Strom für einen Moment
Schaltet man einen Kondensator an eine Quelle, fließt nur kurz ein Strom. Danach bleibt der Strom null, obwohl die Quelle angeschlossen ist.
- Laden:Strom fließt, bis der Kondensator dieselbe Spannung hat wie die Quelle.
- Entladen:verbindet man die beiden Platten über ein Gerät, fließt die Ladung zurück – in umgekehrter Richtung.
- Immer schwächer:zu Beginn ist der Strom am größten, dann wird er schnell kleiner – eine Lampe blitzt kurz auf und wird dunkler.
Laden und Entladen: Es fließt nur kurz ein Strom, der schnell kleiner wird; beim Entladen fließt er in umgekehrter Richtung.
Ladung und Spannung messen
Wie viel Ladung ein Kondensator aufnimmt, klärt ein Experiment: Man lädt ihn bei verschiedenen Spannungen und misst jedes Mal die gespeicherte Ladung.
- Frage:Wie hängt die Ladung \(Q\) auf dem Kondensator von der Spannung \(U\) ab?
- Aufbau:Netzgerät mit einstellbarer Spannung, Kondensator, Umschalter, eine Lampe und ein Messverstärker, der als Ladungsmessgerät die Ladung anzeigt, die beim Entladen durch ihn fließt.
- 1. Laden:Schalter auf „Laden“ – der Kondensator lädt sich auf, bis er die Spannung \(U\) des Netzgeräts hat.
- 2. Messen:Schalter auf „Messen“ – der Kondensator entlädt sich über Lampe und Messverstärker: Die Lampe blitzt kurz auf, der Messverstärker zeigt die Ladung \(Q\) an.
- 3. Wiederholen:dasselbe bei 2 V, 4 V, … 10 V; jedes Wertepaar in Tabelle und Q-U-Diagramm eintragen.
Führe die Messreihe selbst durch: Spannung einstellen, laden, messen – danach dasselbe mit dem zweiten Kondensator.
| U in V | Q in nC · Nr. 1 | Q in nC · Nr. 2 |
|---|
Die Messwerte schwanken leicht wie bei einer echten Messung. „Gerade zeigen“ legt durch die Messpunkte jedes Kondensators eine Gerade durch den Ursprung.
- Beobachtung:doppelte Spannung, doppelte Ladung – die Messpunkte liegen auf einer Geraden durch den Ursprung.
- Lampe:je höher die Spannung, desto heller blitzt sie auf – es fließt mehr Ladung. Wie viel genau, zeigt erst der Messverstärker.
- Proportionalität:die Ladung ist proportional zur Spannung: \(Q\sim U\).
- Kondensator Nr. 2:auch hier gilt \(Q\sim U\), aber die Gerade ist flacher – er speichert bei gleicher Spannung weniger Ladung.
Q-U-Experiment: Die Ladung eines Kondensators ist proportional zur Spannung: \(Q\sim U\).
Die Q-U-Gerade lesen
Das Q-U-Diagramm fasst die ganze Messreihe in einem Bild zusammen.
- Ursprungsgerade:ohne Spannung keine Ladung; doppelte Spannung, doppelte Ladung – das bedeutet \(Q\sim U\).
- Steigung:sie gibt an, wie viel Ladung pro Volt gespeichert wird; für einen Kondensator ist sie fest.
- Vergleich:eine steilere Gerade gehört zu einem Kondensator, der bei gleicher Spannung mehr Ladung speichert.
- Ablesen:zu jeder Spannung lässt sich die Ladung an der Geraden ablesen – auch zwischen den Messpunkten.
Q-U-Diagramm: Ursprungsgerade, also \(Q\sim U\). Die Steigung gibt die Ladung pro Volt an und ist für jeden Kondensator fest.
Allgemeine Hinweise
Strom fließt nur kurz
Beim Laden und Entladen fließt nur so lange Strom, bis der Kondensator voll oder leer ist. Danach ist der Strom null, obwohl die Quelle angeschlossen bleibt.
Lampe zeigt, Messverstärker misst
Die Lampe zeigt nur, dass Ladung fließt. Wie viel genau geflossen ist, misst erst der Messverstärker.
Messpunkte schwanken
Echte Messwerte liegen nie genau auf einer Geraden. Die Ausgleichsgerade geht trotzdem durch den Ursprung, weil ohne Spannung keine Ladung gespeichert ist.