Bestimmung der elektrischen Feldstärke im Plattenkondensator.
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Auf dieser Seite wurde die Theorie der Pendelkugel im Plattenkondensator hergeleitet und die Ergebnisse von realen Experimenten beschrieben.
Die dort hergeleiteten Formeln gehen in die Simulation auf dieser Seite ein.
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Das Applet zeigt einen Blick in einen Plattenkondensator im Schnitt. Eine kleine Kugel ist zwischen den Platten an einem Faden aufgehängt. Die Kugel ist positiv geladen. |
Bemerkung: Die Pendellänge l ist in der Simulation nicht realistisch dargestellt. Daher sind auch die sich ergebenden Winkel viel zu groß.
Für die Rechnung wird in der Simulation einen Pedellänge von 50 cm angenommen, in der Zeichnung ist das Pendel aber nur 8 cm lang.
Fragen / Aufgaben:
1. Die elektrische Feldstärke E.
Belasse zunächst die Grundeinstellungen. (U = 4000 V, d = 0,08 m)
Wenn die Spannung und der Plattenabstand nicht verändert werden, liegt das elektrische Feld im Plattenkondensator fest.
Die Ladung auf der Kugel ist zunächst 2 nC.
- Um welche Strecke s wird die Kugel bei 2 nC Ladung ausgelenkt?
- Um welche Strecke s wird die Kugel bei doppelter Ladung (4 nC) ausgelenkt?
- Welcher Zusammenhang gilt also zwischen der elektrischen Kraft (bzw. der Auslenkung) und der Ladungsmenge auf der Kugel?
Stelle nun für die Spannung an den Kondensatorplatten 2000 V ein. Dadurch wird das elektrische Feld im Plattenkondensator schwächer.
- Welche Auslenkungen ergeben sich nun für eine Ladung von 2 nC bzw. 4 nC ?
- Ist auch hier die elektrische Kraft proportional zur Ladungsmenge?
- Erkläre, warum der Quotient E = Fel / q ein Maß für die elektrische Feldstärke E ist.
2. Wie hängt die elektrische Feldstärke E von der angelegten Spannung U ab?
Wähle nun als Ladung q auf der Kugel 4 nC.
- Verändere die Spannung U an den Kondensatorplatten und untersuche, wie Auslenkung s und el. Feldkraft Fel von der angelegten Spannung U abhängen.
- Wie hängt also die el. Feldstärke E von der angelegten Spannung U ab?
3. Die Ladung auf den Kondensatorplatten erzeugt das elektrische Feld.
Setze nun auch das Häkchen bei "Feldlinien" um die Feldlinien anzeigen zu lassen.
Die Zahl der Feldlinien ist ein Maß für die elektrische Feldstärke E.
Die Zahl der Ladungsvorzeichen neben den Kondensatorplatten ist ein Maß für die Ladungsmenge Q auf den Platten.
Wiederhole nun das Experiment von 2.)
- Welcher Zusammenhang zwischen der angelegten Spannung U und der elektrischen Feldstärke E ergibt sich?
- Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Ladungsmenge Q und der angelegten Spannung U?
- Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Ladungsmenge Q und der Feldstärke E ?
4.) Der Abstand der Platten d wird verändert.
Wähle als Ladungsmenge q für das Kügelchen 2 nC. Schalte zunächst die Darstellung der Feldlinien aus.
- Wie verändert sich die Auslenkung s, wenn der Plattenabstand d von 0,08 m auf 0,04 m halbiert wird?
- Wie ändert sich die elektrische Feldkraft Fel?
- Was bedeutet dies für die elektrische Feldstärke E ?
Schalte nun die Darstellung der Feldlinien wieder ein und wiederhole das Experiment.
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Die Simulationen entstanden mit Hilfe von Physlets von Wolfgang Christian und Mario Belloni vom Davidson College, USA |
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