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==Zum Kondensator==
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==Das Potential im elektrischen Stromkreis==
  
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'''1)''' Vergleichen Sie einen Kondensator mit einem Fahrradreifen.
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====Übertragung des Drucks im Wasserstromkreis auf den elektrischen Stromkreis====
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Der Druck im Wasserstromkreis entspricht dem elektrischen Potential <math>\varphi</math>. Es wird in Volt (nach [https://de.wikipedia.org/wiki/Alessandro_Volta Alessandro Volta] 1745-1827) gemessen.
  
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'''2)''' Beschreiben Sie eine technische Bauform eines Kondensators.
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:(Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Kondensator_(Elektrotechnik)#Bauarten_und_Bauformen Bauformen von Kondensatoren], [https://duckduckgo.com/?q=capacitor+inside&t=ffsb&iax=1&ia=images Bilder], ...)
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*Die Batterie erzeugt hinter sich ein hohes Potential und vor sich ein geringes Potential.
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*Dieser Potentialunterschied treibt den elektrischen Strom an. Die Elektrizität fließt vom hohen Potential zum niedrigen Potential.
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*Bei einer Verzweigung ändert sich das Potential nie!
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*Bei einem Lämpchen (oder einem anderem Widerstand) kann das Potential abfallen.
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'''3)''' Ein idealer Kondensator hat eine konstante Kapazität von 0,33F bei maximal 5V Spannung. Zeichnen Sie die U(Q)-Kennlinie. Lesen Sie an der Kennlin
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====Messen des Potentialunterschiedes: die Spannung <math>U</math>====
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Wie misst man das Potential an einer Stelle eines Stromkreises? Verbindet man mit einem Kabel ein sogenanntes Voltmeter mit der Stelle, so passiert nichts! Man benötigt auch noch ein zweites Kabel. Das Voltmeter kann nämlich nur Potential''unterschiede'' zwischen zwei Stellen messen!
  
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'''4)''' Wie verändert ein Dielektrikum die Eigenschaften eines Kondensators? Was bedeutet <math>\epsilon_r=3</math>?ie ab wieviel Ladung und Energie der Kondensator maximal aufnehmen kann.
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Deswegen legt man das Potential einer beliebigen Stelle als neutral, also  <math>0\,\rm V</math> , fest. An diese Stelle wird eines der beiden Kabel gesteckt. Steckt man das andere Kabel an eine andere Stelle, so zeigt das Voltmeter den Unterschied zu  <math>0\,\rm V</math> , also das dortige Potential, an.  
  
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'''5)''' Berechnen Sie für einen Plattenkondensator mit kreisförmigen Platten (r=12,25cm) im Abstand von 1cm die Kapazität mit Luft im Zwischenraum.
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[[Datei:Stromkreis Spannungsmessung Voltmeter.png|465px]]
  
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Der Kondensator wird mit 10kV geladen. Berechnen Sie:
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:a) wie stark das elektrische Feld ist,
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:b) die Kapazität des Kondensators,
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*Ein Voltmeter kann nur den Potentialunterschied <math>\Delta \varphi</math> messen. Er heißt "Spannung" (<math>U</math>) und wird auch in Volt gemessen.
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:c) wieviel Ladung auf den Platten ist,
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*Das Potential <math>0\,\rm V</math> kann man an eine beliebige Stelle legen. Meistens ist es der Minuspol ("Masse" oder "Erde").
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:d) wieviel Energie gespeichert ist und
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:e) welche Kraft auf die Platten wirkt.
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:f) Nun füllt man den Zwischenraum des Kondensators mit Polytetrafluorethylen (Teflon). Es hat eine Permittivität von <math>\epsilon_r= 2</math>. Dann lädt man den Kondensator wieder mit 10kV auf. Berechnen Sie, wie sich die Werte von a) bis e) verändern und wie sich die Energie auf das Feld und das polarisierte Teflon verteilt.
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'''6)''' Ein Liter Benzin enthält ca. 30 MJ Energie. Welcher Kondensator könnte das Benzin als Energieträger ersetzen?
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<br/>Baut man einen Plattenkondensator mit Luft zwischen den Platten, so springt ab einer Feldstärke von 2,5 kV/mm ein Funke über und der Kondensator ist entladen.
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:a) Entwerfen Sie einen Plattenkondensator, der die gleiche Energiemenge wie ein Liter Benzin speichern kann. (Tipp: Berechnen Sie zuerst die maximale Energiedichte des Kondensators! Dann legen Sie die Spannung fest und berechnen damit den Abstand und die Fläche.)
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Um die Durchschlagsfestigkeit (das ist die maximale Feldstärke) des Kondensators zu erhöhen, bringt man ein Dielektrikum zwischen die Platten:
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!Dielektrikum
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!<math>E_{max}</math>
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!<math>\epsilon_r</math>
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|Glas
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|<math>20\,\rm\frac{kV}{mm}</math>
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|<math>7</math>
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|-
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|Polypropylen
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|<math>52\,\rm\frac{kV}{mm}</math>
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|<math>2{,}1</math>
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|-
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|[https://de.wikipedia.org/wiki/Bariumtitanat Bariumtitanat]
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|<math>500\,\rm\frac{kV}{mm}</math>
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|<math>1000</math> bis <math>10000</math>
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:b) Entwerfen Sie für die verschiedenen Dielektrika wieder einen Kondensator, der 30MJ Energie aufnehmen kann!
 
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'''7)''' Ein aufgeladener Plattenkondensator wird von der Spannungsquelle getrennt und die Platten auseinandergezogen.
 
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:a) Wie verändert sich die Spannung, die Ladungsmenge auf den Platten und die Kapazität?
 
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:b) Wie verändert sich die Feldstärke und der Energiegehalt?
 
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:c) Wo kommt die nötige Energie her?
 
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'''8)''' Bei dem Plattenkondensator bleibt beim Auseinanderziehen diesmal die Spannungsquelle angeschlossen. Man stellt sich die gleichen Fragen:
 
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:a) Wie verändert sich die Spannung, die Ladungsmenge auf den Platten und die Kapazität?
 
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:b) Wie verändert sich die Feldstärke und der Energiegehalt?
 
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:c) Wo kommt die nötige Energie her?
 

Version vom 9. April 2025, 07:28 Uhr

Das Potential im elektrischen Stromkreis

Übertragung des Drucks im Wasserstromkreis auf den elektrischen Stromkreis

Der Druck im Wasserstromkreis entspricht dem elektrischen Potential φ. Es wird in Volt (nach Alessandro Volta 1745-1827) gemessen.

  • Die Batterie erzeugt hinter sich ein hohes Potential und vor sich ein geringes Potential.
  • Dieser Potentialunterschied treibt den elektrischen Strom an. Die Elektrizität fließt vom hohen Potential zum niedrigen Potential.
  • Bei einer Verzweigung ändert sich das Potential nie!
  • Bei einem Lämpchen (oder einem anderem Widerstand) kann das Potential abfallen.

Messen des Potentialunterschiedes: die Spannung U

Wie misst man das Potential an einer Stelle eines Stromkreises? Verbindet man mit einem Kabel ein sogenanntes Voltmeter mit der Stelle, so passiert nichts! Man benötigt auch noch ein zweites Kabel. Das Voltmeter kann nämlich nur Potentialunterschiede zwischen zwei Stellen messen!

Deswegen legt man das Potential einer beliebigen Stelle als neutral, also 0V , fest. An diese Stelle wird eines der beiden Kabel gesteckt. Steckt man das andere Kabel an eine andere Stelle, so zeigt das Voltmeter den Unterschied zu 0V , also das dortige Potential, an.

Stromkreis Spannungsmessung Voltmeter.png

  • Ein Voltmeter kann nur den Potentialunterschied Δφ messen. Er heißt "Spannung" (U) und wird auch in Volt gemessen.
  • Das Potential 0V kann man an eine beliebige Stelle legen. Meistens ist es der Minuspol ("Masse" oder "Erde").
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