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==Aufgaben zur Ladung als Quellenstärke und dem Fluss eines Feldes==
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===Masse der Erde===
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===Arbeitsauftrag===
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*Wieviel (schwere) Masse hat die Erde?
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[[Datei:Doppelschichtkondensator mit Euro klein.jpg|thumb|Der Doppelschichtkondensator mit angelöteten Kupferdrähten.<br/>Links die Markierung des Minus-Pols.]]
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;Der Kondensator betreibt eine Lampe
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*Laden Sie den Kondensator auf, indem Sie ihn direkt an die Batterrie halten. (AUF DIE POLUNG ACHTEN!) Betreiben Sie mit dem Kondensator die LED oder das Glühlämpchen.
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:Notieren Sie Ihre Beobachtungen.
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:Erklären Sie Ihre Beobachtungen mit Hilfe eines Vergleichs zu einem aufgepumptem Fahrradreifen.
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;Messen Ladevorgangs
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*Bauen Sie den Stromkreis nach dem Schaltplan oder dem Vorbild auf.
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*Laden Sie einen vorher vollständig entladenen Kondensator mit einer Batterie auf.
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:Messen Sie während des Ladevorgangs die Spannung am Kondensator und den Ladestrom und tragen Sie Ihre Ergebnisse in eine Tabelle ein. Zu Beginn des Ladevorgangs ist es sinnvoll in kurzen Abständen zu messen, später reichen größere Zeitabstände. Der Kondensator gilt als geladen, wenn die Stärke des Ladestroms weniger als 5 mA beträgt.
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Zeit    t in sec  | 0 | 2 | 4 | 6 | ...
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Spannung    U in V |  |  |  |  | ...
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Stromstärke I in A |  |  |  |  | ...
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:*Erstellen Sie jeweils ein Diagramm des Spannungs und Stromstärkeverlaufs über die Zeit.
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:*Berechnen Sie mit Hilfe der Integration des Stromstärkeverlaufs den Verlauf der Ladung über die Zeit.
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:*Erstellen Sie ein Diagramm der Spannung über die Ladung.
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::Berechnen Sie daraus die in den Kondensator hineingeflossene Energie. (Siehe [[Das_Konzept_der_Energie#Berechnung_von_Energiemengen_bei_veränderlichem_Potential|Energie und Potential]])
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;Messen des Entladevorgangs
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*Entladen Sie den Kondensator, indem Sie das Lämpchen betreiben.
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:Messen Sie während des Entladevorgangs wieder die Spannung und die Stromstärke:
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Zeit    t in sec  | 0 | 2 | 4 | 6 | ...
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Spannung    U in V |  |  |  |  | ...
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Stromstärke I in A |  |  |  |  | ...
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:*Erstellen Sie jeweils ein Diagramm des Spannungs und Stromstärkeverlaufs über die Zeit.
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:*Berechnen Sie mit Hilfe der Integration des Stromstärkeverlaufs den Verlauf der Ladung über die Zeit.
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:*Erstellen Sie ein Diagramm der Spannung über die Ladung.
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::Bestimmen Sie aus dem U-Q-Diagramm die Menge der über die Lampe abgegebenen Energie.
  
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Dazu kann man näherungsweise die Erde als Kugel betrachten. Den [http://de.wikipedia.org/wiki/Erdradius#Geschichtliches Erdradius] konnte man schon in der Antike bestimmen und wird heute mit Hilfe von Satelliten vermessen:
 
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:<math>R \approx 6370\,\rm km </math>
 
  
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Außerdem kann man auf der Erde die Gravitationsfeldstärke zu <math>g \approx 9 {,}81 \rm \frac{N}{kg}</math> bestimmen.
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;Material
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:Flachbatterie, Kroko-Kabel, Doppelschicht-Kondensator (5,5V/1F), LED, Lämpchen (4V/40mA), zwei Multimeter, Steckbrett, 4 Kabel, einige Steckverbindungen, 4 Verbindungsstangen mit Krokoklemmen, eine Stoppuhr,
  
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Mit einer Gravitationsdrehwaage kann man weiterhin die Gravitationskonstante messen:
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;Aufbau
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:<math>G=6{,}673\;84\; \cdot 10^{-11} \mathrm{\frac{m^3}{kg \cdot s^2}}  </math>
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Wie "schwer" ist also die Erde?
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'''''ACHTUNG! Das Stromstärkemessgerät NIE direkt an die Spannungsquelle anschließen!'''''
  
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===Gravitationsfeldstärke im All===
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Sonst brennt die Sicherung durch.
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*Wie groß ist die Gravitationsfeldstärke in einem Abstand von 6370 km über dem Erdboden?
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*Welche Kraft wirkt dort auf einen 1000kg schweren Satelliten?
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Lösen Sie diese Aufgabe auf zwei Wegen.  
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Einmal, indem Sie die Erdmasse als bekannt voraussetzen. Und einmal, indem Sie sich überlegen, wie sich die Feldstärke verändert, wenn der Abstand zum Erdmittelpunkt verdoppelt wird.
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<gallery widths=240px heights=200px  perrow=2 >
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Bild:Praktikum Kondensator Aufbau Laden.jpg|Der Ladevorgang: <br/>Man klemmt die Batterie an.
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===Gravitation in der Erdkugel===
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Bild:Praktikum Kondensator Aufbau Entladen.jpg|Der Kondensator betreibt das Lämpchen: <br/>Man klemmt die Batterie ab und ersetzt sie durch einen Verbindungsstecker.
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[[Datei:The_Earth_seen_from_Apollo_17.png|thumb]]
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Bild:Praktikum Kondensator Schaltplan mitLämpchen Laden Potential.png|Das elektrische Potential während des Ladevorgangs. Ohne den Widerstand des Lämpchens würde das Potential nur innerhalb des Kondensators abfallen und wäre nicht messbar.
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*Wie groß ist die Stärke des Schwerefeldes innerhalb der Erdkugel?
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Bild:Praktikum Kondensator Schaltplan mitLämpchen Entladen Potential.png|Während des Entladens gibt es nur zwei Potentialgebiete.
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:Dazu nehmen wir vereinfachend an, dass die Erde überall die gleiche Massendichte <math>\rho</math> hat, was nicht der Realität entspricht (Vgl. Wikipedia [http://de.wikipedia.org/wiki/Innerer_Aufbau_der_Erde Innerer Aufbau der Erde].)
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</gallery>
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:Dann sollten Sie den Satz über die Quellenstärke verwenden:
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<br style="clear: both" />
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::<math>\frac{1}{4 \pi \, G} \, g \, A = m</math>
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:Als geeignete Flächen bieten sich die Oberflächen von Kugeln an.
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===Probekörper im Kondensator===
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Zwei geladene Platten, je 30cm x 30cm groß, eine mit 8 10<sup>-8</sup> C, die andere mit -8 10<sup>-8</sup> C.
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*Bestimmen Sie die Stärke des elektrischen Feldes unter der Annahme, dass das Feld sich ausschließlich zwischen den Platten befindet und dort homogen ist.
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*Warum ist dabei die Feldstärke zwischen den Platten nicht vom Abstand der Platten abhängig?
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Zwischen die Platten wird ein negativ geladener Tischtennisball gehängt. Auf ihn wirkt eine Kraft von 0,01 N.
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*In welche Richtung wird der Ball gezogen?
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*Wieviel Ladung sitzt auf dem Ball?
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Version vom 10. Mai 2022, 14:11 Uhr

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Arbeitsauftrag

Der Doppelschichtkondensator mit angelöteten Kupferdrähten.
Links die Markierung des Minus-Pols.
Der Kondensator betreibt eine Lampe
  • Laden Sie den Kondensator auf, indem Sie ihn direkt an die Batterrie halten. (AUF DIE POLUNG ACHTEN!) Betreiben Sie mit dem Kondensator die LED oder das Glühlämpchen.
Notieren Sie Ihre Beobachtungen.
Erklären Sie Ihre Beobachtungen mit Hilfe eines Vergleichs zu einem aufgepumptem Fahrradreifen.
Messen Ladevorgangs
  • Bauen Sie den Stromkreis nach dem Schaltplan oder dem Vorbild auf.
  • Laden Sie einen vorher vollständig entladenen Kondensator mit einer Batterie auf.
Messen Sie während des Ladevorgangs die Spannung am Kondensator und den Ladestrom und tragen Sie Ihre Ergebnisse in eine Tabelle ein. Zu Beginn des Ladevorgangs ist es sinnvoll in kurzen Abständen zu messen, später reichen größere Zeitabstände. Der Kondensator gilt als geladen, wenn die Stärke des Ladestroms weniger als 5 mA beträgt. 
Zeit     t in sec  | 0 | 2 | 4 | 6 | ... 
Spannung    U in V |   |   |   |   | ...
Stromstärke I in A |   |   |   |   | ...
  • Erstellen Sie jeweils ein Diagramm des Spannungs und Stromstärkeverlaufs über die Zeit.
  • Berechnen Sie mit Hilfe der Integration des Stromstärkeverlaufs den Verlauf der Ladung über die Zeit.
  • Erstellen Sie ein Diagramm der Spannung über die Ladung.
Berechnen Sie daraus die in den Kondensator hineingeflossene Energie. (Siehe Energie und Potential)
Messen des Entladevorgangs
  • Entladen Sie den Kondensator, indem Sie das Lämpchen betreiben.
Messen Sie während des Entladevorgangs wieder die Spannung und die Stromstärke: 
Zeit     t in sec  | 0 | 2 | 4 | 6 | ... 
Spannung    U in V |   |   |   |   | ...
Stromstärke I in A |   |   |   |   | ...
  • Erstellen Sie jeweils ein Diagramm des Spannungs und Stromstärkeverlaufs über die Zeit.
  • Berechnen Sie mit Hilfe der Integration des Stromstärkeverlaufs den Verlauf der Ladung über die Zeit.
  • Erstellen Sie ein Diagramm der Spannung über die Ladung.
Bestimmen Sie aus dem U-Q-Diagramm die Menge der über die Lampe abgegebenen Energie.


Material
Flachbatterie, Kroko-Kabel, Doppelschicht-Kondensator (5,5V/1F), LED, Lämpchen (4V/40mA), zwei Multimeter, Steckbrett, 4 Kabel, einige Steckverbindungen, 4 Verbindungsstangen mit Krokoklemmen, eine Stoppuhr,
Aufbau

ACHTUNG! Das Stromstärkemessgerät NIE direkt an die Spannungsquelle anschließen!

Sonst brennt die Sicherung durch.

  • Der Ladevorgang:
    Man klemmt die Batterie an.

  • Der Kondensator betreibt das Lämpchen:
    Man klemmt die Batterie ab und ersetzt sie durch einen Verbindungsstecker.

  • Das elektrische Potential während des Ladevorgangs. Ohne den Widerstand des Lämpchens würde das Potential nur innerhalb des Kondensators abfallen und wäre nicht messbar.

  • Während des Entladens gibt es nur zwei Potentialgebiete.


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