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Blitzgerät einer Kamera
AFB IDas Blitzgerät einer Kamera braucht für den Lichtblitz in wenigen Millisekunden sehr viel Ladung — mehr, als die kleine Batterie so schnell liefern kann. Deshalb wird vorher ein Kondensator aufgeladen, der die Ladung zwischenspeichert (Material M1). Der eingebaute Kondensator hat die Kapazität \(C = 330\,\mu\mathrm F\) und wird auf die Spannung \(U = 300\,\mathrm V\) aufgeladen. Die Ladeschaltung liefert dabei einen konstanten Strom von \(I = 25\,\mathrm{mA}\).
M1Schaltskizze des Blitzgeräts
Die Ladeschaltung verschiebt Elektronen von der oberen auf die untere Platte. Erst beim Auslösen entlädt sich der Kondensator über die Blitzröhre.
- Geben Sie die Definitionsgleichung der Kapazität an und nennen Sie alle darin auftretenden Größen mit ihren Einheiten. Erläutern Sie, was der Zahlenwert „330 µF“ über den Kondensator aussagt.
- Berechnen Sie die Ladung, die der aufgeladene Kondensator auf einer Platte trägt, sowie die Anzahl der Elektronen, die beim Aufladen von der einen Platte zur anderen verschoben wurden.
- Berechnen Sie die Zeit, die die Ladeschaltung zum vollständigen Aufladen benötigt.
- Begründen Sie, dass der aufgeladene Kondensator trotz der gespeicherten Ladung nach außen hin elektrisch neutral ist.
Hinweis zu Aufgabe a)
Die Kapazität verknüpft die gespeicherte Ladung mit der anliegenden Spannung — beides sind Größen, die du aus 1.1.1 und 1.2.1 kennst. Denk bei der Einheit an die Vorsätze: \(1\,\mu\mathrm F = 10^{-6}\,\mathrm F\).„Geben Sie an“ und „Nennen“ verlangen keine Herleitung — Gleichung, Größen und Einheiten genügen; das „Erläutern“ verlangt aber einen ausformulierten Satz zur Bedeutung.
Hinweis zu Aufgabe b)
Stelle die Definitionsgleichung nach \(Q\) um. Für die Elektronenzahl teilst du die Ladung durch die Elementarladung \(e = 1{,}6\cdot 10^{-19}\,\mathrm C\).
Hinweis zu Aufgabe c)
Bei konstantem Strom gilt \(Q = I\cdot t\) (Kapitel 1.1.2). Rechne den Strom in Ampere um: \(25\,\mathrm{mA} = 0{,}025\,\mathrm A\).
Hinweis zu Aufgabe d)
Überlege, wo die Ladung, die auf der einen Platte fehlt, geblieben ist. Die Ladeschaltung erzeugt keine Ladung — sie verschiebt sie nur.„Begründen“ heißt: auf ein Gesetz zurückführen — hier auf die Ladungserhaltung aus 1.1.1.
