14 Elektrostatik
Werbung
TG 30 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN Inhaltsverzeichnis 14 Elektrostatik 14.1 Strom-Zeitverhalten eines Kondensators an Gleichspannung 14.2 Spannung-Zeitverhalten eines Kondensators an Gleichspannung 14.3 Parallelschaltung Kondensatoren 14.4 Serieschaltung von Kondensatoren 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 13 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTROSTATIK 14 Elektrostatik 08. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 14 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTRISCHES FELD STROM-ZEITVERHALTEN EINES KONDENSATORS AN GLEICHSPANNUNG Seite 1 14.1 Strom-Zeitverhalten eines Kondensators an Gleichspannung Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 14.1.1 Auftrag, Versuchsbeschreibung Das Zeitverhalten eines Kondensators - bezogen auf den Strom - soll messtechnisch untersucht werden. Verschalten Sie den Versuchsaufbau an 10 V Gleichspannung. Der Widerstand gibt den Maximalstrom im Lade- bzw. Entladeeinschaltmoment vor. a) Messen Sie den Maximalwert des Lade- und Entladestromes. b) Messen Sie die Zeit, in der der Kondensatorstrom auf 37% vom Maximalwert gesunken ist beim Auf- und Entladen. c) Zeichnen Sie die Lade- und Entladekennlinie der gegebenen Schaltung! 08. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 14 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTRISCHES FELD STROM-ZEITVERHALTEN EINES KONDENSATORS AN GLEICHSPANNUNG Seite 2 14.1.2 Bauteile R = 100 k ; C = 100 F 14.1.3 Schaltung Messen des Kondensators mit Spezialmessgerät: F C= 14.1.4 Berechnungen und Messungen Berechnung der theoretischen Zeitkonstante 22. November 2009 Formel www.ibn.ch Version 5 TG 30 14 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTRISCHES FELD STROM-ZEITVERHALTEN EINES KONDENSATORS AN GLEICHSPANNUNG Ladevorgang Seite 3 Entladevorgang Zeit Strom Zeit Strom Zeit Strom Zeit Strom [s] 0 I [mA] [s] 30 I [mA] [s] 0 I [mA] [s] 30 I [mA] 5 35 5 35 10 40 10 40 15 45 15 45 20 50 20 50 25 55 25 55 14.1.5 Lade- und Entladekennlinie I [mA] Die Lade- und Entladekennlinie ist nebenstehend aus den Messwerten darzustellen. t [s] 0 Bestimmen Sie die reale Zeitkonstante ( ) aus den Messwerten und der Grafik. Zeitkonstante Aufladung s Zeitkonstante Entladung s 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 14 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTRISCHES FELD STROM-ZEITVERHALTEN EINES KONDENSATORS AN GLEICHSPANNUNG Seite 4 14.1.6 Merksätze und Reflexion 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 14 2 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTRISCHES FELD SPANNUNGS-ZEITVERHALTEN EINES KONDENSATORS AN GLEICHSPANNUNG Seite 1 14.2 Spannung-Zeitverhalten eines Kondensators an Gleichspannung Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 14.2.1 Auftrag, Versuchsbeschreibung Das Zeitverhalten eines Kondensators - bezogen auf die Spannung - soll messtechnisch untersucht werden. Verschalten Sie den Versuchsaufbau an 10 V Gleichspannung. Messen Sie die Zeit, in der sich der Kondensator um 63% dem jeweiligen Endwert genähert hat. Zeichnen Sie die Lade- und Entladekennlinie der gegebenen Schaltung! 08. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 14 2 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTRISCHES FELD SPANNUNGS-ZEITVERHALTEN EINES KONDENSATORS AN GLEICHSPANNUNG Seite 2 14.2.2 Bauteile R = 21,28 k ; C = 470 F Hochohmiges Voltmeter ( 20 k/V) 14.2.3 Schaltung Messen des Kondensators mit Spezialmessgerät: F C= 14.2.4 Berechnungen und Messungen Berechnung der theoretischen Zeitkonstante 22. November 2009 Formel www.ibn.ch Version 5 TG 30 14 2 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTRISCHES FELD SPANNUNGS-ZEITVERHALTEN EINES KONDENSATORS AN GLEICHSPANNUNG Ladevorgang Seite 3 Entladevorgang Zeit Spannung Zeit Spannung Zeit Spannung Zeit Spannung [s] 0 U [V ] [s] 30 U [V ] [s] 0 U [V ] [s] 30 U [V ] 5 35 5 35 10 40 10 40 15 45 15 45 20 50 20 50 25 55 25 55 14.2.5 Lade- und Entladekennlinie U [V ] Die Lade- und Entladekennlinie ist nebenstehend aus den Messwerten darzustellen. t [s] 0 Bestimmen Sie die reale Zeitkonstante ( ) aus den Messwerten und der Grafik. Zeitkonstante Aufladung s Zeitkonstante Entladung s 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 14 2 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTRISCHES FELD SPANNUNGS-ZEITVERHALTEN EINES KONDENSATORS AN GLEICHSPANNUNG Seite 4 14.2.6 Merksätze und Reflexion 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 14 3 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTRISCHES FELD PARALLELSCHALTUNG KONDENSATOREN Seite 1 14.3 Parallelschaltung Kondensatoren Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 14.3.1 Auftrag, Versuchsbeschreibung Berechnen Sie die zu erwartenden Zeitkonstanten für jede Schaltung. Das Parallelschalten von Kondensatoren soll messtechnisch beim Laden und Entladen untersucht werden. Verschalten Sie den Versuchsaufbau an 10 V Gleichspannung. Messen Sie die Zeitkonstanten beim Laden und Entladen bei offenem und geschlossenem Schalter. Tragen Sie die Messwerte in die Tabelle ein und erstellen Sie die Grafiken. Bestimmen Sie aus den Grafiken die Zeitkonstanten für Laden und Entladen. Mit Merksätzen und den wichtigen formalistischen Zusammenhängen schliessen Sie die Messübung ab. 14.3.2 Bauteile 14.3.3 Schaltung R = 21,28 k ; C1 = C2 = 470 F Hochohmiges Voltmeter ( 20 k/V) Messen der Kondensatoren mit Spezialmessgerät: C1 F C2 F 08. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 14 3 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTRISCHES FELD PARALLELSCHALTUNG KONDENSATOREN Seite 2 14.3.4 Tabelle Ladevorgang ein Kondensator Ladevorgang Schalter offen Zeit Spannung Zeit Spannung [s] 0 U [V ] [s] 30 U [V ] 5 35 10 40 15 45 20 50 25 55 t [s] Zeit Spannung Zeit Spannung [s] 60 U [V ] [s] 90 U [V ] 65 95 70 100 75 105 80 110 85 115 U [V ] 0 Entladevorgang Zeit Spannung Zeit Spannung Zeit Spannung Zeit Spannung [s] 0 U [V ] [s] 30 U [V ] [s] 60 U [V ] [s] 90 U [V ] 5 35 65 95 10 40 70 100 15 45 75 105 20 50 80 110 25 55 85 115 Schalter offen Theoretische Zeitkonstante Bestimmen Sie die reale Zeitkonstante ( ) aus den Messwerten und der Grafik. Zeitkonstante Aufladung s Zeitkonstante Entladung s 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 14 3 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTRISCHES FELD PARALLELSCHALTUNG KONDENSATOREN Seite 3 14.3.5 Tabelle Ladevorgang zwei Kondensatoren Ladevorgang Schalter geschlossen Zeit Spannung Zeit Spannung [s] 0 U [V ] [s] 30 U [V ] 5 35 10 40 15 45 20 50 25 55 t [s] Zeit Spannung Zeit Spannung [s] 60 U [V ] [s] 90 U [V ] 65 95 70 100 75 105 80 110 85 115 U [V ] 0 Entladevorgang Zeit Spannung Zeit Spannung Zeit Spannung Zeit Spannung [s] 0 U [V ] [s] 30 U [V ] [s] 60 U [V ] [s] 90 U [V ] 5 35 65 95 10 40 70 100 15 45 75 105 20 50 80 110 25 55 85 115 Schalter geschlossen Theoretische Zeitkonstante Bestimmen Sie die reale Zeitkonstante ( ) aus den Messwerten und der Grafik. Zeitkonstante Aufladung s Zeitkonstante Entladung s 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 14 3 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTRISCHES FELD PARALLELSCHALTUNG KONDENSATOREN Seite 4 14.3.6 Merksätze und Reflexion 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 14 4 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTRISCHES FELD SERIESCHALTUNG KONDENSATOREN Seite 1 14.4 Serieschaltung von Kondensatoren Gruppenmitglieder Arbeitsplatz _____________ Abgabedatum _____________ Klasse _____________ Punkte: _____________ Note _____________ Name(n), Vorname(n) _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ 14.4.1 Auftrag Berechnen Sie die zu erwartenden Zeitkonstanten für jede Schaltung. Das Serieschalten von Kondensatoren soll messtechnisch beim Laden und Entladen untersucht werden. Verschalten Sie den Versuchsaufbau an 10 V Gleichspannung. Messen Sie die Zeitkonstanten beim Laden und Entladen bei offenem und geschlossenem Schalter. Tragen Sie die Messwerte in die Tabelle ein und erstellen Sie die Grafiken. Bestimmen Sie aus den Grafiken die Zeitkonstanten für Laden und Entladen. Mit Merksätzen und den wichtigen formalistischen Zusammenhängen schliessen Sie die Messübung ab. 14.4.2 Bauteile 14.4.3 Schaltung R = 42,56 k ; C1 = C2 = 470 F Hochohmiges Voltmeter ( 20 k/V) Messen der Kondensatoren mit Spezialmessgerät: C1 F C2 F 08. Juni 2017 www.ibn.ch Version 5 TG 30 14 4 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTRISCHES FELD SERIESCHALTUNG KONDENSATOREN Seite 2 14.4.4 Tabelle Ladevorgang ein Kondensator Ladevorgang Schalter offen Zeit Spannung Zeit Spannung [s] 0 U [V ] [s] 30 U [V ] 5 35 10 40 15 45 20 50 25 55 t [s] Zeit Spannung Zeit Spannung [s] 60 U [V ] [s] 90 U [V ] 65 95 70 100 75 105 80 110 85 115 U [V ] 0 Entladevorgang Zeit Spannung Zeit Spannung Zeit Spannung Zeit Spannung [s] 0 U [V ] [s] 30 U [V ] [s] 60 U [V ] [s] 90 U [V ] 5 35 65 95 10 40 70 100 15 45 75 105 20 50 80 110 25 55 85 115 Schalter offen Theoretische Zeitkonstante Bestimmen Sie die reale Zeitkonstante ( ) aus den Messwerten und der Grafik. Zeitkonstante Aufladung s Zeitkonstante Entladung s 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 14 4 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTRISCHES FELD SERIESCHALTUNG KONDENSATOREN Seite 3 14.4.5 Tabelle Ladevorgang zwei Kondensatoren Ladevorgang Schalter geschlossen Zeit Spannung Zeit Spannung [s] 0 U [V ] [s] 30 U [V ] 5 35 10 40 15 45 20 50 25 55 t [s] Zeit Spannung Zeit Spannung [s] 60 U [V ] [s] 90 U [V ] 65 95 70 100 75 105 80 110 85 115 U [V ] 0 Entladevorgang Zeit Spannung Zeit Spannung Zeit Spannung Zeit Spannung [s] 0 U [V ] [s] 30 U [V ] [s] 60 U [V ] [s] 90 U [V ] 5 35 65 95 10 40 70 100 15 45 75 105 20 50 80 110 25 55 85 115 Schalter geschlossen Theoretische Zeitkonstante Bestimmen Sie die reale Zeitkonstante ( ) aus den Messwerten und der Grafik. Zeitkonstante Aufladung s Zeitkonstante Entladung s 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 14 4 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN ELEKTRISCHES FELD SERIESCHALTUNG KONDENSATOREN Seite 4 14.4.6 Merksätze und Reflexion 22. November 2009 www.ibn.ch Version 5 TG 30 24 1 TECHNOLOGISCHE GRUNDLAGEN LABORÜBUNGEN KOMMUNIKATIONSTECHNIK SWISS-NET ISDN 08. Juni 2017 Seite 1 www.ibn.ch Version 5
