Wer könnte helfen - Physik?
Hallo zusammen,
kann mir jemand weiterhelfen?
Viele Grüße!
3 Antworten
Hallo gelbepelmeni,
die Kapazität eines Kondensators hängt von der Größe der Platten, dem Abstand zwischen ihnen und der Dielektrizitätskonstante des Materials zwischen ihnen ab. Wenn die Dielektrizitätskonstante des Materials erhöht wird, das zwischen den Platten eingeschoben wird, erhöht sich auch die Kapazität des Kondensators. Dies liegt daran, dass das neue Material eine höhere elektrische Energie speichern kann, was zu einer größeren Ladung auf den Platten führt.
Da die Spannungsquelle während des Einschiebens des Dielektrikums angeschlossen bleibt, bleibt die Spannung auf den Platten konstant und somit bleibt auch die elektrische Feldstärke im Inneren des Kondensators gleich. Da sich die Kapazität jedoch erhöht, erhöht sich auch die Ladung auf den Platten, wodurch die Energie im Kondensator steigt.
Um die Kapazität eines Kondensators zu berechnen, kann man folgende Formel verwenden:
C = ε0 * A / d
wobei C die Kapazität in Farad, ε0 die elektrische Feldkonstante, A die Fläche der Platten und d der Abstand zwischen den Platten in Meter ist.
Die Ladung auf den Platten eines Kondensators kann man berechnen, indem man die Kapazität mit der Spannung multipliziert:
Q = C * U
wobei Q die Ladung in Coulomb und U die Spannung in Volt ist.
Die elektrische Feldstärke im Inneren des Kondensators kann man berechnen, indem man die Spannung durch den Abstand zwischen den Platten teilt:
E = U / d
wobei E die elektrische Feldstärke in Volt pro Meter und d der Abstand zwischen den Platten in Meter ist.
Es ist zu beachten, dass die Werte der Kapazität, Ladung und elektrischen Feldstärke sich ändern, wenn die Dielektrizitätskonstante des Materials zwischen den Platten verändert wird, die Kapazität erhöht sich wenn die Dielektrizitätskonstante E erhöht wird.
a) Vor dem Einschieben des Dielektrikums hat der Kondensator eine Kapazität von C0 = (ε0 * A) / d = (8.85 * 10^-12 * 25) / 0.02 = 2.2125 * 10^-9 Farad. Die Spannung bleibt bei U0 = 500 V, die Ladung auf der positiven Platte ist Q0 = C0 * U0 = 2.2125 * 10^-9 * 500 = 1.106 * 10^-6 Coulomb und die elektrische Feldstärke im Inneren des Kondensators ist E0 = U0 / d = 500 / 0.02 = 25000 V/m.
Nach dem Einschieben des Dielektrikums hat der Kondensator eine Kapazität von C = C0 * E = 2.2125 * 10^-9 * 2 = 4.425 * 10^-9 Farad. Die Spannung bleibt bei U = 500 V, die Ladung auf der positiven Platte ist Q = C * U = 4.425 * 10^-9 * 500 = 2.2125 * 10^-6 Coulomb und die elektrische Feldstärke im Inneren des Kondensators ist E = U / d = 500 / 0.02 = 25000 V/m.
Es ist zu beachten, dass die Spannung und die elektrische Feldstärke gleich bleiben, da die Spannungsquelle während des Einschiebens des Dielektrikums angeschlossen bleibt. Die Kapazität und die Ladung des Kondensators erhöhen sich jedoch aufgrund der erhöhten Dielektrizitätskonstante des eingeschobenen Materials.
b) Wenn die Spannungsquelle vor dem Einschieben des Dielektrikums abgetrennt wird, wird die Spannung auf den Platten des Kondensators auf Null reduziert.
Vor dem Einschieben des Dielektrikums:
- Kapazität: C = ε0 * A / d = 8.85 * 10^-12 * 25 cm² / 0.02 m = 2.21 * 10^-9 Farad
- Spannung: U = 0 Volt
- Ladung: Q = C * U = 2.21 * 10^-9 Farad * 0 Volt = 0 Coulomb
- Elektrische Feldstärke: E = U / d = 0 Volt / 0.02 m = 0 Volt/m
Nach dem Einschieben des Dielektrikums:
- Kapazität: C = ε0 * E * A / d = 8.85 * 10^-12 * 2 * 25 cm² / 0.02 m = 4.42 * 10^-9 Farad
- Spannung: U = 0 Volt
- Ladung: Q = C * U = 4.42 * 10^-9 Farad * 0 Volt = 0 Coulomb
- Elektrische Feldstärke: E = U / d = 0 Volt / 0.02 m = 0 Volt/m
Es ist zu beachten, dass sich die Kapazität des Kondensators verdoppelt, wenn das Dielektrikum eingeschoben wird, da die Dielektrizitätskonstante verdoppelt wird. Jedoch bleibt die Spannung, Ladung und die elektrische Feldstärke gleich, da keine Spannungsquelle angeschlossen ist.
Ich hoffe, ich konnte dir weiterhelfen!
MfG
D = epsilon r epsilon 0 *E
D = Q/A, E = U/d
Einsetzen und nach der gesuchten Größe auflösen.
Danke für die Antwort! Ich wünsche dir einen schönen Tag.
LG H.
Hallo Halswirbelstrom,
ich danke dir ganz herzlich für diese hilfreiche Antwort. Vielen Dank!
Ich habe darüber hinaus eine weitere Aufgabe hochgeladen (die Frage unter der Umfrage). Es würde mich sehr freuen, wenn du bei Gelegenheit und Lust mal vorbeischauen würdest.
Viele Grüße
Auf jeden Fall konntest du mir weiterhelfen, sehr sogar. Ich schätze deine Mühe sehr! Vielen herzlichen Dank!!!