Schülerreferat zum Kondensator - Ulfkonrad.de
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Sascha Gütebier, apren<strong>de</strong>r@matzekreis.<strong>de</strong>: La<strong>de</strong>- und Entla<strong>de</strong>vorgang eines <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong>s<br />
La<strong>de</strong>- und Entla<strong>de</strong>vorgang eines <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong>s<br />
Grundsätzlicher Aufbau und Funktion<br />
eines <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong>s eines <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong>s:<br />
Ein <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong> besteht prinzipiell aus zwei Metallplatten, die sich in einem<br />
geringem Abstand gegenüberstehen (s. nebenstehen<strong>de</strong> Abbildung). Dieser stellt<br />
eine Unterbrechung <strong>de</strong>s Stromkreises dar.<br />
La<strong>de</strong>vorgang<br />
Beginn:<br />
Schließt man <strong>de</strong>n <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong> allerdings an eine Spannungsquelle an, fließt <strong>de</strong>nnoch Strom,<br />
bis die Platten komplett aufgela<strong>de</strong>n sind und keine Ladungen mehr aufnehmen<br />
können. Dies geschieht, wenn die <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong>spannung U(t) gleich <strong>de</strong>r angelegten<br />
Spannung U m (von Spannungsquelle) ist. Die eine Platte ist nun positiv, die an<strong>de</strong>re<br />
negativ elektrisch gela<strong>de</strong>n.<br />
Versuchsskizze (Schaltung):<br />
Einige Formeln <strong>zum</strong> La<strong>de</strong>vorgang:<br />
Nach <strong>de</strong>m Anlegen <strong>de</strong>r Quellenspannung gilt für U(t) <strong>zum</strong> Zeitpunkt t folgen<strong>de</strong> Formel:<br />
RC<br />
U ( t)<br />
U m<br />
(1 e )<br />
<br />
t<br />
Da im Einschaltmoment <strong>de</strong>r <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong> einen Kurzschluss verursachen wür<strong>de</strong>, muss dieser<br />
über einen Vorwi<strong>de</strong>rstand aufgela<strong>de</strong>n wer<strong>de</strong>n. Daher gilt:<br />
I<br />
max<br />
U<br />
<br />
R<br />
m<br />
Nach<strong>de</strong>m die Quellenspannung angelegt wur<strong>de</strong>, gilt für die Stromstärke I(t):<br />
I(<br />
t)<br />
I max<br />
e<br />
t<br />
<br />
RC<br />
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Sascha Gütebier, apren<strong>de</strong>r@matzekreis.<strong>de</strong>: La<strong>de</strong>- und Entla<strong>de</strong>vorgang eines <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong>s<br />
La<strong>de</strong>vorgang eines <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong>s:<br />
Der <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong> wird über einen Vorwi<strong>de</strong>rstand<br />
von <strong>de</strong>r Spannungsquelle gela<strong>de</strong>n<br />
(vgl. Versuchsskizze). Im ersten<br />
Moment fließt <strong>de</strong>r maximale La<strong>de</strong>strom I 0 .<br />
Je stärker <strong>de</strong>r <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong> gela<strong>de</strong>n ist,<br />
<strong>de</strong>sto geringer wird die wirksame La<strong>de</strong>spannung.<br />
Daraus folgt ein La<strong>de</strong>strom, <strong>de</strong>r<br />
mit <strong>de</strong>m La<strong>de</strong>zustand abnimmt und gegen<br />
0A geht, wenn die Spannung am <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong><br />
gleich <strong>de</strong>r Quellspannung ist.<br />
Die Spannung am <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong> steigt zunächst<br />
wegen <strong>de</strong>s relativ starken La<strong>de</strong>stroms<br />
rasch an. Der weitere Spannungsanstieg<br />
am <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong> verlangsamt sich<br />
aber immer mehr, je stärker <strong>de</strong>r <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong> gela<strong>de</strong>n ist und bleibt schließlich auf <strong>de</strong>r konstanten<br />
Quellspannung, d.h. er ist vollständig gela<strong>de</strong>n (vgl. Grafik).<br />
Entla<strong>de</strong>vorgang<br />
Einige Formeln <strong>zum</strong> Entla<strong>de</strong>vorgang:<br />
Nach <strong>de</strong>m Anlegen <strong>de</strong>s Verbrauchers gilt für U(t) <strong>zum</strong> Zeitpunkt t folgen<strong>de</strong> Formel:<br />
U ( t ) U e m<br />
<br />
t<br />
<br />
RC<br />
U (0) U m<br />
Der Entla<strong>de</strong>strom I max :<br />
U<br />
m<br />
I<br />
max<br />
<br />
R<br />
Entla<strong>de</strong>vorgang eines <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong>s:<br />
Der <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong> kann über einen<br />
elektrischen Wi<strong>de</strong>rstand entla<strong>de</strong>n<br />
wer<strong>de</strong>n. Es fließt im ersten Moment <strong>de</strong>r<br />
maximal Entla<strong>de</strong>strom I max. Je stärker <strong>de</strong>r<br />
<strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong> entla<strong>de</strong>n ist, <strong>de</strong>sto geringer<br />
wird die Spannung am <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong>.<br />
Hierdurch folgt ein mit <strong>de</strong>r Entladung<br />
abnehmen<strong>de</strong>r Entla<strong>de</strong>strom, <strong>de</strong>r gegen<br />
0A geht, wenn die Spannung am <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong><br />
0V beträgt.<br />
Anfangs sinkt die Spannung am <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong><br />
sehr rasch aufgrund <strong>de</strong>s relativ<br />
starken Entla<strong>de</strong>stroms. Der weitere<br />
Spannungsverlust am <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong> verlangsamt sich aber immer weiter, je stärker <strong>de</strong>r <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong><br />
bereits entla<strong>de</strong>n ist und bleibt schließlich auf 0V konstant, d.h. er ist vollständig<br />
entla<strong>de</strong>n (vgl. Grafik).<br />
Praktische Aspekte mit <strong>de</strong>m <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong>:<br />
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Sascha Gütebier, apren<strong>de</strong>r@matzekreis.<strong>de</strong>: La<strong>de</strong>- und Entla<strong>de</strong>vorgang eines <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong>s<br />
Wir wollten herausfin<strong>de</strong>n, wie das La<strong>de</strong>- und Entla<strong>de</strong>verhalten von <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong>en ist. Dies<br />
ist auch oben beschrieben.<br />
Des weiteren haben wir untersucht, was geschieht, wenn bei einem Plattenkon<strong>de</strong>nsator ein<br />
Dielektrikum (also eine Platte z.B. aus Glas, Keramik, Holz...) eingeführt wird. Dafür haben<br />
wir einen <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong> gela<strong>de</strong>n und die Spannung zwischen <strong>de</strong>n Platten gemessen. Danach<br />
wur<strong>de</strong> <strong>de</strong>r <strong>Kon<strong>de</strong>nsator</strong> von <strong>de</strong>r Spannungsquelle getrennt und das Dieletrikum zwischen die<br />
Platten geführt. Daraus hat sich ergeben, das die Spannung zwischen <strong>de</strong>n Platten beim Einführen<br />
<strong>de</strong>s Dielektrikums geringer wur<strong>de</strong>.<br />
Weiterführen<strong>de</strong> Links:<br />
Für weitere Informationen gibt es ein Java Applet von Prof. Fu-Kwun Hwang, das die Vorgänge<br />
beim Auf- bzw. entla<strong>de</strong>n zeigt:<br />
http://schulen.eduhi.at/riedgym/physik/10/elektrizitaet/kon<strong>de</strong>nsator/applet/circuit_rc.html<br />
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