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Zum Kondensator

1) Vergleichen Sie einen Kondensator mit einem Fahrradreifen.

2) Beschreiben Sie eine technische Bauform eines Kondensators.

(Wikipedia: Bauformen von Kondensatoren, Bilder, ...)

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

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.

5) Berechnen Sie für einen Plattenkondensator mit kreisförmigen Platten (r=12,25cm) im Abstand von 1cm die Kapazität mit Luft im Zwischenraum.

Der Kondensator wird mit 10kV geladen. Berechnen Sie:

a) wie stark das elektrische Feld ist,

b) die Kapazität des Kondensators,

c) wieviel Ladung auf den Platten ist,

d) wieviel Energie gespeichert ist und

e) welche Kraft auf die Platten wirkt.

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.

6) Ein Liter Benzin enthält ca. 30 MJ Energie. Welcher Kondensator könnte das Benzin als Energieträger ersetzen?
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.

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.)

Um die Durchschlagsfestigkeit (das ist die maximale Feldstärke) des Kondensators zu erhöhen, bringt man ein Dielektrikum zwischen die Platten:

Dielektrikum	[math]E_{max}[/math]	[math]\epsilon_r[/math]
Glas	[math]20\,\rm\frac{kV}{mm}[/math]	[math]7[/math]
Polypropylen	[math]52\,\rm\frac{kV}{mm}[/math]	[math]2{,}1[/math]
Bariumtitanat	[math]500\,\rm\frac{kV}{mm}[/math]	[math]1000[/math] bis [math]10000[/math]

b) Entwerfen Sie für die verschiedenen Dielektrika wieder einen Kondensator, der 30MJ Energie aufnehmen kann!

7) Ein aufgeladener Plattenkondensator wird von der Spannungsquelle getrennt und die Platten auseinandergezogen.

a) Wie verändert sich die Spannung, die Ladungsmenge auf den Platten und die Kapazität?

b) Wie verändert sich die Feldstärke und der Energiegehalt?

c) Wo kommt die nötige Energie her?

8) Bei dem Plattenkondensator bleibt beim Auseinanderziehen diesmal die Spannungsquelle angeschlossen. Man stellt sich die gleichen Fragen:

a) Wie verändert sich die Spannung, die Ladungsmenge auf den Platten und die Kapazität?

b) Wie verändert sich die Feldstärke und der Energiegehalt?

c) Wo kommt die nötige Energie her?