Repetitionen Elektrisches Feld

Werbung
TG
14
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD
Kapitel 14
Repetitionen
Elektrisches Feld
Verfasser:
Hans-Rudolf Niederberger
Elektroingenieur FH/HTL
Vordergut 1, 8772 Nidfurn
055 - 654 12 87
Ausgabe:
November 2009
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
1
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Leiten Sie die Kapazitätsgleichung aus der Serie- bzw. Parallelewiderstandsgleichung ab!
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
2
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Drei Kondensatoren werden Serie geschaltet.
Berechnen Sie die Gesamtkapazität, wenn C1=1µF; C2=4µF; C3=8µF
beträgt!
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
3
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Drei Kondensatoren von C1=1µF; C2=4µF und C3=8µF sind parallel
zu schalten.
a) Zeichnen Sie die Schaltung auf und bezeichnen Sie alle Grössen!
b) Berechnen Sie die Gesamtkapazität!
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
4
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
In einer Schaltung benötigt man eine Kapazität von CTot=3µF. Zur
Verfügung stehen je ein Kondensator von C1=2µF; C2=4µF und
C3=6µF.
Wie sind die drei Kondensatoren zuzsammengeschaltet?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
5
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Berechnen Sie die Kapazität eines Kondensators, der bei einer
Spannung von 220V eine Ladung von 0,05As (Coulomb) aufnimmt!
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
6
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Wie gross ist die Ladung eines Kondensators mit der Kapazität 70µF,
wenn er an eine Spannung von 380V gelegt wird?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
7
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ein Photo - Blitzlichtgerät hat einen Kondensator von 50µF eingebaut, der auf 1500V aufgeladen wird.
a) Berechnen Sie den mittleren Entladestrom für die Blitzdauer von
0.5ms!
b) Wie gross ist der Entladewiderstand?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
8
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Beim Anschluss eines Kondensators an eine Spannung von 100 V;
100 Hz, fliesst ein Strom von 1,2 A.
Bestimmen Sie die Kapazität C in µF des Kondensators!
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
9
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Berechnen Sie den kapazitiven Blindwiderstand und den Strom bei
einem Kondensator von C=75µF welcher an 380V bei 5OHz angeschlossen ist!
www.ibn.ch
42,44Ω
8,593 A
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
10
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Bestimmen Sie
a) die Frequenz, bei der ein Kondensator von 30µF einen kapazitiven
Blindwiderstand von 90Ω aufweist!
b) den Widerstand des Kondensators an Gleichspannung?
www.ibn.ch
58,95Hz
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
11
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Einem Kompensationskondensator von 60µF ist zur Entladung ein
Widerstand von 1MΩ parallel geschaltet.
Berechnen Sie die Entladezeit!
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
12
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
In der gegebenen Schaltung betragen alle Kondensatoren je 1µF.
Berechnen Sie die Gesamtkapazität!
C2
C3
C4
C1
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
13
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
In der gegebenen Schaltung betragen alle Kondensatoren je 1µF.
Berechnen Sie die Gesamtkapazität!
C1
C2
C4
C3
C5
C6
C7
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
14
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ein 45µF-Kondensator wird an 230V/50Hz angeschlossen.
Berechnen Sie
a) den kapazitiven Widerstand
b) den Strom.
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
15
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Welche Kapazität hat ein Kondensator, wenn bei 400V/50Hz der
Strom 1,8 A beträgt?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
16
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ein Kondensator soll am 50Hz-Netz den Blindwiderstand 35Ω haben.
Welche Kapazität ist erforderlich?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
17
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
In einer Versuchsschaltung werden bei einem 5µF Kondensator gemessen: U=48V; I=0,18A.
a) Wie gross ist der Blindwiderstand des Kondensators?
b) Wie hoch ist die Frequenz der angelegten Wechselspannung?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
18
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Drei Kondensatoren von 6µF, 9µF und 18µF sind
a) in Serie
b) parallel geschaltet.
Berechnen Sie die Gesamtkapazität für beide Schaltungen.
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
19
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Zwei in Serie geschaltete Kondensatoren haben eine Gesamtkapazität von 2,1µF. Der eine Kondensator hat 3µF.
Wie gross ist die Kapazität des zweiten Kondensators?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
20
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Eine Serieschaltung von zwei 5µF-Kondensatoren ist parallel zu einem 10pF-Kondensator geschaltet.
Wie gross ist die Gesamtkapazität?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
21
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Zünden einer Glimmlampe
Zum Zünden einer Glimmlampe wird eine elektrische Feldstärke von
58 kV / m benötigt. Die beiden Elektroden stehen in einem Abstand
von 2 ,5 mm .
145V
Welche Zündspannung ist erforderlich ?
Lösung:
U = E ⋅ l = 58
www.ibn.ch
kV
⋅ 2 ,5 ⋅ 10−3 m = 0 ,145 kV = 145 V
m
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
22
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Serielle Keramikkondensatoren
Zu einem Keramikkondensator mit C1 = 56 pF ist ein zweiter Kondensator mit C2 = 100 pF in Reihe geschaltet.
33 ,25 pF
Berechnen Sie die Ersatzkapazität.
Lösung:
C=
www.ibn.ch
C1 ⋅ C 2
46 pF ⋅ 120 pF
=
= 33,25 pF
C1 + C 2 46 pF + 120 pF
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
23
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Parallele Kondensatoren an Gleichspannung
Zwei Kondensatoren (C1 = 22 µF, C2 = 33 µF) sind parallel geschaltet. Sie werden über einen Widerstand R = 820 Ω an 42 V Gleichspannung angeschlossen.
55 µF
0 ,12 s
a) Wie gross ist die Ersatzkapazität der beiden Kondensatoren ?
b) Nach welcher Zeit sind die Kondensatoren aufgeladen?
Lösung:
a) C = C1 + C 2 = 22 µF + 33 µF = 55 ⋅ µF
b) τ = R ⋅ C = 820 Ω ⋅ 55 µF = 45,1 ms
t C = 5 ⋅ τ = 5 ⋅ 45 ,1 ms = 0 ,23 s
Die Kondensatoren sind nach t = 0,23 s aufgeladen.
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
24
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Gemischte Schaltung
Berechnen Sie die fehlenden Werte der gegebenen Schaltung: Q4 ,
QT , U 2 , U 3 , C1 , C3 , CT , Q1 , Q2 !
Tragen Sie alle Resultate in der Schaltung ein.
U
Bild 3.1.3
C1
Gegeben:
C2
C4
www.ibn.ch
C3
U = 100V
U1 = 25V
C2 = 10 µF
Q3 = 100 µC
C4 = 20 µF
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
25
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Rauchgasfilter
In einer Kehrichtverbrennungsanlage befindet sich ein aktives Filter
in Form eines Kondensators.
-11
Ein geladenes Staubteilchen mit einer Masse von 1,5·10 kg
schwebt im Feld eines Plattenkondensators, an dem eine Spannung
von 30 kV angelegt wird. Die Platten sind horizontal in einem Abstand
von 500 mm angeordnet.
Berechnen Sie die Ladung des Staubteilchens
E=
Elektrofilter
Das aus dem Kessel austretende
Rauchgas wird in einigen Anlagen
zunächst im Elektrofilter entstaubt.
Bei der elektrischen Staubabscheidung werden Staubteilchen
mit Hilfe von Sprühelektroden im
Gasstrom negativ aufgeladen und
auf gegenüberliegenden Niederschlagsanoden abgeschieden.
Zwischen Sprüh- und Niederschlagselektroden wird eine
Gleichspannung in Höhe von 30
bis 80 kV angelegt. Entscheidend
für die Abscheidung ist der spezifische Widerstand des geladenen
Staubes.
U
30'000V
V
=
= 60'000
0,5 m
d
m
F
m⋅ g
Q= =
=
E
E
1,5 ⋅10 −11 kg ⋅ 9,81
60'000
V
m
m
s 2 = 2,453 ⋅10 −15 As
Die dafür notwendige gleichgerichtete Hochspannung wird von der
Spannungsumsetzanlage erzeugt.
Diese besteht normalerweise aus
einem Hochspannungstrafo, der
die Netzspannung auf etwa 80 kV
bis 100 kV (Leerlauf) hochsetzt,
und einem Gleichrichter auf der
Hochspannungsseite. Als Stellglied
ist ein Thyristorsteller mit zwei
antiparallel geschalteten Thyristoren in den Primärkreis geschaltet.
Ein Nachteil dieser Art der Spannungsversorgung ist die Restwelligkeit – die Plattenanordnung der
EGR ist mit einem Kondensator
vergleichbar – so dass im Kurvenverlauf nicht immer die maximale
Spannung ansteht.
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
26
RE
1.321
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Elektroden
Zwischen den Elektroden von 240mm Abstand herrscht eine Spannung von 32kV .
133, 3 kV / m
Berechnen Sie die elektrische Feldstärke!
E=
www.ibn.ch
U
32'000V
kV
=
= 133, 3
0,24 m
d
m
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
27
RE
1.322
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Mikanitscheibe
Eine 4,2mm dicke Mikanitscheibe wird bei 105 kV Spannung durch-
schlagen.
25 kV / mm
Anlegethermostat
Wie gross ist die Durchschlagfestigkeit des Mikanitstücks?
E=
www.ibn.ch
U 105'000V
kV
=
= 25'000
0,0042 m
d
m
MIKANIT ist ein Glimmerpapier, welches mit einem hitzebeständigen Bindemittel imprägniert und dann in mehreren Lagen unter Hitze und hohem
Druck zu Platten verpresst wird.
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
28
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Steatit
Die Durchschlagfestigkeit von Steatit sei 19,5 kV / mm .
24,18kV
RE
1.323
Bei welcher Spannung wird eine 1,24mm dickes Steatitteilchen durchschlagen?
U = d ⋅ E = 1.24mm ⋅19,5
kV
= 24,18kV
mm
Steatit
Speckstein (Steatit, Lavezstein,
Seifenstein) ist ein natürlich vorkommender, massig oder schiefrig
auftretender chemischer Stoff, der
je nach Zusammensetzung als
Mineral oder als Gestein gilt.
Sein Hauptbestandteil ist Talk und
macht den Speckstein in reiner
Form zu einem Mineral. In vielen
Lagerstätten treten begleitende
Minerale hinzu und haben so eine
farbgebende und strukturprägende
Wirkung. In diesem Fall spricht
man von einem Gestein. Häufig
auftretende Sekundärbestandteile
sind Magnesit, Serpentine und
verschiedene Chlorite. Es gibt
Übergangsformen zu Talkschiefer,
Talkfels, Grünschiefer und Chloritschiefer.
Speckstein war aufgrund seiner
geringen Härte (Mohshärte = 1)
und damit leichten Bearbeitbarkeit
bereits im Alten Orient, Ägypten,
China und Skandinavien ein beliebter Natur- und Werkstein, der
überwiegend zu Siegeln, Skulpturen und verschiedenen Haushaltsgegenständen wie Behältern und
Kochgeschirr verarbeitet wurde.
Warmgerätekupplung
DIN 49 491 mit Steatit-Vorsatz,
Gehäuse: Duroplast, 10 A, 250 V~,
weiß
Hochvolt-HalogenFassung Steatit
Die hitzebeständige zweipolige
Anschlussklemmme, bestehend
aus Steatit-Sockel und EdelstahlMetallteilen für Leitungen mit maximal 2,5 mm² Dahtquerschnitt
eignen sich für die Verkabelung
der Nickellitzen und Thermo- oder
Ausgleichsleitungen.
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
29
RE
1.324
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Kathodenstrahloszilloskop
Die Elektronen befinden sich in einem elektrischen Feld mit der Feldstärke 5 kV / cm .
Mit welcher Kraft wirkt das elektrische Feld auf das Elektron ein?
(Ladung des Elektrons 1,602 ⋅ 10 −19 As )
24,18kV
KO
Oszilloskop
Ein Oszilloskop (auch Scope oder
Oszi) ist ein elektronisches Messgerät zur optischen Darstellung
einer oder mehrerer elektrischer
Spannungen und deren zeitlichen
Verlauf auf einem Bildschirm. Das
Oszilloskop stellt dabei einen Verlaufsgraphen in einem zweidimensionalen Koordinatensystem dar,
wobei üblicherweise die (horizontale) X-Achse (Abszisse) die Zeitachse ist und die anzuzeigenden
Spannungen auf der (vertikalen) YAchse (Ordinate) abgebildet werden. Das so entstehende Bild wird
als Oszillogramm bezeichnet.
Ein Kathodenstrahlröhrenbildschirm ist ein Bildschirm, der auf
der Kathodenstrahlröhre von
Ferdinand Braun
(Braunsche Röhre) basiert.
In Farbmonitoren bzw. Farbfernsehgeräten befindet sich als wichtigstes Bauteil die Kathodenstrahlröhre. Durch Glühemission aus
geheizten Glühkathoden mit anschließender elektrostatischer
Fokussierung werden drei Elektronenstrahlen erzeugt, die auf der
Leuchtschicht einen mehr oder
minder hellen Leuchtfleck durch
Fluoreszenz erzeugen.
Die jeweiligen Frequenzen, mit der
die beiden Magnetfelder die Ablenkung des Strahles in waagerechter (horizontaler) und senkrechter (vertikaler) Richtung durchführen (=Zeilenfrequenz und Bildwiederholfrequenz), sowie der
Pixeltakt (auch bekannt als Videobandbreite und bei PC-Monitoren
als RAMDAC-Frequenz) bestimmen die Eigenschaften des Rasters: Anzahl der Zeilen bzw. Pixel,
Seitenverhältnis der Pixel und wie
oft pro Zeit ein Pixel von neuem
zum Leuchten angeregt wird.
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
30
RE
1.325
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ladung eines Ions
Wie gross ist die Ladung eines Ions, das in einem Feld mit der Feldstärke 0,4 kV / mm einer Kraft von 0,9612 ⋅ 10 −18 N ausgesetzt ist?
(Elementarladung des Elektrons 1,602 ⋅ 10 −19 As )
2,403 ⋅10 −24 C
Elektrisches Feld
Der Raum zwischen zwei ungleich
geladenen Objekten wird elektrisches Feld genannt. In dem Raum
wird durch eine elektrische Ladung
auf eine andere Ladung eine Kraft
ausgeübt.
Die Stärke und Richtung des elektrischen Feldes wird durch Feldlinien (Pfeile) dargestellt. Die Richtung der Feldlinien verläuft von
Plus nach Minus. Die Richtung der
Feldlinien bestimmen die Kräfte,
die im elektrischen Feld auf Objekte wirken. Auf diese Weise lassen
sich auch Körper und Ladungen
örtlich verändern.
Die elektrische Ladung, die das
elektrische Feld erzeugt, wird z. B.
von einer elektrischen Spannung
erzeugt. Dieses Prinzip wird im
Kondensator angewendet.
Durchschlagfestigkeit
Ist die elektrische Ladung zu groß
oder der Abstand zu klein, dann
findet ein Ladungsaustausch statt.
Die dabei frei werdende Energie,
kann sehr groß sein. Der Ladungsaustausch macht sich durch einen
Knall und einen Lichtbogen bemerkbar.
Zwischen zwei Ladungen können
unterschiedliche Stoffe den Ladungsaustausch verhindern. Die
Feldstärke, den diese Stoffe aushalten, bis sie durchschlagen,
nennt man Durchschlagsfestigkeit.
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
31
Ladung eines Ions
RE
1.326
Welche Kraft wirkt auf ein geladenes Staubteilchen ( 3,2 ⋅ 10 −12 C ) in einem elektrischen Feld von 6,5 kV / cm ?
www.ibn.ch
2,08 ⋅ 10 −6 N
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
32
RE
1.327
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Energiedichte des elektrischen Feldes
Wie gross ist die Energiedichte eines elektrischen Feldes, wenn die
Feldstärke 120 kV / cm und die Dielektrizitätszahl 6 ist?
3823J / m 3
Energiedichte
Von großem praktischem Interesse
ist die Energiedichte bei den in der
Technik verwendeten Energiespeichern wie Kraftstoffen und Batterien. Insbesondere im Fahrzeugbau ist die Energiedichte des verwendeten Energiespeichers entscheidend für die erzielbare
Reichweite.
W =
C ⋅U 2
2
[J ]
Energie im
Kondensator
C=
ε0 ⋅εr ⋅ A
 As
V 
 
d
Kapazität des
Kondensators
ε 0 = 8,85 ⋅ 10 −12
As
Vm
Batterie
Energiespeicher der Zukunft
Energiespeicher Wasserstoff
Akkumulatoren
Thermische Energie kann mittels chemischer Reaktionen
gespeichert werden. Dem Laien wesentlich geläufiger ist
jedoch die Speicherung elektrischer Energie über chemische Reaktionen, wie sie z.B. beim Auto-Akku stattfindet.
Während eine galvanische Zelle oder eine Batterie (dies ist
die Hintereinanderschaltung mehrerer galvanischer Zellen)
ihre chemische Energie nur einmal in elektrische Energie
wandeln können und dann entsorgt werden müssen, sind
Akkumulatoren wieder aufladbar. Zur Zeit noch am weitesten verbreitet sind die Bleiakkumulatoren, bei denen im
Prinzip zwei Bleiplatten in verdünnte Schwefelsäure getaucht werden. Ein Nachteil der Bleiakkus ist ihre hohes
Gewicht und damit verbunden ihre relativ niedrige Energiedichte bezüglich der Masse. Für spezielle Anwendungen (z.B. Akku für Laptop oder MP3-Player) hat man daher
Akkus mit anderen Elektroden und Elektrolyten entwickelt,
die sich durch eine höhere Energiedichte bezüglich der
Masse bzw. bezüglich des Volumens auszeichnen (Schrift
der Firma Varta)
Am Beispiel von nanoporösen
Elektroden aus dem Metalloxid
MoO3 konnte der Mitteilung zufolge
jetzt gezeigt werden, dass auf
Grund der Schichtgitterstruktur die
kapazitiven Anteile an der Ladungsspeicherung um ein Vielfaches höher sind als bei nichtporösem Material. Gleichzeitig finde der
Auf- und Entladungsvorgang deutlich schneller statt. Solche nanoporösen Systeme repräsentieren
somit eine neue Klasse kapazitiver
Materialien, die sehr vielversprechend sind für die Entwicklung von
Hochleistungs-Energiespeichern
der Zukunft. Leistungsfähigere
Akkus, die schnell nachgeladen
werden können, sind für die
Elektromonbilität, aber auch eine
Vielzahl anderer Anwendungsgebiete von Bedeutung.
Veröffentlichung:
Torsten Brezesinski,
John Wang,
Sarah H. Tolbert &
Bruce Dunn:
Ordered mesoporous alpha-MoO3
with iso-oriented nanocrystalline
walls for thin-film pseudocapacitors. Nature Materials, online veröffentlicht am 10. Januar 2010. (ug)
Bleiakku
Wasser (H2O) ist auf der Erde in Hülle und Fülle vorhanden, es ist ungiftig und die Bindung zwischen den zwei
Wasserstoffatomen (H) und dem Sauerstoffatom (O) sehr
stabil. Wasser kann nur unter Energieaufwand in Wasserstoff und Sauerstoff getrennt werden. Man ist heute der
Meinung, dass der Wasserstoff in der Zukunft einen sehr
wichtigen Energiespeicher darstellen wird.
Die folgende Abbildung zeigt die vielfältigen Möglichkeiten,
bei denen der Energieträger Wasserstoff eingesetzt werden kann.
www.ibn.ch
Lithium-Titanat-Akkumulatoren
Akku der Zukunft
Es wird zeit, dass der gute alte Bleiakku durch energiedichtere Akkus ersetzt
wird.
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
33
RE
1.328
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Energiedichte des elektrischen Feldes
Berechnen Sie die Energiedichte eines elektrischen Feldes von
18 kV / mm !
a) Das Dielektrikum sei Luft
b) und Phenoplast ( ε r = 18) .
1,434kJ / m 3
25,81kJ / m 3
Phenoplast
Phenoplaste sind duroplastische
Kunststoffe auf der Basis von
durch Polykondensation hergestelltem Phenolharz.
Man unterscheidet Pressmassen
und Schichtpressstoffe.
Phenoplaste bestehen aus Phenolharz (einem Kunstharz), das
man durch die Synthese von Phenolen mit Aldehyden erhält[1].
Durch eine elektrophile Substitution werden hier bis zu drei Wasserstoff-Atome des Phenol-Moleküls
durch jeweils eine -CH2-OHGruppe ersetzt. Durch Abspaltung
von Wasser kondensieren diese
polyfunktionellen Phenol-Derivate
zu Vorkondensaten.
ε 0 = 8,85 ⋅ 10 −12
www.ibn.ch
As
Vm
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
34
RE
1.631
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Plattenkondensator
Berechnen Sie die Kapazität eines Plattenkondensators mit 80cm 2
Plattenfläche und einem 0,4mm dicken Glimmer-Dielektrikum ( ε r = 8 )
a) in F ,
b) in µF und
c) in pF .
1,419 ⋅ 10 −9 F
1,419 µF
1419 pF
Plattenkondensator
Ein Kondensator (von lateinisch
condensare ‚verdichten‘) ist ein
passives elektrisches Bauelement
mit der Fähigkeit, elektrische Ladung und damit zusammenhängend Energie zu speichern.
ε 0 = 8,85 ⋅ 10 −12
As
Vm
Auf Ladungen innerhalb eines
elektrischen Feldes wirkt immer
eine elektrische Kraft. Für Elektronen wirkt sie entgegen gesetzt zur
Feldrichtung.
Fliegt ein Elektron im Vakuum nun
senkrecht in ein elektrische Feld
rein, so wirkt eine konstante elektrische Kraft senkrecht zur Flugrichtung. Sie bewirkt eine gleichförmig
Beschleunigung in Y-Richtung,
während sich das Elektron in XRichtung weiterhin gleichförmig
fortbewegt. Die Überlagerung beider Bewegungen führt zur einer
Parabelbahn (vgl. horizontaler
Wurf)
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
35
RE
1.632
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Wickelkondensator
Ein Wickelkondensator beeht aus zwei 25m langen und 50mm breiten
Al-Folien, die durch ein 0,1mm dickes Papier (Dielektrikum) voneinander getrennt sind.
Bestimmen Sie die Kapazität des Kondensators( ε r = 4 )!
0,885 ⋅ 10 −6 F
0,855µF
Wickelkondensator
C=
2⋅ε0 ⋅εr ⋅ A
d
 As
V 
 
Kapazität des
Wickelkondensators
Zwei dünne Aluminiumschichten
werden von einem dünnen Papierstreifen etwa 0,1 mm voneinander
getrennt. Die zwei Schichten gelten
hier als Kondensatorplatten.
Des weiteren benötigt man zur
Hilfe eine Kunststoffolie. Durch
diese läßt sich die Anordnung auf
engstem Raum aufwickeln.
Eine sogenannte Sonderform dieses Kondensators ist der MPKondensator. Auf der Papierisolationsschicht befindet sich eine
dünne Metallschicht z.B. Aluminium. Kommt es beim MPKondensator zu einem Überschlag,
so verbrennt die Metallschicht
(durch den Lichtbogen) stärker als
das Dielektrium. So kann die defekte Stelle isoliert werden. Diesen
Vorgang kann man Selbstheilung
nennen.
ε 0 = 8,85 ⋅ 10 −12
www.ibn.ch
As
Vm
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
36
RE
1.633
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Keramikkondensator
Ein Keramiktrimmer hat eine aktive Fläche von 1,32cm 2 . Eine 0,28mm
dicke Glimmerschicht ( ε r = 4 , ε r = 6 ) dient als Dielektrikum.
Geben Sie die zwei Kapazitäten des Trimm-Kondensators an!
16,66 pF
25 pF
Keramiktrimmer
ε 0 = 8,85 ⋅ 10 −12
C=
As
Vm
ε0 ⋅εr ⋅ A
d
 As
V 
 
Kapazität des
Kondensators
KeramikKondensator
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
37
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Zeikonstante
Einem Kontakt ist ein RC-Glied parallel geschaltet.
RE
1.645
C
0,160 ms
R
RC-Glied
R = 800Ω
C = 0,2 µF
Berechnen Sie die Zeitkonstante des RC-Gliedes!
RC-Kombination
(Breitbandentstörer)
Funkentstörkondensator als
RC-Kombination
(Parallel zum Schaltkontakt)
Der Einsatz eines Kondensators in
Reihe mit einem Widerstand (1) ist
eine höchst wirkungsvolle Methode
zur Erhöhung der Lebensdauer
von Kontakten. Gleichzeitig wird
eine Entstörung erreicht. Selbstheilende Störschutzkondensatoren
aus Metallpapier für Wechsel- und
Gleichstromanwendungen. Reduzieren kurzzeitige Überspannungsspitzen und Hochfrequenzstörungen, die durch die Schaltung reaktiver Lasten verursacht werden.
(1)
(2)
(€ 2,25)
RC-Glied (2) für Leuchtstoff/Energiesparleuchten
Bei induktiven Lasten (z.B. Leuchtstofflampen) parallel zur Last installieren. Dieses RC-Glied muss
im Stromkreis von Leuchtstofflampen oder Energiesparleuchten
zwischengeschaltet werden, um
die dort entstehenden Spannungsspitzen auszugleichen.
Schutzbeschaltung mit
RC-Glied
Parallel zum
Schaltschütz (Spule)
Die Schutzbeschaltung mittels RCGlied ist eine sehr einfache, aber
dennoch sehr wirksame Schaltung.
Diese Schaltung wird auch als
Snubber oder als Boucherot-Glied
bezeichnet. Sie wird überwiegend
zum Schutz von Schaltkontakten
verwendet. Die Reihenschaltung
von Widerstand und Kondensator
bewirkt beim Abschaltvorgang,
dass der Strom in einer gedämpften Schwingung ausklingen
kann.[6] Beim Einschaltvorgang
verhindert der Widerstand, dass
sich die volle Kondensatorladung
über den Schaltkontakt entlädt. Die
Schutzbeschaltung mittels RCGlied ist sehr gut geeignet für
Wechselspannung. Bedingt durch
die Energiespeicherung im Kondensator wird eine HF-Dämpfung
erwirkt. Außerdem kommt es zur
sofortigen Abschaltbegrenzung.
Allerdings muss die Schaltung
genau dimensioniert werden.
R ≈ RL
C=
www.ibn.ch
4⋅L
( RGes ) 2
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
38
RE
1.646
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Kompensationskondensator
Einem Leistungsfaktor-Verbesserungskondensator von 24µF ist ein
Entladewiderstand von 0,5MΩ parallel geschaltet.
Wie lange dauert die Entladung des Kondensators?
60s
KompensationsKondensator
Entladewiderstand
Kondensatoren
eines Netzfilters
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
39
RE
1.637
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ladung am Kondensator
Welche Ladung nimmt ein Kondensator von 2 µF bei 230V Spannung
auf (Wert in µC und mC angeben)?
460 µC
0,46mC
Ladung am
Kondensator
Ein Kondensator (von lateinisch
condensare = verdichten) ist ein
passives elektrisches Bauelement
mit der Fähigkeit, elektrische Ladung und damit zusammenhängend Energie zu speichern.
Q =U ⋅C
[ As ] = [C ]
[C ] = Coulomb
Charles-Augustin de Coulomb
(14 June 1736 – 23 August 1806)
Kondensatoren werden in vielen
elektrischen Anlagen und in nahezu jedem elektronischen Gerät
eingesetzt. Sie realisieren beispielsweise elektrische Energiespeicher, Blindwiderstände oder
frequenzabhängige Widerstände.
Aktives
Bauelement
Aktive Bauelemente zeigen in
irgendeiner Form eine Verstärkerwirkung des Nutzsignals oder erlauben eine Steuerung (z. B. Transistoren, Optokoppler, Relais).
Passives
Bauelement
Passive Bauelemente sind jene,
die keine Verstärkerwirkung zeigen
und keine Steuerungsfunktion
besitzen (z. B. Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten und
Memristoren).
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
40
RE
1.634
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Kapazitätsänderung des Kondensators
Zwei Metallplatten von 120mm /180mm stehen sich parallel in 3mm Ab-
stand gegenüber (Machen Sie eine Skizze).
Wie gross ist die Kapazität dieser Anordnung:
a)
b)
c)
d)
wenn, das Dielektrikum Luft ( ε r = 1 ) ist?
wenn, das Dielektrikum Hartpapier ( ε r = 4 ) ist?
wenn, das Dielektrikum Transformatorenöl ( ε r = 2,3 ) ist?
wenn, das Dielektrikum Wasser ( ε r = 80 ) bei 20°C ist?
Bei einem Isolator können die Elektronen ihr Atom nicht
verlassen. Ist kein äußeres elektrisches Feld vorhanden,
so fällt der Ladungsschwerpunkt der Elektronen in der
Atomhülle und der Ladungssschwerpunkt des positiv geladenen Atomkerns zusammen.
Unter dem Einfluß äußerer Ladungen (also wenn ein elektrisches Feld vorhanden ist), verschieben sich diese Ladungsschwerpunkte. Die leichten Elektronen der Atomhülle
werden von den äußeren positiven Ladungen angezogen,
der schwerere Atomkern ein wenig von den äußeren negativen Ladungen. Die Atome im Isolator werden zu kleinen
elektrischen Dipolen, sie werden polarisiert. Man nennt den
Isolator daher auch ein Dielektrikum. (erinnert an Dipol)
www.ibn.ch
63,72 pF
254,9 pF
146,6 pF
5,097nF
Einfluss des
Dielektrikums im
Kondensator
An den Oberflächen des Dielektrikums entstehen sogenannte Polarisationsladungen. Sie können
Ausgangs- und Endpunkte von
elektrischen Feldlinien sein.
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
41
RE
1.647
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Zeitkonstante
Ein Kondensator mit 24V Gleichspannung und von 6000µF Kapazität
wird über einen Widerstand von 0,1MΩ entladen.
a) Berechnen Sie die Zeitkonstante!
b) Wie lange dauert es, bis die Kondensatorspannung auf 37% gesunken ist?
c) Wie lange dauert die Entladung?
d) Wie lange dauert es bis der Kondensator restlos entladen ist?
600s
596,5s
50 min .
Unendlich
∞
Laden und Entladen
eines Kondensators
τ = R⋅C
Kondensator an
Wechselspannung
ϕ = 90°
Der Strom eilt der
Spannung voraus
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
42
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Schaltungen von Kondensatoren
Drei Kondensatoren von je 12 pF sind zusammengeschaltet.
RE
1.653
4 pF
36 pF
Wie gross ist die Gesamtkapazität:
a) bei Serieschaltung und
b) bei Parallelschaltung?
Anwendungen
Kondensatoren
Parallele
Kondensatoren
Diese Capbank ist für
eine 4000 J Blitzröhre.
Serielle
Kondensatoren
Doppelschicht-Kondensatoren für
Kraftfahrzeug-Anwendungen
Elektrolytkondensatoren sind fast
immer gepolte Bauelemente, die
Anode ist der positive Anschluss.
Sie dürfen nicht mit falscher gepolter Spannung betrieben werden
(Explosionsgefahr) und können
schon bei geringer Überspannung
zerstört werden.
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
43
RE
1.667
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ladeenergie Kondensator
Ein Kondensator von 60µF hat nach dem Abschalten 412V Klem-
menspannung.
Welche Energie steckt in ihm?
5,092Ws
Energie
im Kondensator
W =
mit
Q ⋅U
2
Q = C ⋅U
ergiebt sich nachfolgende
Endformel
W =
www.ibn.ch
C ⋅U 2
2
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
44
RE
1.668
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ladeenergie Kondensator
In einem Kondensator stecken bei 230V Gleichspannung 2,2 J Energie.
2,395Ws
1,0435
1,0886
a) Wie gross wäre diese bei 240V ?
b) In welchem Verhältnis stehen die Spannungen zueinander?
c) In welchem Verhältnis stehen die Energien zueinander?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
45
RE
1.674
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Plattenkondensator
Berechnen Sie die Kapazität eines Plattenkondensators (Skizze machen) von 200dm 2 Plattenfläche mit Luft als Dielektrikum, wenn der
Plattenabstand folgende Werte hat?
a)
b)
c)
d)
www.ibn.ch
d
d
d
d
1,77 µF
0,177 µF
17,7 nF
1,77nF
= 0,01mm
= 0,1mm
= 1mm
= 1cm
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
46
RE
1.635
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Drehkondensator
Ein Drehkondensator hat eine Kapazität von 20 pF bis 120 pF .
Als Dielektrikum wird Luft von 0,6mm dicke verwendet ( ε r = 1 ).
Typisch ist für Mittelwelle eine Nennkapazität von 500 pF bei einer
Anfangskapazität (inklusive der parasitären Kapazität der Schaltung)
von weniger als 50 pF. Für den Drehko alleine werden Werte unter 13
pF angegeben. Die Kapazität muss zum Quadrat der Empfangsfrequenzänderung variabel sein, daher sind insbesondere bei AMEmpfängern derart große Verhältnisse zwischen kleinster und größter
Kapazität nötig. Der mit einem solchen Drehkondensator erfasste
Kurzwellenbereich überstrich mehrere Kurzwellenbänder. Deshalb war
hier die Einstellbarkeit der Sender problematisch; bessere Empfänger
hatten daher zusätzlich eine Kurzwellenlupe mit der wesentlich kleineren Kapazität von 50 pF und weniger. Im Bereich spezieller Kurzwellenempfänger, in UKW- und UHF-Tunern verwendet man Ausführungen mit Kapazitäten bis zu 50 pF oder sogar nur 10 pF. Die Platten von
UKW- bzw. FM-Empfängern müssen besonders steif und dick sein, um
Mikrofonie zu vermeiden.
Drehkondensatoren für den UKW-Bereich wurden in AM/FMEmpfängern oft mit denjenigen für die AM-Bereiche zu einer kombinierten Bauform vereinigt, so dass die Abstimmung an nur einer Welle
erfolgen konnte (siehe nebenstehendes Bild). Luftdrehkondensatoren
sind heute weitgehend durch Kapazitätsdioden abgelöst worden. Im
Mittelwellen-Bereich scheiterte das lange an der erforderlichen Güte
und dem hohen Kapazitätsverhältnis.
13,56cm 2
81,36cm 2
A=
C ⋅d
ε0 ⋅ε r
23,499 pF
ε 0 = 8,85 ⋅10−12
As
Vm
Drehkondensatoren
Die Elektrodenplatten des Rotors
von Drehkondensatoren können
unterschiedlich geformt sein.
a) Es ist die Gesamtplattenfläche zu berechnen!
b) Wie würde ein Dielektrikum die Flächengrösse beeinflussen?
Spulenabmessungen
kreisförmiger Plattenschnitt für
linearen Kapazitäts-Kurvenverlauf
d = 8mm
l = 40mm
N =8
c) Der UKW (87,5 MHz bis 108,0 MHz) Sender „Radio 24“ wird vom
Uetliberg aus mit 102,8MHz gesendet. Der Sender besitzt jedoch
zwei weitere Frequenzen im Bezirk Affoltern und Uster. Mit welcher Kapazität muss die Radio 24 – Frequenz in Resonanz zur
Spule von 0,102µH liegen?
logarithmischer Plattenschnitt für
wellenlinearen Kurvenverlauf
logarithmischer Plattenschnitt für
frequenzlinearen Kurvenverlauf
Plattenschnitt von Schmetterlingsdrehkondensatoren
Plattenschnitt von Differentialdrehkondensatoren
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
47
RE
1.638
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ladung eines Kondensators
Von einem Kondensator wird verlangt, dass er bei 24V Gleichspannung eine Ladung von 0,144C aufnimmt.
6000µF
Berechnen Sie die Kapazität des Kondensators!
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
48
RE
1.648
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Zeitkonstante Kippschaltung
An der nachfolgenden Kippschaltung mit Glimmlampe sind zu
bestimmen:
1s
5s
10MΩ
+
200V250V
0,1µF
-
a) die Zeitkonstante und
b) die Entladezeit!
Glimmlampen dienen vor allem als
Signallampe in verschiedenen, meist
netzbetriebenen Elektrogeräten, um
den Betriebszustand anzuzeigen. Auch
im "Phasenprüfer" findet die Glimmlampe Anwendung. Glimmlampen sind
kostengünstig herzustellen, werden
aber zunehmend durch Leuchtdioden
(LEDs) abgelöst.
Soll die Glimmlampe nicht kontinuierlich brenenn, sondern blinken, ist einen
Glimmentladungsblinkschaltung nötig,
die landläufig "Glimmlampenkippschaltung" genannt wird. Kippschaltungen
nennt man Anordnungen mit Glimmlampen, die so aufgebaut sind, dass
die Lampe nicht dauernd brennt, sondern nur kurz periodisch aufleuchtet
und wieder löscht. Sie werden benutzt,
um einen besonderen Hinweis zu geben oder um eine Sägezahnspannung
zu erzeugen, an die dann allerdings
keine grossen Anforderungen an Konstanz der Amplitude und Frequenz
gestellt werden können.
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
49
RE
1.654
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Schaltungen von Kondensatoren
Wie gross ist die Gesamtkapazität (Skizzen machen), wenn zwei
Kondensatoren von 12µF und 20µF
32 µF
7,5µF
a) parallel und
b) serie geschaltet werden?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
50
RE
1.669
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ladeenergie am Kondensator
Welche Energie braucht es um einen Kondensator 6000µF auf 48V
Gleichspannung aufzuladen?
www.ibn.ch
6,912Ws
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
51
RE
1.675
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Parallele Kondensatoren
Drei Kondensatoren von 10µF , 12µF und 20µF sind parallel geschaltet und haben eine Momentane Spannung von 310V .
13,02mC
Bestimmen Sie die Gesamtladung der Kondensatoren!
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
52
RE
1.636
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Wickelkondensator
Welche Bandlänge, bei 150mm Breite, ist nötig zu Herstellung eines
Wickelkondensators von 32µF . Dielektrikum 0,02mm dick, ε r = 3,2 .
www.ibn.ch
75,33m
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
53
RE
1.639
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ladung eines Kabels
Ein Kabel liegt an 2kV Gleichspannung und hat eine Kapazität von
80µF .
Wie gross ist die Ladung des Kabels?
0,16C
Ersatzschaltung
Kabel
Der Kapazitätsbelag C’, besser
bekannt als Betriebskapazität CB,
wird durch die geometrische Anordnung der Leiter und der Art
beziehungsweise der Dielektrizitätskonstante des Isoliermaterials
bestimmt. Als Beurteilungskriterium
im Kabelbau gilt folgende Regel:
Die Kapazität einer Leitung
nimmt zu:
– mit abnehmendem Leiterabstand
– mit zunehmender Leiteroberfläche
– mit grösserer relativer Dielektrizitätskonstante er
– mit grösserem Feuchtigkeitsgehalt
Kapazitätsunterschiede
Bei der Berechnung mehradriger
oder paarverseilter Kabel ist es
nötig, dass zur Bestimmung der
Betriebskapazität, neben der Teilkapazität zwischen den Leitern,
auch die verschiedenen Teilkapazitäten, erzeugt durch Nachbarleiter und durch die Abschirmung des
Kabels berücksichtigt werden.
Dämpfungseinfluss
Die Kapazität ist ein verlässliches
Gütezeichen eines Kabels; je kleiner die Betriebskapazität einer
Leitung ist, umso kleiner wird die
Dämpfung und umso hochwertiger
die Übertragungsleitung. Sie wird
in pF/m oder nF/km angegeben.
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
54
RE
1.649
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ladezeit eines Kondensators
Auf welchen Wert ist der Regulierwiderstand R einzustellen, wenn
die Ladezeit:
2µF
100kΩ
50kΩ
200Ω
R
+
-
TG
14
100V
a) 1s ,
b) 0,5s und
c) 2ms betragen soll?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
55
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Zwei parallele Kondensatoren
Die Gesamtkapazitä zweier paralleler Kondensatoren ist 15µF .
8µF
RE
1.655
Wie gross ist die Kapazität des zweiten Kondensators, wenn die des
ersten 7 µF ist?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
56
RE
1.670
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ladeenergien und Spannungen im Vergleich
Zwei Kondensatoren von je 500µF haben momentan 115V ( 100% )
bzw. 230V Klemmenspannung.
1: 2
1: 4
a) In welchem Verhältnis stehen die Spannungen zueinander?
b) In welchem Verhältnis stehen die Ladeenergien zueinander?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
57
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Parallele gleiche Kondensatoren
Vier Kondensatoren von je 2,5µF sind parallel geschaltet.
10 µF
RE
1.676
Wie gross ist die Gesamtkapazität?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
58
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Kondensator an Wechselspannung
Ein Kondensatoren von 60µF liegt an 230V Wechselspannung.
RE
1.640
0C
13,8mC
19,64mC
u / Uˆ
[-]
Û
1,00
f = 50 Hz
2
0,80
3
0,60
u =U
0,40
0,20
0
t
1
[ms]
-0,20
-0,40
-0,60
-0,80
-1,00
5
10
15
20
a) Welche Ladung weißt der Kondensator in den Zeitmomenten 1,2
und 3 auf?
b) Welche Zeit seit dem ersten positiven Nulldurchgang ist vergange, bis die momentane Spannung den Wert U erreicht hat?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
59
RE
1.650
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Entladen eines Kondensators
Ein Kondensatoren von 20µF hat nach dem Abschalten 240V Klem-
6,638MΩ
menspannung. Er entlädt sich innert 2 Min. 12 Sek. auf 88,8V .
Wieviele Ohm hat der Entladewiderstand?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
60
RE
1.656
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Serieschaltung von Kondensatoren
Zwei Kondensatoren sind serie geschaltet. Ihre Gesamtkapazität ist
18 pF . Der eine Kondensator hat 20 pF Kapazität.
180 pF
Wie gross ist die des anderen Kondensators?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
61
RE
1.671
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ladeenergie von Kondensatoren
Ein Kondensator mit 230V Klemmenspannung hat eine Ladung von
1,3mC .
299mWs
Wie gross ist die im Kondensator gespeicherte Energie?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
62
RE
1.641
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ladung im Kondensator
Wie gross müsste die Kapazität eines Kondensators sein, dessen
Ladung der eines Autoakkumulators von 12V , 72 Ah entsprechen
würde?
21600F
AutoBatterie
KondensatorBatterie
je 10'000 µF
(Total 0,08F)
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
63
RE
1.651
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Zeitkonstante mit Widerstand und Kondensator
Ein 20µF Kondensator wird über einen Vorwiderstand von 150kΩ ge-
laden.
3s
15s
Berechnen Sie:
a) die Zeitkonstante und
b) die Ladedauer!
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
64
RE
1.657a
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Gemischte Kondensatorschaltung
Berechnen Sie für die gegebene Schaltung die Gesamtkapazität und
die Ströme! Jeder Berechnungsschritt muss ersichtlich sein.
6pF
I1=8A
I3
www.ibn.ch
I2
6pF
6 pF
I2 = 4A
I4 = 4A
3pF
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
65
RE
1.642
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ladung im Kondensator
An welche Spannung muss ein 68µF -Kondensator angeschlossen
werden, damit er eine Ladung von 0,81mC aufweist?
www.ibn.ch
11,91V
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
66
RE
1.652
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ladezeit eines Kondensators
Wie gross ist die Kapazität eines Kondensators, wenn er über einen
Widerstand von 15MΩ in 35,2ms geladen ist?
469,3 pF
Berechnen Sie für die gegebene Schaltung die Gesamtkapazität und
die Ströme! Jeder Berechnungsschritt muss ersichtlich sein.
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
67
RE
1.672
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Energie im Kondensator
Es ist die Energie eines 12µF Kondensators zu berechnen, dessen
Klemmenspannung 9V ist und in dem 1C Ladung gespeicher ist!
www.ibn.ch
486 µJ
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
68
RE
1.678
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Serieschaltung Kondensatoren
Die Gesamtkapazität von zwei seriegeschalteten Kondensatoren
( C1 = 20 pF ) ist 16 pF .
80 pF
Berechnen Sie die Kapazität des zweiten Kondensators!
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
69
RE
1.644
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ladung im Kondensator
In einer elektronischen Anlage wird eine Notstrombatterie durch einen Elektrolytkondensator von 0,1F ersetzt.
0,2C
Welche Ladung vermag er bei 2V zu speichern?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
70
RE
1.657b
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Gemischte Kondensatorschaltung
Berechnen Sie für die gegebene Schaltung die Gesamtkapazität und
die Ströme! Jeder Berechnungsschritt muss ersichtlich sein.
I1 1µF
220V
www.ibn.ch
I2
2µF
I3 3µF
0,8333µF
I1 = 57,59mA
I 2 = 23,05mA
I 3 = 34,57mA
f = 50 Hz
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
71
RE
1.673
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Energie in einem abgeschalteten Kabel
Ein Hochspannungskabel hat eien Kapazität von 1,4µF zwischen
zwei Leitern. Die Übertragungsspannung ist 16kV .
358,4 J
Berechnen Sie die Energie im Kabel bei Ausschaltung im Scheitelpunkt der Spannung Û zwischen zwei Leitern!
Leiter
1
2
Drei Einleiterkabel verseilt mit Spickelfüllung und verzinkter
Stahl-Flachdraht-Armierung
1
X
2
K
Innere Halbleiterschicht
Vernetzte Polyäthylen (XLPE)-Isolation
Äussere Halbleiterschicht
Konzentrischer Cu-Drahtschirm aus Kupferdrähten
mit Kupferband
Polyäthylen (PE)-Aussenmantel
Zugarmierung aus verzinkten Flachstahldrähten
T
F
u / Uˆ
[-]
Û
1,00
0,80
u =U
0,60
0,40
0,20
t
0
[ms]
-0,20
-0,40
-0,60
-0,80
-1,00
5
www.ibn.ch
10
15
20
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
72
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Zeitkonstante in RC-Schaltung
Gegeben ist das nachfolgend dargestellte RC-Glied.
RE
1.679
1s
5s
0,1MΩ
+
+
110V
110V
0,1µF
-
-
a) Wie gross ist die Zeitkonstante der Schaltung?
b) Wie lange dauert es, bis an den Klemmen ( + − ) die volle Gleichspannung ( 110V ) herrscht?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
73
RE
1.643
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ladung im Kondensator
Welche Kapazität eines Kondensators könnte 20C bei 20V speichern?
1F
abgeändert
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
74
RE
1.657c
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Gemischte Kondensatorschaltung
Berechnen Sie für die gegebene Schaltung die Gesamtkapazität und
die Ströme! Jeder Berechnungsschritt muss ersichtlich sein.
I1
I2
5µF
I3 10µF
I5
0,5A
I6
I7
8µF
www.ibn.ch
I4
20µF
20µF
20µF
20µF
15,7 µF
I1 = 2,422 A
I 2 = 0,6666 A
I 3 = 1,333 A
I 3 = 0,4222 A
I 5 = 0,5 A
I 6 = 0,5 A
I 7 = 0,5 A
f = 50 Hz
4µF
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
75
RE
1.680
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Leistung am Kondensator
Berechnen Sie ( U = 230V ):
664,8VAr
2,89 A
a) Die Leistung am 40µF Kondensator und
b) die Stromaufnahme desselben Kondensators!
f = 50 Hz
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
76
RE
1.657d
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Gemischte Kondensatorschaltung
Berechnen Sie für die gegebene Schaltung die Gesamtkapazität und
die Ströme! Jeder Berechnungsschritt muss ersichtlich sein.
I1
I3 2pF
3A
I2
www.ibn.ch
I 2 = 3,6 A
I3 = 9 A
4pF
5pF
1,111 pF
I1 = 2,4 A
3pF
f = 50 Hz
6pF
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
77
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Parallelschaltung von Kondensatoren
Bestimmen Sie:
RE
1.681
I1 8µF
U
I2
18µF
I1 = 578mA
I 2 = 722mA
10µF
f = 50 Hz
U = 230VAC
a) Die Gesamtkapazität,
b) die Ströme in den einzelnen Kondensatoren und
c) den Gesamtstrom!
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
78
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Parallelschaltung von Kondensatoren
Bei einer gesamten Kapazität von 12µF sind bereits ein 6µF und ein
RE
1.658
4 µF
2 µF Kondensator parallel geschaltet.
Welche Kapazität muss der dritte parallele Kondensator haben!
(Skizze der Schaltung machen)?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
79
Serieschaltung von Kondensatoren
Zu einem 4,7 µF Kondensator wird ein solcher von 680nF serie ge-
RE
1.659
schaltet.
0,594 µF
Es ist die gesamte Kapazität zu berechnen!
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
80
RE
1.682
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Ladung des Kondensators
Wie goss ist die Ladung eines Elektrolytkondensators von 6000µF
Kapazität und 48V Gleichspannung!
www.ibn.ch
0,288C
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
81
Kondensator an Wechselspannung
Ein Kondensator soll bei 400V Spannung 1,2kVAr Blindleistung abge-
RE
1.683
ben.
23,87 µF
Wie goss ist seine Kapazität?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
82
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Seriegeschaltete Kondensator an Wechselspannung
Die Gesamtspannung der Kondensatoren ist 228V :
RE
1.684
I
2 µF
4 µF
6 µF
1,091µF
78,14mA
124,4V
62,18V
41,46V
a) Wie gross ist die Gesamtkapazität?
b) Welcher Strom fliesst?
c) Welche Spannung herrscht an den einzelnen Kondensatoren?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
83
RE
1.685
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Entladung eines Kondensators
Einem Kondensator von 32µF und 180V Gleichspannung ist ein Wi-
125kΩ
derstand parallel zu schalten, der innert 20s zur Entladung führt.
+
U
-
+
R
C
U
-
Wieviel Ohm hat dieser Entladewiderstand?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
84
RE
1.686
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Energie im Kondensator
Welche Energie steckt in einem Kondensator von 120µF , dessen
Klemmenspannung 236V ist?
www.ibn.ch
3,342Ws
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
85
Kapazität eines Kondensators
Berechnen Sie die Kapazität der skizzierten Plattenanordnung! Als
Dielektrikum dient Glimmer ( ε r = 4 ).
52,13 pF
∅50
∅100
RE
1.687
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
4
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
86
RE
1.688
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Gemischte Kondensatorschaltung
Berechnen Sie für die gegebene Schaltung ( U = 120VAC ) die Gesamtkapazität und alle Einzelspannungen und alle Ströme! Jeder Berechnungsschritt muss ersichtlich sein.
I
I1
1µF
I2
I3
I4
I6
10µF
I5
2µF
4µF
8µF
10µF
5,933µF
U1 = 112V
U 2 = 8V
U 3 = 8V
U 4 = 8V
U 5 = 60V
U 6 = 60V
I1 = 35,19mA
I 2 = 5,03mA
I 3 = 10,06mA
I 4 = 20,1mA
I 5 = 188,5mA
I 6 = 188,5mA
223,7 mA
f = 50 Hz
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
87
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Kondensator an Wechselspannung
Ein 500 pF -Kondensator hat 8V Spannung.
RE
1.689
Wie gross ist der Blindwiderstand:
12,74MΩ
397,9 kΩ
375µs
75µs
a) bei 25Hz ,
b) bei 800 Hz !
c) Ladedauer bei einem Vorwiderstand von 150kΩ ist zu berechnen!
d) Wie gros ist die Zeitkonstante?
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
88
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Entladewiderstand am Kompensationskondensator
Berechnen Sie die Entladezeit des Kompensationskondensators
welcher in der FL-Armatur mit dem gegeben Entladewiderstand
eingebaut ist!
1 MΩ
C = 5,7 µF
Braun, Schwarz, Grün, Gold
KohleschichtWiderstände
haben 4 Farbringe
1kΩ ±5%
MetallschichtWiderstände
haben 5 Farbringe
10kΩ ±1%
www.ibn.ch
4. Ring
Multiplikator
5. Ring
Toleranz
6 Ring
-6
TK 10
Farbe
1. Ring
2. Ring
3. Ring
schwarz
0
0
0
-
-
200
braun
1
1
1
10
1
1%
100
rot
2
2
2
10
2
2%
50
orange
3
3
3
103
-
15
gelb
4
4
4
104
-
25
grün
5
5
5
105
0,5%
5
blau
6
6
6
10
0,25%
-
violett
7
7
7
107
0,1%
-
grau
8
8
8
-
0,05%
-
weiß
9
9
9
-
-
10
6
-1
gold
-
-
-
10
silber
-
-
-
10-2
5%
-
10%
-
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
TG
14
101
TG
14
102
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Frage
Nennen Sie die Aufbauteile eines Kondensators!
Frage
Was kann beobachtet werden zwischen den Platten eines Kondensators, wenn dieser an eine Influenzmaschine angeschlossen wird?
Vorschrift
Literatur
Antwort
Vorschrift
Literatur
Antwort
− Zwei Platten (Anode +; Kathode -)
− Dielektrikum
− Unterschiedliche Ladung an den Platten
− Kraftwirkung auf die Ladung zwischen
den Platten
+ + +
1.
+
TG
14
103
(ET01-A)
(ET02-A)
Frage
Wie verhält sich ein Kondensator
a) an Gleichspannung?
b) an Wechselspannung?
c) Wie sieht der Lade- und Entladevorgang eines
Kondensators an Gleichspannung aus?
Vorschrift
Literatur
+
Antwort
a) Nach der Aufladung sperrt der Kondensator den Gleichstrom!
b) An Wechselspannung hat der Kondensator einen begrenzten Widerstand, der mit der Frequenz kleiner
wird! Strom eilt der Spannung voraus.
c)
TG
14
104
Frage
Von welchen elektrischen Grössen ist die transportierte Ladung am Kondensator abhängig?
www.ibn.ch
Vorschrift
Literatur
Antwort
− Spannung am Kondensator
− Kapazitätsvermögen
− Stromfluss
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
TG
14
105
TG
14
106
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Frage
Wie gross sind die Widerstände und wie berechnet man dieselben bei Kondensatoren
a) bei Gleichspannung?
b) bei Wechselspannung?
Frage
Welche Vergleiche lassen sich anstellen bei der
Serie- oder Parallelschaltung von Kondensatoren
und den ohmschen Widerständen?
Schreiben Sie den formalistischen Zusammenhang auf!
Vorschrift
Literatur
Antwort
a) R =
b)
Vorschrift
Literatur
∞; R =
XC =
U
I
U
IC
Antwort
Die Widerstandsberechnungen bei Kondensatoren verhalten sich umgekehrt wie
bei den Widerständen!
Serie
1
1
1
1
=
+
+
CTot C1 C2 C3
Parallel
CTot = C1 + C2 + C3
TG
14
107
TG
14
108
Frage
Wo in der Praxsis treten elektrostatische Probleme auf?
Frage
Wo werden Kondensatoren in der Praxis eingesetzt und zu welchem Zweck?
www.ibn.ch
Vorschrift
Literatur
Antwort
Vorschrift
Literatur
Antwort
−
−
−
−
Blitz
Kabelleitungen
Luftreibung
Material
− Kompensation der Blindleistung
− Entstörungskondensatoren bei Radio
und Fernsehen
− Übertragung von hohen Frequenzen
aber sperren von Gleichstrom
− Glimmtaster für Funkenentstörung
− Anlaufhilfe bei Einphasenmotoren
− Glättungskondensatoren bei der
Gleichrichtung von Wechselstrom
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
TG
14
109
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Frage
Von welchen Grössen ist die Kapazität eines
Kondensators Abhängig?
Vorschrift
Literatur
Antwort
− Plattenfläche
− Plattenabstand
− Dielektrikum
C=
TG
14
110
Frage
Was sagen Ihnen die Begriffe
a) Dielektrizitätszahl ε r ?
Vorschrift
Literatur
ε0 ⋅ εr ⋅ A
[F ]
d
Antwort
a) Die Zahl sagt aus um wieviel die Kapazität grösser wird als bei Luft!
b) Feldkonstante in Luft
b) Dielektrizitätskonstante ε 0 ?
c) Dielektrizität
ε r = 8,85 ⋅ 10−12
Vs
Am
c) Zusammenfassung von der Dielektrizitätszahl mit der Feldkonstanten
ε = ε0 ⋅ εr
TG
14
111
TG
14
112
Frage
Nennen Sie ein paar Dielektrikum bei Kondensatoren!
Frage
Welche Bauformen von Kondensatoren kennen
Sie?
Vorschrift
Literatur
Antwort
Vorschrift
Literatur
Antwort
−
−
−
−
−
Luft
Glimmer
Porzellan, Keramik
Elektrolyte
Papier
Festkondensatoren
www.ibn.ch
Veränderbare
Kondensatoren
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
TG
14
113
TG
14
114
TG
14
115
TG
14
116
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Frage
Welches Schemasymbol hat ein normaler Kondensator?
Frage
Welches Schemasymbol hat ein Elektrolyt Kondensator?
Frage
Welches Schemasymbol hat ein verstellbarer
Kondensator?
Frage
Welches Schemasymbol hat ein trimmbarer Kondensator?
www.ibn.ch
Vorschrift
Literatur
Antwort
Vorschrift
Literatur
Antwort
Vorschrift
Literatur
Antwort
Vorschrift
Literatur
Antwort
+
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
TG
14
TG
14
117
TG
14
118
TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LÖSUNGSSATZ
ELEKTRISCHES FELD REPETITIONEN
Frage
Antwort
Was ist beim Anschluss eines ElektrolytKondensators besonders zu beachten?
Nur für Gleichspannung geeignet
Polarität beim Anschluss beachten
Frage
Antwort
Was ist das besondere Merkmahl, nach dem Ladevorgang, eines Kondensators, wenn er an
Gleichspannung angeschlossen wird?
Nach der Ladung sperrt der Kondensator
den Gleichstrom.
Machen Sie eine grafische Darstellung.
TG
14
119
Frage
Antwort
Wie ist das Frequenzverhalten eines Kondensators?
Mit zunehmender Frequenz sinkt der Widerstand!
Machen Sie eine grafische Darstellung.
TG
Frage
Antwort
14
120
www.ibn.ch
Ausgabe 28. März 2013
Version 3
Herunterladen