Ph 12

Versuche

Kondensatorformel

Grundaufbau:
Lädt man einen Kondensator mit einer bestimmten Spannung U so wird die Ladung Q von einer Platte auf die andere verschoben, so dass auf der einen Platte ein Ladungsüberschuss +Q und auf der anderen Ladungsmangel -Q gegenüber dem neutralen Zustand besteht. Löst man den Kondensator von der Stromquelle und entlädt ihn über ein Ladungsmessgerät (ballistisches Galvanometer oder auf Ladung eingestellter Messverstärker) so gleichen sich die Überschussladungen durch einen Ladungsfluss der Ladung Q aus, dieser wird gemessen.

Praktischer Versuch:
Eine Platte wird über die Stromquelle und den Messverstärker mit der gemeinsamen Erde verbunden.
Die zweite Platte wird zunächst durch Berühren mit dem Kabel 1 geladen und anschließend durch Berühren mit dem Kabel 2 über den ladungsempfindlichen Messverstärker entladen.

1. Versuch:
Messung der aufgenommenen Ladung Q in Abhängigkeit von der angelegten Spannung U.
Plattenfläche A = 800 cm² und Plattenabstand d = 4mm bleiben konstant.
Versuchsergebnisse:
U in V 50 100 150 200 250 300
Q in 10-9As 10,5 20 30 41 51 59

Aufgabe 1:
Zeichne ein U-Q-Diagramm und interpretiere die Ergebnisse. => Lösung

2. Versuch:
Bestimmung der Kapazität C in Abhängigkeit von der Plattenfläche A.
Bei gleichem Plattenabstand d = 4mm (Abstandsstückchen) wird der obige Versuch für eine zweite Fläche A = 400 cm² wiederholt.
A = 800 cm² U = 250 V Q = 51 ·10-9As C =
A = 400 cm² U = 250 V Q = 26 ·10-9As C =

Aufgabe 2:
Bestimme aus dem Versuch die Kapazitäten beider Plattenkondensatoren und vergleiche. Welche Vermutung liegt nahe? => Lösung


3. Versuch:
Bestimmung der Kapazität C in Abhängigkeit vom Plattenabstand d.
Unter Beibehaltung der Plattenfläche (A = 400 cm²) wird der Plattenabstand durch einsetzen verschiedener Abstandsstückchen variiert, Ladung und Spannung gemessen und daraus die Kapazität bestimmt
d = 1 mm U = 250 V Q = 100 ·10-9As C =
d = 2 mm U = 250 V Q = 52 ·10-9As C =
d = 3 mm U = 250 V Q = 33 ·10-9As C =
d = 4mm U = 250 V Q = 26 ·10-9As C =
d = 6 mm U = 250 V Q = 17 ·10-9As C =

Aufgabe 3:
Bestimme aus dem Versuch die Kapazitäten der 6 Plattenkondensatoren und vergleiche. Welche Vermutung liegt nahe. => Lösung

Aufgabe 4:
Fasse die in Versuch 2 und 3 Vermutungen zur Abhängigkeit der Kapazität von den geometrischen Größen eines Plattenkondensators zusammen. => Lösung

4.Versuch:
Bestimmung der Kapazität C für verschiedene Dielektrika.
Bringt man zwischen die Platten eine Kunststoff- oder Glasplatte, so ändert sich die Kapazität des Kondensators. Im folgenden sind unsere Messwerte für A = 800 cm² und d = 4mm angegeben.

Luft U = 100 V Q = 20 ·10-9As C =
Polystyrol U = 100 V Q = 31 ·10-9As C =
Glas U = 100 V Q = 82 ·10-9As C =

Aufgabe 5:
Bestimme das "relative Dielektrizitätszahl" genannte Verhältnis der Kapazität des Kondensators mit Füllung zur Kapazität ohne Füllung (Luftkondensator) => Lösung