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Der Plattenkondensator Aufbau-Elektrisches Feld Es soll in diesem Kapitel um den Plattenkondensator und sein elektri- sches Feld gehen. Wie ist ein Plattenkondensator aufgebaut? Im Unterricht wird am häufigsten ein Paar Metallplatten benutzt, die parallel zueinander ausgerichtet sind und unterschiedlich geladen werden. Hier mal ein paar Beispiele von üblichen Plattenkondensatoren aus dem Schulunterricht.
Wir wissen schon, dass das Feld zwischen den Platten homogen ist, d.h. die Kräfte auf Probeladungen sind überall gleich groß. Wir leiten jetzt zunächst eine einfache Formel zur Berechnung der Feldstärke innerhalb des Plattenkondensators her. 1. Fall: theoretische Herleitung (falls das Experiment Probleme bereitet) Wir sehen uns zunächst hierzu folgende Abbildung an.
An den Kondensator ist eine Spannung U angeschlossen und der Abstand der Platten beträgt d. Im Gedankenexperiment soll sich jetzt eine unendlich kleine Probeladung q von der positiven zur nega- tiven Platte bewegen. Wir betrachten jetzt die von q verrichtete Arbeit. Man kann diese Arbeit einmal über die Arbeitsformel
und die Definition
der Feld- stärke bestimmen. Anderseits kann man auch so tun, als ob ein elektrischer Stromfluss vorliegt und man bedient sich der Formeln aus der Mittelstufe zur Definition der Spannung bzw. der Formel für die vom Strom verrichtete Arbeit. Es ergibt sich dann:
2. Fall: experimentelle Herleitung Die experimentelle Herleitung geht heute mit einem Elektrofeldmeter Hinweis:
weitere experimentelle Aufbauten
findet man bei Leifi. Das Elektrofeldmeter wird dabei als „Blackbox“ benutzt, d.h. man kennt die Funktionsweise nicht bzw. kann sie an dieser Stelle nicht erklären, weil die Physik fehlt. Das Elektrofeldmeter misst direkt die Feldstärke. Dazu muss man eine Kondensatorplatte benutzen, an der man das Elektrofeldmeter befestigen kann. Es werden nun zwei Messreihen durchgeführt. Einmal wird der Abstand konstant gehalten und die Abhängigkeit von der Spannung bestimmt. Im anderen Fall wird bei fester Span- nung der Abstand geändert. In der Abbildung sieht man einen Aufbau, den ich zur Messung be- nutzt habe.
Hinweis:
Das Netzgerät für die geglättete Betriebsspannung 14V ...18 V ist nicht zu
sehen. Es
steht unter der Tischplatte. Hier ein paar der besten Messungen: 1.
Messung: GK 09 -10 (d
= 1 cm) ; U ändern, E messen bei festem d
2.
Messung: GK 08-09 (U1 = 40 V; U2 = 80 V) ; d ändern, E messen bei festem U
Auswertung mit Excel (wie
üblich: siehe Bewegung) 1.
Messung: ( d = 1 cm = 0,01 m)
2.1.
Messung (U1 = 40 V)
2.2.
Messung (U1 = 80 V)
Zusammenfassung der Ergebnisse:
Sowohl Theorie als auch Praxis kommen also zu dem Ergebnis.
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