Experimente am Plattenkondensator
Schlagwörter: Plattenkondensator, Kondensator, Ladungen, Spannung, Arbeit im elektrischen Feld
Der Plattenkondensator besteht aus zwei Metallplatten, die parallel zueinander angeordnet sind. Beide Platten sind voneinander isoliert.
Versuch 1
Der Plattenkondensator wird an eine Hochspannungsquelle angeschlossen. Die Kondensatorplatten verbleiben an der Spannungsquelle.
Wenn die Spannung am Netzgerät variiert wird, dann ändert sich auch die Spannung am Messgerät.
Versuch 2
Der Plattenkondensator wird an eine Hochspannungsquelle angeschlossen. Die Kondensatorplatten verbleiben an der Spannungsquelle.
Wenn der Abstand variiert wird, dann ändert sich die Spannung nicht.
WARUM?
Die Kondensatorplatten sind mit der Spannungsquelle verbunden. Wenn der Abstand der Platten vergrößert wird, dann können Ladungen von den Platten abfließen.
Wenn der Abstand der Platten verkleinert wird, dann können Ladungen auf die Platten fließen. Die Spannung bleibt konstant.
Versuch 3
Der Plattenkondensator wird an eine Hochspannungsquelle angeschlossen. Der Kondensator wird geladen und von der Spannungsquelle getrennt. Jetzt wird der Plattenabstand variiert.
Wenn der Abstand variiert wird, dann ändert sich die Spannung.
WARUM?
Nachdem die Kondensatorplatten von der Spannungsquelle getrennt sind, können keine Ladungen mehr auf die Platten gelangen oder abfließen.
Q = konstant
Wenn der Plattenabstand vergrößert wird, dann wird an den Ladungen Transportarbeit gegen das elektrische Feld verrichtet. Damit erhöht sich die Energie des Systems. Die Spannung steigt.
Wirkt eine Kraft F längs eines Weges d, so wird Arbeit W verrichtet.
Die Transportarbeit W ist zur Ladung Q proportional.
{\large\frac{W}{Q}=\text{konstant} }
{\large\begin{array}{l}W=F\cdot d\\\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,F=E\cdot Q\\W=E\cdot Q\cdot d\end{array} }
{\large U=\frac{W}{Q}=\frac{E\cdot Q\cdot d}{Q}=E\cdot d }
Feldkräfte verrichten an der Ladung Q zwischen zwei Punkten die Transportarbeit W.
Die elektrische Spannung U zwischen diesen Punkten ist der Quotient aus Arbeit W und Ladung Q.
{\large \left[ U \right]=1\,\frac{Nm}{C}=1\,\frac{kg\,\,m\,\,m}{{{s}^{2}}\,\,A\,s}=1\,\frac{J}{As}=1\,\frac{Ws}{As}=1\,\frac{VA}{A}=1\,V }