Versuch E2: Kapazität eines Kondensators

Praktikum Physik GK 11
Versuch E2:
Kapazität eines Kondensators
Aufgaben
1. Nehmen Sie die Entladekurve I(t) eines Kondensators mit zunächst unbekannter Kapazität C nach
Aufladen an einer Spannungsquelle mit der Klemmenspannung U a uf .
2. Untersuchen Sie experimentell den Zusammenhang zwischen Stromstärke und Zeit beim Entladen
dieses Kondensators über einen passenden ohmschen Widerstand, und ermitteln Sie daraus die
abgegebene elektrische Ladung. Wiederholen Sie den Vorgang wenigstens dreimal, und führen Sie
anschließend eine Mittelwertbildung durch.
(Hinweis: Der ohmsche Widerstand ist so zu wählen, dass eine Entladung über eine hinreichende Zeitdauer hinweg
beobachtbar und protokollierbar ist und wird Ihnen vom Lehrer vorgegeben.)
3. Ermitteln Sie durch Regression und Integration mit dem GTR die Ladung Q und schließlich die
Kapazität des Kondensators. Vergleichen Sie die experimentell ermittelte Kapazität mit der Angabe
auf dem Typenschild des Kondensators.
Vorbereitung
1. Nennen Sie den mathematischen Zusammenhang zwischen Ladung, Spannung und Kapazität eines
Kondensators.
2. Wie ändert sich beim Entladen des Kondensators die Stromstärke in Abhängigkeit von der Zeit?
Skizzieren Sie den Zusammenhang in einem I(t)-Diagramm. Entscheiden und begründen Sie, welche
der Ihnen bekannten Funktionsklassen am besten einen solchen Entladevorgang beschreibt.
3. Beschreiben
Sie
eine
Möglichkeit
der
Ermittlung
der
Ladung
eines
Kondensators.
(Hinweis: Hier erfolgt der im Unterricht bereits angedeutete Vorgriff auf die Integralrechnung Ma Kl. 12: Die vom Kondensator
aufgenommene Ladung entspricht der überstrichenen Fläche im I(t)-Diagramm.)
Durchführung
1. Bauen Sie die Schaltung nach
nebenstehenden Schaltplan auf.
dem
(Achtung: Polung des Elektrolytkondensators beachten!)
2. Erfassen Sie alle Größen, die erforderlich sind,
um die Ladung des Kondensators zu ermitteln.
3. Messen Sie die Entladestromstärke in
Abhängigkeit von der Zeit! Die Messreihe
sollte mindestens dreimal aufgenommen und
anschließend gemittelt werden.
Auswertung
1. Zeichnen Sie auf Millimeterpapier das I( t) -Diagramm für den Entladevorgang.
2. Ermitteln Sie ausschließlich unter Nutzung Ihrer Messwerte und des Regressions-Menü des GTR die
Gleichung einer Funktion I(t), die diesen Entladevorgang am besten beschreibt.
3. Ermitteln Sie unter Nutzung der Funktion aus 2. die zu Beginn des Entladevorgangs im Kondensator
gespeicherte Ladung Q. (s. unter Vorbetrachtung 3.)
4. Bestimmen Sie die Kapazität des Kondensators aus der Ladespannung und der abgegebenen
Ladung des Kondensators.
3. Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse für die Kapazität des Kondensators mit jenem auf dem
Kondensator angegebenen Wert. Ermitteln Sie den prozentualen Unterschied und führen Sie eine
Fehlerdiskussion durch.