PhysProf - Plattenkondensator

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Plattenkondensator


Mit Hilfe des Unterprogramms [Elektrotechnik] - [Plattenkondensator] kann die Abhängigkeit der Stärke eines elektrischen Feldes von ihren Einflussgrößen untersucht werden.

PhysProf - Plattenkondensator

PhysProf - Kondensator

Ein Plattenkondensator besteht aus zwei parallelen, ebenen Metallplatten, welche sich in geringem Abstand zueinander befinden und durch ein isolierendes Medium (Dielektrikum) voneinander getrennt sind. Er wird zur Speicherung elektrischer Ladungen verwendet. Werden die Platten elektrisch aufgeladen, so besitzt eine Platte eine positive, die andere eine negative Ladung und zwischen beiden Platten baut sich elektrische Spannung auf.

Die Potenzialdifferenz U, sowie die Feldstärke E hängen von der Zusammensetzung der Platten, deren Abstand, sowie dem sich zwischen ihnen befindlichen Dielektrikum und der Fläche A der Platten ab.

Die Kapazität eines Kondensators gibt die gespeicherte Ladung bezogen auf die Potentialdifferenz an:

Plattenkondensator - Gleichung - 1

Daraus folgt für die Kapazität eines Plattenkondensators, falls das elektrische Feld E durch ein Dielektrikum abgeschirmt wird.

Plattenkondensator - Gleichung - 2

Das elektrische Feld E wird durch die Potentialdifferenz U zwischen den Platten bestimmt:

Plattenkondensator - Gleichung - 3

Hieraus resultiert für die Potentialdifferenz zwischen den Platten:

Plattenkondensator - Gleichung - 4

C: Kapazität [F]

A: Plattenfläche [m²]

d: Plattenabstand [m]

E: Elektrisches Feld [V/m]

Q: Oberflächenladung [C]

U: Potentialdifferenz zwischen den Platten [V]

er: Relative Permittivität

Absolute Dielektrizitätskonstante e0 = 8,85419·10-12 As/Vm

 

Misst man die Potentialdifferenz (Spannung) zwischen den Platten eines mit einer definierten Ladung aufgeladenen Kondensators (Q = const. und keine Ladespannung vorhanden), so gilt:

 

Plattenkondensator - Gleichung - 5

 

Wird hingegen die Potentialdifferenz (Spannung) konstant gehalten, so ist die gespeicherte Ladung proportional zu er.
 

Programmbedienung

Mit Hilfe dieses Moduls können Sie die zuvor aufgeführten Abhängigkeiten untersuchen. Hierbei wird die Stärke des elektrischen Feldes durch die Anzahl eingezeichneter Pfeile symbolisiert. Es stehen zwei verschiedene Methoden zur Auswahl, um sich die Zusammenhänge begreiflich machen zu können. Bei einer wird die elektrische Ladung, bei der anderen wird die Spannung konstant gehalten. Bei letzterer wird der Kondensator an eine Spannungsquelle angeschlossen. Auswählen können Sie die gewünschte Untersuchung, wenn Sie den entsprechenden Kontrollschalter Konstante Ladung bzw. Konstante Spannung aktivieren.

Mit den dafür vorgesehenen Rollbalken Plattenabstand und Plattenfläche können Sie den Abstand der Kondensatorplatten sowie die Plattenfläche des Kondensators festlegen.

Aus der zur Verfügung stehenden Listbox können Sie ein Dielektrikum auswählen. Je höher dessen Permittivitätszahl ist, desto größer wird die Kapazität des Kondensators. Bei konstanter Ladung werden hierbei sowohl die elektrische Spannung als auch das zwischen den Platten existierende elektrische Feld kleiner.

In den Anfangszustand zurückversetzen lassen können Sie durchgeführte Einstellungen wieder, wenn Sie die Schaltfläche Urzustand bedienen.
 

Module zum Themenbereich Elektotechnik


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