PhysProf - Plattenkondensator - Ladung - Kapazität - Spannung
Fachthema: Plattenkondensator
PhysProf - Elektrotechnik - Ein Programm zur Visualisierung physikalischer Sachverhalte mittels Simulationen und 2D-Animationen für die Ausbildung, die Schule und den Beruf.
Online-Hilfe für das Modul
zur Untersuchung des Einflusses verschiedener Größen auf die Stärke elektrischer Felder beim Plattenkondensator.
Dieses Teilprogramm ermöglicht die Durchführung interaktiver Analysen zu diesem Fachthema sowie eine Untersuchung der entsprechenden physikalischen Sachverhalte und eignet sich zudem als Begleitung zu Versuchen im Physikunterricht.
Es unterstützt dabei ein tiefergehendes Verständnis zu diesem Themengebiet zu erlangen und kann zum Lösen vieler diesbezüglich relevanter Aufgaben eingesetzt werden.
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Plattenkondensator
Modul Plattenkondensator
Mit Hilfe des Unterprogramms [Elektrotechnik] - [Plattenkondensator] kann die Abhängigkeit der Stärke eines elektrischen Feldes von ihren Einflussgrößen untersucht werden.
I - Konstante Ladung
Plattenkondensator - Konstante Ladung - Abbildung 1
Plattenkondensator - Konstante Ladung - Abbildung 2
II - Konstante Spannung
Plattenkondensator - Konstante Spannung - Abbildung 1
Plattenkondensator - Konstante Spannung - Abbildung 2
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:
Daraus folgt für die Kapazität eines Plattenkondensators, falls das elektrische Feld E durch ein Dielektrikum abgeschirmt wird.
Das elektrische Feld E wird durch die Potentialdifferenz U zwischen den Platten bestimmt:
Hieraus resultiert für die Potentialdifferenz zwischen den Platten:
C: Kapazität [F]
A: Plattenfläche [m²]
d: Plattenabstand [m]
E: Elektrisches Feld [V/m]
Q: Oberflächenladung (elektrische Ladung) [C]
Absolute Dielektrizitätskonstante e0 = 8,85419·10-12 As/Vm
Elektrisches Potential - Potentialdifferenz - Elektrische Energie
Zwischen einem Punkt A auf der positiv geladenen Platte und einem Punkt B auf der negativ geladenen Platte eines Kondensators ergibt sich eine Potentialdifferenz und es gilt:
φA: Elektrisches Potential an Stelle A der Probeladung [V]
φB: Elektrisches Potential an Stelle B der Probeladung [V]
Δ Epot: Änderung der potentiellen Energie [J]
q: Ladungsmenge (Probeladung) [V]
U: Potentialdifferenz zwischen den Platten [V]
Für die elektrische potentielle Energie im Abstand d von der Platte B gilt:
Epot = q·φ = q·E·d
Epot: Elektrische potentielle Energie [J]
q: Ladungsmenge [V]
φ: Elektrisches Potential an Stelle der Probeladung [V]
d: Abstand der Energie von Platte [m]
Die elektrische Energie in einem Plattenkondensator beträgt:
EEl = 1/2·C·U ²
EEl: Elektische Energie [J]
C: Kapazität [F]
U: Spannung [V]
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.
Eine kleine Übersicht in Form von Bildern und kurzen Beschreibungen über einige zu den einzelnen Fachthemengebieten dieses Programms implementierte Unterprogramme finden Sie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Mechanik - Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Elektrotechnik - Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Optik - Kurzinfos zum Themengebiet Thermodynamik sowie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zu sonstigen Themengebieten.
Hilfreiche Informationen zu diesem Fachthema sind unter Wikipedia - Elektrische Kapazität, unter Wikipedia - Permittivität sowie unter Wikipedia - Kondensator zu finden.
Nachfolgend finden Sie ein Video zu diesem Fachthema, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks
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Schräger Wurf - Schiefer Wurf, Waagerechter Wurf - Horizontaler Wurf, Hookesches Gesetz, Mechanische Arbeit, Zweites Newtonsches Gesetz, Drittes Newtonsches Gesetz, Gedämpfte mechanische Schwingung, Bewegungen auf einer Kreisbahn, Hebelgesetz, Chaotisches Doppelpendel, Mathematisches Pendel, Freier Fall und Luftwiderstand, Harmonische Schwingungen, Molekularbewegungen, Brownsche Bewegungen, Potentielle und kinetische Energie, Ideale Strömung - Volumenstrom, Druck in Flüssigkeiten, Wellen - Simulationen, Zusammengesetzte Bewegung, Bewegungen in der Ebene, Carnotscher Kreisprozess, Adiabatische Zustandsänderung, Isotherme Zustandsänderung, Isobare Zustandsänderung, Isochore Zustandsänderung, Beugung am Spalt, Hohlspiegel, Sammellinse, Zerstreuungslinse, Wechselstromkreise, RLC-Kreis - RLC-Schaltung, RL-Kreis - RL-Schaltung, RC-Kreis - RC-Schaltung, Resonanz - Resonanzkurve, Widerstände im Wechselstromkreis, Schwingungen und deren Überlagerung, Plattenkondensator, Ladung und Entladung von Kondensatoren, Reihenschaltung und Parallelschaltung, Lissajou-Figuren, 1. Keplersches Gesetz, 2. Keplersches Gesetz, 3. Keplersches Gesetz
Lissajousche Figuren - Reihen- und Parallelschaltung - Widerstände im Wechselstromkreis - Messbrücke - Widerstandsgesetz - Kondensator Ladung - Entladung - Kondensator - Kapazitäten - Transformator - Schwingungsüberlagerung - RC-Kreis - RL-Kreis - RLC-Kreis - Resonanz - Wechselstromkreis
Unterprogramm Plattenkondensator
PhysProf 1.1 - Unterprogramm RLC-Kreis
MathProf 5.0 - Unterprogramm Kurven in Parameterform
SimPlot 1.0 - Grafik- und Animationsprogramm für unterschiedlichste Anwendungszwecke
Physik interaktiv
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Es eignet sich insbesondere dafür, um interaktive grafische Untersuchungen sowie numerische Berechnungen zu entsprechenden Fachthemen durchführen zu lassen. Mehr als 300 verschiedene Unterprogramme decken die mathematischen Themenbereiche Analysis, Geometrie, Trigonometrie, Algebra, Stochastik, 3D-Mathematik und Vektoralgebra großflächig ab.
Durch die Nutzbarkeit vieler implementierter grafischer Features bestehen vielseitige gestaltungstechnische Möglichkeiten, ausgegebene Grafiken in entsprechenden Unterprogrammen auf individuelle Anforderungen anzupassen. Durch die freie Veränderbarkeit von Parametern und Koordinatenwerten bei der Ausgabe grafischer Darstellungen, besteht in vielen Modulen zudem die Möglichkeit, Veränderungen an dargestellten Gebilden und Zusammenhängen manuell oder durch die Verwendung automatisch ablaufender Simulationsprozesse in Echtzeit zu steuern und zu analysieren.
Es verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 1600 Seiten.
Eine Übersicht aller in MathProf 5.0 zur Verfügung stehender Programmteile finden Sie im MathProf - Inhaltsverzeichnis, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.
- Kurzinfos zum Themengebiet Analysis
- Kurzinfos zum Themengebiet Geometrie
- Kurzinfos zum Themengebiet Algebra
- Kurzinfos zum Themengebiet 3D-Mathematik
- Kurzinfos zum Themengebiet Stochastik
- Kurzinfos zum Themengebiet Vektoralgebra
- Kurzinfos zum Themengebiet Trigonometrie
- Kurzinfos zu sonstigen Themengebieten
Visualisierung und Simulation interaktiv
SimPlot 1.0 ist eine Anwendung, welche es unter anderem durch interaktiv erstellbare Präsentationen ermöglicht, sich Sachverhalte aus vielen technischen, wissenschaftlichen und anderen Bereichen grafisch darstellen und diese multifunktional sowohl statisch, wie auch in Form bewegter Grafiken ausgeben zu lassen. Das Programm erlaubt die Erstellung von Gebilden mit zweidimensionalen grafischen Objekten, welche als geometrische Figuren und Bilder zur Verfügung stehen.
Es bietet zudem die Möglichkeit, Zusammenhänge im Bereich der Planimetrie auf einfache Weise interaktiv zu analysieren. Unter anderem wird es ermöglicht, mit erzeugten Gebilden geometrische Transformationen durchzuführen und diesen automatisch ablaufende Bewegungs- und Verformungsprozesse zuzuweisen.
SimPlot kann sowohl zur Erstellung von Infografiken, zur dynamischen Datenvisualisierung, zur Auswertung technisch-wissenschaftlicher Zusammenhänge sowie zur Erzeugung bewegter Bilder für verschiedenste Anwendungsbereiche eingesetzt werden. Neben der Bereitstellung vieler mathematischer Hilfsmittel und zusätzlicher Unterprogramme erlaubt es auch die Einblendung von Hilfslinien zur Echtzeit, welche dienlich sind, um sich relevante Sachverhalte und Zusammenhänge unmittelbar begreiflich zu machen.
Dieses Programm verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 900 Seiten.
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