Elektrizitätslehre

Ladungen & Felder - Oberstufe

Elektrische Verschiebungsdichte

  • Wie lautet das Gesetz von COULOMB?
  • Wie ist das Feld im Innern eines Plattenkondensators?
  • Wie viel Energie kann ein Kondensator speichern?

Elektrische Verschiebungsdichte

Geräte:

  • 2 Platten
  • ladungsempf. Messverstärker
  • Hochspannung
  • diverse Plattenpaare
 
3 Aufbau, Durchführung und Beobachtungen zum Versuch zur elektrischen Verschiebungsdichte

Versuchsdurchführung

An den Kondensator wird eine Spannung von ca. 4 - 7 kV angelegt. Zwei Doppelplatten werden aufeinandergelegt und geerdet. Anschließend werden sie ins Feld des Kondensators gebracht, dort parallel zu den Platten ausgerichtet und im Inneren getrennt. Die Ladung der einzelnen Platten wird getrennt voneinander mit dem ladungsempfindlichen Messverstärker gemessen. In einem zweiten Versuchsteil wird eine Platte flach mit einer Kondensatorplatte berührt und ohne Kippen von dieser getrennt und ebenfalls die Ladung gemessen. Der Versuch wird mit verschieden großen Plattenpaaren wiederholt.

Versuchsergebnisse

1. Ergebnis: Die Ladung auf der einen Platte ist gegengleich zur Ladung auf der anderen Platte.

2. Ergebnis: Die von der Kondensatorplatte abgenommene Ladung ist bei flacher Trennung genau so groß wie die einzelne Ladung auf den im Feld getrennten Platten. Trennt man nicht flach, so ist sie größer.

3.Ergebnis: Bei Halbierung bzw. Viertelung der Plättchenfläche halbiert sich auch die Ladung auf den Plättchen. Die influenzierte Ladung ist also direkt proportional zur Plattenfläche. Die Proportionalitätskonstante D = Qi/A ist eine feldbeschreibende Größe, die man Verschiebungsdichte nennt, sie ist gleich der Flächenladungsdichte auf einer Kondensatorplatte.

Aufgabe
Leite aus der Formel für die Feldstärke in einem Plattenkondensator und dem obigen Ergebnis die auch für beliebige Feldtypen geltende Gleichung D = ε0·E her.

Winkelabhängigkeit von D


Die Untersuchung der Winkelabhängigkeit von D erfordert große experimentelle Präzision:

  • Zunächst bringt man ein an einer Drehskala befestigtes voneinander isoliertes Plattenpaar in das Innere eines ungeladenen Plattenkondensators.
  • Dann neutralisiert man beide Platten gemeinsam.
  • Anschließend lädt man den Plattenkondensator.
  • Nun verbindet man beide Platten mit einem Stift (siehe Skizze), so dass die Influenzladung überfließt.
  • Anschließend entlädt man den Kondensator.
  • Nun erdet man eine Platte und entlädt die andere über den ladungsempfindlichen Messverstärker.
    Dies wiederholt man für verschiedene Winkel.
α
30°
45°
60°
Q
15 Skt
13 Skt
11 Skt
8 Skt
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