Elektrische Feldkonstante - Vorlesungssammlung Physik

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PHYSIK UN
EM - 164
Elektromagnetismus
Messung der Ladung in einem Kondensator
Folie
V O RL E S U
G
M
Elektrische Feldkonstante
ITÄT
ERS
UL
IV
Sonstiges
Karte nur zur Benutzung in den Räumen der Universität Ulm, Vorlesungssammlung Physik
Anz. Blätter: 2
Datum: 28.10.02
Bearbeiter: Dollhopf W.
Stichworte:
Bestimmung der elektrischen Feldkonstanten ε0; Dielektrizitätskonstante des
Vakuums, Messung; Lichtgeschwindigkeit, Methode von Kohlrausch und Weber;
Elektrische Feldkonstante epsilon null; Feldkonstante, Messung der elektrischen
Zweck:
Ein Plattenkondensator bekannter Geometrie wird auf eine bestimmte Spannung
aufgeladen und dann über Widerstände entladen. Aus dem Entladestrom wird die
gespeicherte Ladung bestimmt. Letztlich konnte daraus früher die elektrische
Feldkonstante ε0 bestimmt werden. Zusammen mit der Permeabilität µ0 konnte die
Lichtgeschwindigkeit berechnet werden.
Zubehör:
Spezieller Kondensator {76-4}
Netzgerät Rhode und Schwarz NGM280/01 {65-1}
Voltmeter Neva SDM 5050 {61-4A}
Umschalter Phywe 6030 {61-10}
Isolator {62-4} mit Widerständen 10 Mohm und 10 kOhm {69A-12}
Oszilloskop Gould 500 {63-3}
Bild:
Literaturwert:
Literaturwert: ε0 = 1/( µ 0 c 2 ) = 8,8541878 ⋅10 −12 As / Vm
Ist exakt festgelegt da c festliegt und µ 0= 4π ⋅10 −7 Vs / Am
zum Osz. Masse
Schaltung:
Umschalter
10 kOhm
U = 200 V=
+
Kondensator C
zum Osz. Kanal 1
10 MOhm
zum
Netzgerät
-
10 MΩ
Isolator
10 kΩ
zum Oszi
zum C
Aufbau und
Messung:
Siehe Bild und Schaltung.
Einstellung Gould 500:
CH1: ON, DC, kalibriert, 20 mV/Div, Hold: off
CH2: Off
Trigger: +0,5 V, 10% Pretrigger, CH1, DC, AUTO, +
Time: 5 ms/Div, Mag: off
Menü-Optionen: Tasten in angegebener Reihenfolge drücken
- Menus/Control – Ref Trace(4) – off (1) – 0 (Referenzkurve ausschalten)
- Menus/Post Storage – Cursor Measurements (4) Calculation 1 – off (2) Calculation 2 – Area (3) Calculation 3 – off (4) – 0
-
Select trace so oft drücken, bis links unten im Display “TR1 AREA…”
angezeigt wird;
Run (LEDs bei „Stored“ und „Armed“ dürfen nicht leuchten;
Roll
Trigger: Auto
Mathematische Grundlinie mit dem Schalter Datum/Poststorage vertikal auf
das Signal von Kanal 1 schieben (TR1-Area-Wert muss minimal werden)
Messungen:
- Trigger: Norm
- Kondensator laden (Schalter)
- S/Shot drücken, LED „Armed“ muss leuchten (Triggerschwelle erhöhen, falls
Oszilloskop vor der Messung wieder auf „Stored“ umschaltet)
- Kondensator entladen (Schalter)
Anmerkung :
Die Anzeige wird etwas übersichtlicher, wenn das Gitter am Display abgeschaltet
wird.
Menus/Control – Graticule : off (3) – 0
Auswertung:
Auswertung:
Q = CU
ε0 =
Messung:
Q = Fläche · 10-4 As
C = ε0A/d
Qd
AU
U
wobei: U = 150 V
A = 0,09 m2
d = 0,001065 m
Fläche
-7
Q wird gemessen (1,01 · 10 As)
Mit diesen Werten: ε0 = 7,89 · 10-5 · Q
Zeit
= 7,97 · 10-12 As/Vm
Bemerkungen:
1.) Die Bestimmung von ε0 ist nicht mehr sehr sinnvoll, da ε0 wegen der
Festlegung der Lichtgeschwindigkeit ohne Fehlergrenzen festliegt. Aber als
historisches Experiment wichtig, besonders im Hinblick darauf dass aus ε0 und
der Permeabilität des Vakuums µ0 die Lichtgeschwindigkeit berechnet werden
konnte (Methode von Kohlrausch und Weber).
2.) Man kann aber den Aufbau als Spannungsmessgerät benutzen, bzw. zum
kalibrieren von Spannungsmessgeräten (Digitalvoltmeter)
U=
Q Qd
=
C ε0 A
3.) Eine dritte Möglichkeit wäre die Messung der relativen
Dielektrizitätskonstanten, wenn man ein Dielektrum in den Kondensator einbaut.