Maximale Spannung mit begrenzten Bauteilen

Jochi · Anmeldungsdatum: 27.07.2025 Beiträge: 1

Meine Frage:
In einer Kiste aus der Physiksammlung findest du eine Batterie mit der Spannung U, einige Leitungen (Kabel) sowie zwei identische Kondensatoren mit der Kapazität C.

Finde eine Methode, mit diesen Bauteilen die größtmögliche Spannung zu erzeugen.
Beschreibe dabei die einzelnen Schritte und bestimme die maximal erreichbare Spannung.

Hinweis: Es ist möglich, eine Spannung zu erreichen, die größer als 3?×?U ist.

Meine Ideen:

Bei der Aufgabe geht es darum, mit einer Batterie (Spannung?U), zwei identischen Kondensatoren (Kapazität?C) und ein paar Kabeln die größtmögliche Spannung zu erzeugen. Eine offensichtliche Herangehensweise ist folgende: Zunächst verbindet man die beiden Kondensatoren parallel zur Batterie, sodass sich beide auf die Spannung U aufladen. Danach trennt man die Verbindung zur Batterie und schaltet die beiden Kondensatoren in Reihe, wobei sie nun zusammen eine Spannung von 2U liefern. Verbindet man zusätzlich die Batterie erneut in Reihe mit den Kondensatoren, so ergibt sich eine Gesamtspannung von 3U ? bestehend aus U (Batterie) + U (erster Kondensator) + U (zweiter Kondensator).

Dieser Aufbau scheint auf den ersten Blick die maximal erreichbare Spannung darzustellen. Doch laut Aufgabenstellung soll es möglich sein, sogar eine Spannung größer als 3U zu erreichen ? und genau das wirft Fragen auf. Wie könnte man mit den gegebenen Mitteln ? einer Batterie, zwei Kondensatoren und ein paar Kabeln ? tatsächlich mehr als 3U erreichen? Gibt es einen Weg, die Kondensatoren so zu laden oder umzuschalten, dass sich die Spannungen auf eine noch raffiniertere Weise überlagern? Oder soll man davon ausgehen, dass auch manuelles Umstecken im Sinne der Aufgabe erlaubt ist, um das Prinzip einer Ladungspumpe nachzubilden? Die Lösung scheint nicht nur von der physikalischen Theorie, sondern auch von der Interpretation der erlaubten Mittel abzuhängen.

Myon · Anmeldungsdatum: 04.12.2013 Beiträge: 6200

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7460

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