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.