Bleibt Energie und Ladung nach Entfernen des Dielektrikums enthalten?

1 Antwort

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Das Entfernen des Dielektrikums hat keine Auswirkung auf die Ladung. Das Dielektrikum ist ja nicht leitend, die Gesamtladung ist also auf den Platten gefangen, sie kann nicht weg (wenn der Stromkreis getrennt ist). Das einzige, was passieren kann (und passieren wird), dass sich die Ladung umverteilt.

Daher musst du bei der c) die Gesamtladung berücksichtigen, die der Aufbau beim Aufladen der Kondensatoren hatte.

Was sich jedoch ändert, ist die Energie. Denn die Energie ist auch mit im Dielektrikum "gespeichert" (z.B. in der Ausrichtung der Atome). Nimmst du das Dielektrikum weg, verschwindet ein Teil der Energie. Leider hänge ich gerade total, ob sich die Spannung ändert... Laut deiner Rechnung ja anscheinend nicht, aber die physikalische Begründung fehlt mir gerade.

Etwas ähnliches wie diesen Fall hast du übrigens, wenn bei einem Plattenkondensator nach Aufladen der Abstand verändert wird: Auch da bleibt die Ladung gleich, aber durch die Änderung der Kapazität ändern sich Spannung und Energie. Dass sich die Energie ändert, lässt sich dabei so erklären, dass dann eine Arbeit wirkt: Entweder wird Ladung getrennt oder die Trennung "verkleinert".

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Studium Elektrotechnik und Informationstechnik, Hobbybastler

Commodore64  16.05.2023, 22:08
Leider hänge ich gerade total, ob sich die Spannung ändert...

Ja, die Spannung ändert sich, genauer gesagt Energie und Spannung.

Wenn man die Platten zusammen drückt oder auseinander zieht, dann braucht man dazu mechanische Kraft. Zieht man auseinander wandelt man die mechanische Kraft in elektrische Energie um die dann "plötzlich" als Energie im Kondensator steckt. Umgekehrt ziehen sich die Platten an. Lässt man die sich zueinander ziehen kann man da mechanische Energie ableiten. Die elektrische Energie wird dann in mechanische umgewandelt.

Das Ändern des Dielektrikums bewirkt das selbe. Um das hinein zu stecken oder zu entfernen ist auch wieder mechanische Energie im Spiel.

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Kelec  16.05.2023, 21:39

Die Spannung ändert sich wenn sich die Kapazität ändert.

Sieht man zB wenn man einen Kondensator lädt und dessen Kapazität ändert.

Fürs Laden gilt ja Q=C1*U1 da die Ladung gleich bleibt muss beim ändern der Kapazität gelten:

Q=C2*U2 = C1*U1 und damit U2/U1 = C2/C1

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Jensek81 
Beitragsersteller
 16.05.2023, 21:48
@Kelec

Danke für die Antwort. Also müsste bei der Spannung dann nicht eigentlich 1/2 ((25,8*10-3 C)/ 60 µF+ 60 µF + 95 µF.)² statt 1/2 ((25,8*10-3 C)/ 60 µF+ 60 µF + 60 µF.)² gerechnet werden? Ich verstehe jetzt dass bei der c) das Entfernen des Dieelektrikums sich nicht auf die Ladung auswirkt und man deshalb weiterhin mit 95 µF rechnet. Aber bei der d) sind wir jetzt bei der Energie. Und da rechnen wir ja 1/2 Q/C². Und da nehmen wir jetzt für C im Nenner wieder nur die 60 µF für das C, weil sich die Energie geändert hat?

Weil C steht ja eigentlich für Kapazität und nicht für Energie. Trotzdem wird bei der Teilaufgabe c) bei Q3 = C3 * U die 95 für die Kapazität herangezogen und bei der d) bei 1/2 * Q/C² dann für die Berechnung der Kapazität nur noch die 60.

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Kelec  16.05.2023, 22:04
@Jensek81

Wieso sollte man bei Aufgabe c mit 95uF weiter rechnen?

die Kapazität ändert sich beim entfernen des Dielektrikums.

Die Gesamtkapazität ist mit Dielektrikum 2*60uF + 95uF = 215uF und ohne Dielektrikum ist sie 3*60uF = 180uF

Aus diesem Grund steigt auch die Spannung.

Q ist nicht die Kapazität sondern die Ladung.

Du rechnest also zunächst die Ladung in der Anordnung mit Dielektrikum also Q = (60uF + 60uF +95uF)*U1 und jetzt entfernst du das Dielektrikum wobei Q ja gleich bleibt.

Die neue Kapazität ist also 60uF+60uF+60uF das führt zur neune Spannung U2 = (60uF + 60uF +95uF)/(3*60uF) * U1 und damit zur neuen Ladung in den Kondensatoren von Q1 = Q2 = Q3 = U2*60uF also (2*60uF+95uF)/(2*60uF)*U1

Also man rechnet hier im Grunde mit 2 unterschiedlichen Kapazitäten für C3 weil sich diese ja ändert.

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Jensek81 
Beitragsersteller
 16.05.2023, 22:52
@Kelec

Danke für die Antwort. Also ist "QGes = Q1 + Q2 + Q3 = 7,2 * 10^-3 C + 7,2 * 10^-3 C + 0,0114 C = 25,8 * 10^-3 C. => QGes = 25,8*10^-3 / 3 = 8,6 * 10^-3 " totaler Quatsch?

Ich verstehe dass man (60uF + 60uF +95uF)*120 rechnen soll. Da kommt man auf 0,0258.

Jetzt zu der neuen Spannung. Diese ist U2 = Q/C. Q ist (60uF + 60uF +95uF), weil das ja gleich bleibt. Wieso steht dann im Nenner bei C: (3*60 uF)* U1.

C ist doch Q/U und nicht (C+C+C)*U ?

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Jensek81 
Beitragsersteller
 16.05.2023, 23:20
@Kelec

bzw. Du rechnest ja dann U2 = Q_neu / Q_alt * U1. Wie kommst du auf diese Formel?

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Kelec  16.05.2023, 23:39
@Jensek81

Nicht Q_neu/Q_alt sonder C_neu/C_alt. Unterscheide bitte strikt zwischen Ladung und Kapazität.

Q=C2*U2 = C1*U1 und damit U2/U1 = C2/C1

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Kelec  16.05.2023, 23:49
@Jensek81
Also ist "QGes = Q1 + Q2 + Q3 = 7,2 * 10^-3 C + 7,2 * 10^-3 C + 0,0114 C = 25,8 * 10^-3 C

Nein das stimmt schon. 60uF*120V = 60*120*10^-6 = 7.2*10^-3C

Und 95uF*120V = 0.0114C

Alle zusammen ergeben also 0.0258

Ich verstehe dass man (60uF + 60uF +95uF)*120 rechnen soll. Da kommt man auf 0,0258.

0.0258 ist die selbe Zahl wie 25,8 * 10^-3

QGes = 25,8*10^-3 / 3 = 8,6 * 10^-3 " totaler Quatsch?

Das stimmt so nicht. Da die Kapazität ohne Dielektrikum gleich ist gilt in diesem Fall aber natürlich Q1 = Q2 = Q3 = Qges/3 Das ergibt sich auch aus meiner Rechnung.

Q ist (60uF + 60uF +95uF)

Nein das ist C...

C ist doch Q/U und nicht (C+C+C)*U ?

Ja richtig aber Q = (C+C+C)*U

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