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Die beiden Platten eines Kondensators werden
an die Anschlüsse einer konstanten Hochspannungsquelle
angeschlossen. Zwischen den Platten hängt
an einem isolierenden Faden eine kleine, geladene
Kugel. Auf Grund der Kräfte zwischen geladenen
Körpern wird die Kugel zu einer Platte hin
ausgelenkt. Jetzt wird in den Raum zwischen den
beiden Platten ein dickes Buch geschoben, ohne
das das Buch die Platten oder die Kugel berührt.
Was kann an der Kugel beobachtet werden? |
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| Die Gesamtkapazität C der dargestellten Schaltung beträgt 5,2 µF. Wird C2 infolge Durchschlages kurzgeschlossen, so ist die Gesamtkapazität C`=6 µF. Wird dagegen C1 kurzgeschlossen, so ist die Gesamtkapazität C``=7 µF. Welchen Wert hat C3? |  |
Drei Kondensatoren gleicher Kapazität werden
a) in Reihe
b) parallel
geschaltet.
Wie groß ist jeweils die Gesamtkapazität der Schaltung?
a) Ein Kondensator besteht aus zwei voneinander isolierten Metallplatten. Erklären Sie, weshalb beim Anlegen einer Wechselspannung an den Kondensator trotzdem ein Stromfluss zu messen ist.
b) Wie ändert sich die Stromstärke, wenn bei gleicher Spannung die Kapazität vergrößert wird?
Ein Plattenkondensator mit Luft besteht aus zwei kreisförmigen Platten mit dem Radius 5,5 cm. Die Platten haben einen Abstand von 7,0 cm.
a) Wie groß ist die Kapazität des Kondensators in pF?
b) Geben Sie zwei Möglichkeiten an, wie die Kapazität vergrößert werden kann, ohne das die geometrischen Abmessungen der Platten verändert werden.
Um die Dicke von Kunststofffolien laufend zu messen, zieht man sie zwischen zwei Kondensatorplatten der Fläche 100 cm2 hindurch, zwischen denen Wechselspannung mit 40 V effektiv und der Frequenz 1000 Hz anliegt. Wie groß ist der Effektivstrom bei Foliendicken von 4 µm, 5 µm und 6 µm (Epsilonr= 5)?
Ein Kondensator hat einen Kapazität von 200µF. Welche Ladung befindet sich auf dem Kondensator, wenn er an eine Spannung von 14 V angeschlossen wird?
Die in einem Kondensator bei einer Ladespannung von 6,0 V gespeicherte elektrische Feldenergie soll für die Zündung einer Blitzlichtlampe genutzt werden. Die während der Zeitdauer eines Lichtblitzes von 100 µs abgegebene elektrische Leistung beträgt 200 W.
Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators.
An einen Plattenkondensator mit der Plattenfläche A=500 cm2 und dem Plattenabstand d=4mm im Vakuum wird die Spannung U=400 V angelegt.
a) Welche Ladung nimmt der Kondensator auf?
b) Welche Feldstärke hat das elektrische Feld im Kondensator?
c) Wie ändert sich die Ladung und die Feldstärke, wenn der Plattenabstand bei Beibehaltung der Verbindung zur Spannungsquelle auf 6 mm vergrößert wird?
d) Wie ändert sich die Ladung, die Feldstärke und die Spannung, wenn die Vergrößerung des Plattenabstandes nach Abklemmen der Spannungsquelle erfolgt?
a) Kondensatoren sind in vielen Bereichen der Technik unentbehrliche Bauelemente. Erläutern Sie ein Beispiel für die Anwendung von Kondensatoren.
b) Nennen Sie die Definition des Begriffes "Elektrisches Feld" und stellen Sie den Zusammenhang zur Größe "Elektrische Feldstärke" her.
c) Ein Plattenkondensator (Plattenabstand 4,00 mm; Plattenfläche 520 cm2; Dielektrikum Luft) wird bei einer Ladespannung von 2000 V aufgeladen und nach dem Ladevorgang wieder von der Spannungsquelle getrennt.
Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators sowie den Betrag der Ladung.
d) In den Innenraum wird nun eine 4,00 mm dicke Glasplatte geschoben. In welcher Weise ändert sich dadurch die Kapazität? Begründen Sie Ihre Aussage. (e r = 5)
e) Berechnen Sie die Kapazität jeweils für den Fall, dass die Glasplatte den Innenraum vollständig bzw. genau zur Hälfte ausfüllt.
f) Welche weiteren Möglichkeiten gäbe es, die Kapazität des Kondensators zu vergrößern? Begründen Sie jeweils Ihre Aussage.
g) Die im Kondensator gespeicherte Energie sei nach einer gewissen Zeit auf ein Viertel ihres Ausgangswertes gesunken. Welche Ladung befindet sich zu diesem Zeitpunkt noch auf dem Kondensator?
Zeichnen Sie die Schaltungen für alle acht möglichen Kapazitäten, die man mit den Kondensatoren C1=300 pF, C2=500 pF und C3=1 nF schalten kann.
Berechnen Sie für jede Schaltung die Gesamtkapazität.
Für einen einfachen Detektor-Empfänger wird der veränderliche Kondensator im Schwingkreis aus zwei CD gebastelt. Die CDs werden dazu mit Alu-Folie beklebt, die wiederum zur Isolation mit einer Schicht Folie versehen ist. Durch diese Folie beträgt der Abstand der beiden CDs 0,5 mm. Eine CD hat einen Durchmesser von 12 cm und die Folie verdoppelt die Kapazität gegenüber einer gleichstarken Luftschicht.
a) Welche Kapazität in pF hat dieser Kondensator?
b) Wie ändert sich Kapazität, wenn man eine weitere Folienschicht mit 0,5 mm Dicke zwischen die Platten schiebt? Begründen Sie Ihre Aussage.
Ein Kondensator mit der Kapazität C1 = 4 µF ist an ein Voltmeter vernachlässigbarer Kapazität angeschlossen.
Der Kondensator wird aufgeladen und dann von der Spannungsquelle getrennt. Das Voltmeter am geladenen Kondensator zeigt die Spannung U1 = 320 V an. Wird nun ein ungeladener Kondensator unbekannter Kapazität C2 zum geladenen Kondensator parallel geschaltet, sinkt die Anzeige am Voltmeter auf U2 = 195 V ab. Welche Kapazität hat der zweite Kondensator?
| Eine Wechselspannungquelle 6V, eine Diode, ein Widerstand 100 Ohm und ein Strommesser sind in Reihe geschaltet. Der Strommesser zeigt einen bestimmten Wert an. Nun wird ein Kondensator von etwa 50 µF parallel zu dem Widerstand geschaltet. Was zeigt der Strommesser jetzt an? a) Er zeigt einen konstanten, größeren Strom. b) Er zeigt die gleiche Stromstärke an. c) Er zeigt einen konstanten, kleineren Strom. |
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Der Zusammenhang zwischen der Kapazität eines Plattenkondensators und dem Plattenabstand wird untersucht. Zu diesem Zweck wird eine Spannung von 320 V an die Kondensatorplatten angelegt und jeweils die Ladung des Kondensators bestimmt. Zwischen den Platten befindet sich Luft, das Feld zwischen ihnen ist homogen.
Es ergaben sich folgende Messwerte:
| Plattenabstand in cm | 3,00 | 3,50 | 4,00 | 5,00 | 6,00 | 7,00 |
| Ladung in nC | 2,97 | 2,55 | 2,23 | 1,78 | 1,48 | 1,27 |
a) Berechnen Sie aus den Messwerten jeweils die Kapazität.
b) Welche Abhängigkeit der Kapazität vom Plattenabstand legen die Tabellenwerte nahe? Überprüfen Sie Ihre Vermutung.
c) Der Plattenkondensator hat kreisförmige Platten mit dem Radius 10,0 cm. Berechnen sie aus den Messwerten einen Mittelwert für die elektrische Feldkonstante .
Ein Kondensator mit der Kapazität von 1,0 F wird auf eine Spannung von 3,0 V aufgeladen. Mit ihm wird eine Leuchtdiode betrieben. Wenn die angelegte Spannung zwischen 1,5 V und 3,0 V liegt, leuchtet die Diode mit einer mittleren Leistung von 20 mW. Bei kleineren Spannungen erlischt sie.
Wie lange kann die Leuchtdiode maximal leuchten?
| Zwei kreisförmige Metallplatten mit dem Radius 30 cm, die parallel im Abstand von 10 cm angeordnet sind, bilden einen Plattenkondensator. In der Mitte zwischen den Platten hängt an einem dünnen isolierten Faden von 1,2 m Länge eine kleine, geladene Metallkugel. Die Kugel hat eine Masse von 0,25 g. a) Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators. An den Kondensator wird nun eine Spannung von 2,0 kV angelegt, recht Plus und links Minus. Die Kugel lenkt es darauf hin horizontal um  aus. Influenzeffekte sollen nicht berücksichtigt werden und das Feld im Kondensator kann als homogen betrachtet werden. |  |
b) Ermitteln Sie den Auslenkwinkel Alpha und berechnen Sie mithilfe der Gewichtskraft die elektrische Kraft FE auf die Metallkugel.
(zur Kontrolle:
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c) Wie groß ist die Feldstärke des homogenen elektrischen Feldes zwischen den Kondensatorplatten? Welche Ladung trägt die Metallkugel?
d) Begründen Sie, wie sich die Auslenkung der Kugel ändert, wenn bei konstanter Spannung der ursprüngliche Plattenabstand vergrößert wird.
e) Nun wird der Faden durchgetrennt. Beschreiben Sie qualitativ die Bewegung der Metallkugel innerhalb des Kondensators und begründen Sie ihre Antwort.
Die geladene Metallkugel wird anschließend wieder an den Faden gehängt, doch anstelle der Gleichspannung wird jetzt eine Wechselspannung an die Kondensatorplatten angelegt.
f) Welche Beobachtungen sind jeweils zu erwarten, wenn die angelegte Wechselspannung beginnend bei sehr niedrigen Frequenzen über die Eigenfrequenz des Pendels bis hin zu sehr hohen Frequenzen variiert wird?
Begründen Sie Ihre Antwort ausführlich.
Über einer festen Metallplatte M1 ist auf zwei elastischen, isolierenden Puffern P eine bewegliche, leitende Membran M2 befestigt. Der aus M1 und M2 gebildete Kondensator ist über einen Widerstand  eine Gleichspannungsquelle mit  angeschlossen. Der Flächeninhalt der Kondensatorplatten beträgt  , der Plattenabstand  . |  |
a) Berechnen Sie die Ladung Q0 des Kondensators. b) Die Membran wird um
auf den Kondensator fließt. | |
nach unten bewegt. Zeigen Sie, dass dadurch die zusätzliche Ladung
wird M2 um 
nach unten bewegt. Berechnen Sie mithilfe von Teilaufgabe b die mittlere Stärke des Ladestroms während der Zeit 
und die mittlere Spannung U12 zwischen den Anschlusspunkten 1 und 2.| In der Schaltung zeigen die beiden Strommesser die Ströme durch die Widerstände an, I1 ist kleiner als I2. Der Schalter ist geschlossen und überbrückt den Kondensator. Wie lange dauert es nach dem Öffnen des Schalters, bis die beiden Stromstärken I1 und I2 gleich groß sind? |  |