Zahlen auch noch falsch sind.

Oh, ich merke gerade, dass ich die Bezeichnung der Schichten 1 und 2 vertauscht habe. Ich habe die Luftschicht von Anfang an mit 1 bezeichnet. Sorry. Aber wir bleiben jetzt mal dabei. Dann ist die Kunststoffschicht natürlich Schicht 2. Und darum geht es im Moment.

Also



Da es sich um ein homogenes Feld handelt, wie groß ist dann die Spannung U2?
Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 20:47    Titel: Antworten mit Zitat





Jetzt setze ich mal die Werte ein:

Auch wenn du ein wenig dagegen bist Big Laugh



Richtig GVC ?

Boah aber die c) wirkt schwer Big Laugh

Da habe ich nicht mal einen Ansatz im Moment grübelnd

Hast du da auch eine Idee ?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14592

Beitrag GvC Verfasst am: 30. Jan 2017 21:02    Titel: Antworten mit Zitat

Etechnik hat Folgendes geschrieben:


Welches s? Da gibt es zwei davon.



Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Jetzt setze ich mal die Werte ein:


Warum? Werte erst ganz zum Schluss einsetzen. Das ist die allgemeine Vorgehensweise

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Auch wenn du ein wenig dagegen bist :D


Ja, weil es absolut nichts bringt. Bis jetzt sind noch Fehler in Deiner Rechnung. die sich viel besser identifizieren lassen, wenn man mit allgemeinen Größen rechnet. Zahlen verschleiern die allgemeinen Zusammenhänge.
Also drück jetzt zunächst mal die Spannung U2 über der Kunststoffschicht mit allgemeinen Größen aus.

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Boah aber die c) wirkt schwer :D


Die wirkt auf Dich schwer, ist aber einfach. Aber sei nicht so ungeduldig, noch sind wir mit der b) nicht fertig.

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Da habe ich nicht mal einen Ansatz im Moment ?(

Hast du da auch eine Idee ?


Ja, natürlich. Aber dazu später.
Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 21:08    Titel: Antworten mit Zitat



Ich dachte das ich das s = 10mm nehme ?

Ist so in der Aufgabe so gegeben oder ?

Oder nehme ich 9mm ?
Diesen Hohlraum vernachlässigen?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14592

Beitrag GvC Verfasst am: 30. Jan 2017 21:16    Titel: Antworten mit Zitat

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Ich dachte das ich das s = 10mm nehme ?


Warum? Es geht momentan um die Kunststoffschicht, in der die Feldstärke E2 herrscht. Mit welchem Abstand muss also E2 multipliziert werden, damit man die Spannung U2 über der Kunststoffschicht erhält.

Außerdem: Keine Zahlenwerte!!!

(Leider habe ich, wie gesagt, die Nummerierung der Schichten von Anfang an vertauscht, aber dabei wollten wir jetzt bleiben. Alle Größen, die sich auf die Luftschicht beziehen, haben den Index 1, alle Größen der Kunststoffschicht haben den Index 2)
Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 21:27    Titel: Antworten mit Zitat

[quote="Etechnik"]

Gut habe es zu s2 umbenannt

Big Laugh

Müsste das s2 dann nicht = 1mm sein?

Aber 1mm würde kein Sinn machen.

Aus der Logik heraus würde ich sagen das der Durchmesser d = 4mm, was damit zu tun hat ?

Aber warum ?

Hast du das mit meiner Vermutung mit den 9mm übersehen ?
Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 21:36    Titel: Antworten mit Zitat

[quote="Etechnik"][quote="Etechnik"]

Gut habe es zu s2 umbenannt
Ich korriegiere meine meinung und sage das das s2 = 9mm ist.

Stimmt das GVC?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14592

Beitrag GvC Verfasst am: 30. Jan 2017 21:39    Titel: Antworten mit Zitat

Etechnik hat Folgendes geschrieben:


Gut habe es zu s2 umbenannt
Ich korriegiere meine meinung und sage das das s2 = 9mm ist.


Sehr gut!

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Müsste das s2 dann nicht = 1mm sein?


Wir wollten doch zunächst mal nicht über Zahlenwerte reden. Aber um die Frage zu beantworten: Nein, wir haben die Nummerierung doch vertauscht.

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Aus der Logik heraus würde ich sagen das der Durchmesser d = 4mm, was damit zu tun hat ?


Welche Logik? Das musst Du mir mal erklären.
Der Durchmesser spielt meiner Meinung nach keine Rolle. Das Maß ist ja auch nicht einmal in der Skizze eingezeichnet.

Zurück zur eigentlichen Aufgabe:
Wir haben jetzt den Spannungsabfall U1 über dem Luftspalt (aus Paschenkurve), das ist die Durchschlagspannung in Luft, also die Spannung, bei der Teilentladungen einsetzen würden. Und wir haben den Spannungsabfall U2 über der Kunststoffschicht? Wie groß ist dann die Gesamtspannung U, die an den Kondensatorplatten anliegt?
Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 21:49    Titel: Antworten mit Zitat

Das wäre dann :

Uges = U1 +U2

Uges = U1+ \frac{U1*er1}{s1*er2} *s2

Kann man das so machen ?

Wenn das stimmt, würde ich dann die Zahlenwerte einsetzen Big Laugh
Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 21:50    Titel: Antworten mit Zitat

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Das wäre dann :

Uges = U1 +U2



Kann man das so machen ?

Wenn das stimmt, würde ich dann die Zahlenwerte einsetzen Big Laugh
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14592

Beitrag GvC Verfasst am: 30. Jan 2017 22:05    Titel: Antworten mit Zitat

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Das wäre dann :

Uges = U1 +U2



Kann man das so machen ?


Ja, das kann man noch ein bisschen zusammenfassen:



Jetzt können wir die gegebenen Größen mit Zahlenwert und Einheit einsetzen. Dabei können wir uns auch nochmal klarmachen, dass wir (eigentlich ich) dummerweise die Nummerierung vertauscht haben. Das ist jetzt aber nicht mehr schlimm. Wenn Du von Vornherein Zahlen eingesetzt hättest, würdest Du nicht mehr erkennen, wie irgendwelche Zwischenergebnisse entstanden sind. Machen wir uns also noch einmal klar:

oder meinetwegen auch 3,8 kV



und


Wie groß ist jetzt also die Spannung U am Kondensator, bei der im Luftspalt Teilentladungen einsetzen?
Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 22:07    Titel: Antworten mit Zitat

Sorry zu früh gescchrieben .

Rechnung kommt gleich
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14592

Beitrag GvC Verfasst am: 30. Jan 2017 22:09    Titel: Antworten mit Zitat

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Uges = 16.02kV +3.8kV = 19.82 kV


Oh Mann, wie kommst Du denn da drauf?
Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 22:14    Titel: Antworten mit Zitat



Nur eine Sache verstehe ich jetzt nicht warum jetzt unsere bezeichnungen umgekehrt sind ?

Wo ist uns da ein Fehler passiert oder mir ?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14592

Beitrag GvC Verfasst am: 30. Jan 2017 22:22    Titel: Antworten mit Zitat

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Wo ist uns da ein Fehler passiert oder mir ?


Mir ist der Fehler Passiert. Das habe ich mehrfach eingestanden und habe mich dafür entschuldigt. Ich habe gleichzeitig vorgeschlagen, dass wir bei "meinen" Bezeichnungen bleiben, um die Verwirrung nicht noch mehr zu vergrößeren. Denn wir hatten ja schon ein paar Rechnungen mit den neuen Bezeichnungen gemacht, bevor mir mein Fehler aufgefallen ist.

Ich hatte übrigens ausgehend von 4kV im Luftspalt, die ganze Aufgabe in 15 Sekunden im Kopf ausgerechnet. Spannung im Luftspalt 4kV, dann ist die Feldstärke im Luftspalt 4kV/mm. Die Feldstärke im Kunststoff ist wegen dann 1kV/mm und damit die Spannung über der Kunststoffschicht 1kV/mm*9mm = 9kV. 9kV+4kV=13kV.
Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 22:26    Titel: Antworten mit Zitat

Ist nicht so schlimm GVC .
Ich bin dankbar dafür das du mir bei der Aufgabe geholfen hast.

Hätte die b) nie selbst alleine geschafft ohne Hilfe .

Hast du auch paar Tipps für die c)?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14592

Beitrag GvC Verfasst am: 30. Jan 2017 22:35    Titel: Antworten mit Zitat

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
Hast du auch paar Tipps für die c)?


Die Bemessungsspannung wird als Effektivwert angegeben. Die maximale Spannung ist aber um den Faktor größer. Also musst Du die unter b) berechnete Spannung durch dividieren. Und dann zur Sicherheit noch durch den Sicherheitsfaktor dividieren. Dabei kommt dann U=7,66kV raus.

Probe: 7,66kV mal Sicherheitsfaktor ist ungefähr 9,2kV Effektivspannung. Der Scheitelwert, bei dem dann TE einsetzen würden, ist 9,2 mal Wurzel(2)=13kV.
Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 22:44    Titel: Antworten mit Zitat

Danke habe ich auch raus bekommen .

Eine letztes Problem habe ich noch da ich immer noch das mit den Bezeichnungen nicht verstehe was da falsch gemacht wurde ?

Lag der Fehler in unserem Ansatz hier :

E1*e0*er1 = E2*e0*er2

Hätte links E2 und rechts E1 sein sollen oder wie?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14592

Beitrag GvC Verfasst am: 30. Jan 2017 22:57    Titel: Antworten mit Zitat

Etechnik hat Folgendes geschrieben:
E1*e0*er1 = E2*e0*er2

Hätte links E2 und rechts E1 sein sollen oder wie?


Nein, die Gleichung stimmt so, wie sie da steht.

Ich habe einfach die Nummerierung der Schichten vertauscht und versehentlich die Luftschicht, die im Original die Bezeichnung 2 hat, mit der Nummer 1 versehen und alle Größen, die sich auf die Luftschicht beziehen, ebenfalls mit demselben Index 1 bezeichnet, so dass alles wieder zusammenpasst. Spannung in Luftschicht ist U1 (müsste im Original mit U2 bezeichnet werden), Schichtdicke in Schicht 1 ist bei mir s1 (im Original s2), usw. Entsprechend haben alle Größen der Kunststoffschicht bei mir den Index 2, im Original aber den Index 1. So schwer kann das doch nicht zu verstehen sein. Ich habe es doch mehrfach klar gesagt.
Etechnik



Anmeldungsdatum: 19.11.2016
Beiträge: 109

Beitrag Etechnik Verfasst am: 30. Jan 2017 23:02    Titel: Antworten mit Zitat

Alles klar danke GVC.

Zu der Aufgabe in der pn hast du keine Tipps ?

c) macht mir im Moment probleme .

on einer Gasentladung spricht man, wenn elektrischer Strom durch ein
Gas fließt und dieses dabei ionisiert wird
Die Entladung wird selbstständig, wenn der Strom nicht mehr von ”
von aussen“ gebildeten Ionen abhängt, d. h. wenn genügend Ionen durch
Stossionisation erzeugt werden. Dafür braucht es ein
Anfangselektron und ein ”starkes“ E-Feld.

Das heisst also das ja bei positiver Polarität und hoher Feldstärke die
Ionisation stärker ist und daher die Gasentladung höher ist?

Es kommt also früher zum Durchschlag.

Das wäre meine Erklärung .

Ansonsten danke GVC
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