Protokoll der Physikstunde 7.4.2008

Protokoll der Physikstunde
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Protokollant :
Anwesende :
Stundenthema:
Montag, der 7.4.2008
Physiksaal 2
8:15 Uhr bis 9:45 Uhr
Max Görtz
Leistungskurs Physik der MSS 11 und Herr Heidinger
1. Messung der Flächenladungsdichte
2. Bestimmung der elektrischen Feldkonstante
1. Messung der Flächenladungsdichte
a) Versuchsaufbau
Kondensatorplatten
Zeigerinstrument
-
+
Erdung
Ladungslöffel (rot) wird auf Kugel
(grau) entladen
Messverstärker
b) Durchführung
Mit einem Ladungslöffel (oben roter Griff) der Fläche A1 wird
von der positiven Platte eine Ladung Q1 abgegriffen. Die
Spannung U und Abstand d zwischen den Kondensatorplatten
bleiben konstant. Auf Grund dessen ist auch die Feldstärke E
konstant.
Nachdem der rote Ladungslöffel aufgeladen ist, wird er auf der
Kugel entladen. Am Zeigerinstrument lässt sich die Ladung
ablesen. Die Messung wird mit verschieden großen Oberflächen
der Ladungslöffel wiederholt.
c) Messung
d = 3cm
U = 4100V
A
16
32
47,2
in cm²
Q
4,5
7,5
9
10-9C
d) Auswertung im Graph
„Ausgleichsgerade“ auf Grund kleinerer Messungenauigkeiten
e) Ergebnis
Im Idealfall gilt :
Die Ladung der Löffel nimmt (bei konstanter Feldstärke) mit der
Fläche zu. Somit ist im Idealfall die Ladung Q proportional zur
Fläche A. Somit ist der Quotient aus Q und A konstant.
Q≈A
Q/A = const.
b) Definition
Der Quotient aus einer gleichmäßig verteilten Ladung Q und der
Fläche A heißt Flächenladungsdichte σ .
σ = Q/A
Einheit:
[σ ] = [Q ] / [ A ] = 1 * ( C / m² )
2. Die elektrische Feldkonstante
a) Versuchsaufbau
Kondensatoroberfläche A
+
d
-
Zeigerinstrument
+
Messverstärker
Erdung
Erdung
b) Durchführung
Ein Kondensator wird mit verschiedenen Spannungen U
geladen. Die Ladung Q wird an Hand des Zeigerinstruments
gemessen. Der Plattenabstand d bleibt konstant.
Aus Spannung U und Plattenabstand lässt sich die Feldstärke
errechnen: E = U / d .
Die Flächenladungsdichte σ ist der Quotient aus Ladung Q und
Oberfläche A: σ = Q / A .
c) Messung
Plattenradius r = 13cm
A = π r² = 530cm²
Plattenabstand d = 3cm = 0,03m²
U
50
100
150
200
250
in V
E
1667
3333
5000
6667
8333 in V/m
Q
1,5
4
4,5
6,2
9
σ Sigma
28
75
85
117
170
in 10-9C
in 10-9 C/m²
d)Auswertung
„Ausgleichsgerade“.
Im Idealzustand ist der Graph linear.
e) Steigung des σ (E) Graphen
m = ∆y/∆x = (94*10-9 C/m²) / (5000 V/m²)
≈ 1,88* 10-11 C/Vm
exakter Wert :
ε0 = 8,85* 10-12 C/Vm
f) Ergebnis
Die Flächenladungsdichte ist proportional zum elektrischen Feld.
Die Proportionalitätskonstante ε0 ergibt sich aus der Steigung des
σ (E) Graphen.
g) Endformel
σ = ε0 * E
Die Flächenladungsdichte σ ist das Produkt aus der
Proportionalitätskonstante ε0 und der elektrischen Feldstärke E.
Die Einheit ist Coulomb/Voltmeter.