Physik-LK · Skript 3 · Elektrizitätslehre
Plattenkondensator und Kapazität
Die Kapazität eines Plattenkondensators ist C = QU = ε0 · εr · Ad. Was beim Verändern passiert, hängt von einer Frage ab: Bleibt die Quelle angeschlossen, dann bleibt U gleich. Ist der Kondensator getrennt, kann keine Ladung abfließen, dann bleibt Q gleich.
So gehst du vor
- 1Ziehe den Punkt an der oberen Platte für den Abstand d und den Punkt unter der unteren Platte für die Fläche A.
- 2Wähle ein Dielektrikum und schiebe es am braunen Punkt zwischen die Platten.
- 3Tippe „Zustand merken“, verändere etwas und lies die Faktoren ab. Vergleiche „an der Quelle“ und „getrennt“.
- 4Fülle die Tabellen. Lass dabei das Dielektrikum weg, dann bestimmst du ε0.
- 5Bestimme mit Stoff X seine Dielektrizitätszahl: Vergleiche die Kapazität mit und ohne Stoff.
Spannung
0,0 V
Ladung
0,00 nC
Rot: Feldlinien von der positiven zur negativen Platte. Ihre Dichte zeigt E, die Zeichen auf den Platten zeigen die Flächenladungsdichte. Im Dielektrikum sitzen an den Oberflächen Polarisationsladungen. Das Spannungsmessgerät nimmt keine Ladung ab. In Luft schlägt es ab etwa 3 · 106 Vm durch.
Plattenabstand d
5,0 mmPlattenfläche A
400 cm²Spannung der Quelle U0
1.000 VDielektrikum
Zustand und Faktor gegenüber dem gemerkten
| C | 70,8 | pF | – |
| Q | 70,8 | nC | – |
| U | 1.000 | V | – |
| E | 200 | kVm | – |
| W | 35,4 | µJ | – |
A Ladung über Spannung: Q über U
Halte d und A fest und ändere die Spannung der Quelle. Die Steigung ist die Kapazität.
| Nr. | Spannung U in V | Ladung Q in nC |
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B Kapazität und Abstand: C über 1d
Halte A fest, ohne Dielektrikum. Die Steigung ist ε0 · A.
| Nr. | Abstand d in mm | C = QU in pF |
|---|
C Kapazität und Fläche: C über A
Halte d fest, ohne Dielektrikum. Die Steigung ist ε0d.
| Nr. | Fläche A in cm² | C = QU in pF |
|---|
Aufträge
- Lade den Kondensator bei d = 5,0 mm, merke den Zustand und verdopple d: einmal an der Quelle, einmal getrennt. Notiere die Faktoren von C, Q, U, E und W.
- Getrennt verdoppelt sich die Energie. Woher kommt sie? Und wohin geht die Energie, die an der Quelle verschwindet?
- Schiebe Papier ganz ein: einmal an der Quelle, einmal getrennt. Notiere wieder die Faktoren. Warum sinkt die Feldstärke im getrennten Fall?
- Schiebe das Papier nur halb ein. Welche Kapazität erwartest du? Erkläre, warum die Zeichen auf den Platten über dem Papier dichter stehen, obwohl E überall gleich ist.
- Fülle die Tabellen B und C ohne Dielektrikum und bestimme ε0 auf beiden Wegen. Vergleiche mit dem Skriptwert 8,85 · 10−12 Fm.
- Lade getrennt bei d = 1,0 mm, U = 2000 V mit ganz eingeschobenem Glas. Ziehe das Glas heraus. Was passiert und warum?
- Bestimme εr von Stoff X aus den Messwerten für Q und U mit und ohne Stoff. Löse erst danach auf.
Theorie: E-Lehre-Skript, Abschnitte „Kapazität“, „Der Plattenkondensator“, „Das Dielektrikum“ und „Energie im Kondensator“.