Physikpraktikum in Klasse 9

Versuchsanleitung

E4 Laden und Entladen eines Kondensators

Aufgaben:

 

Lade einen Elektrolytkondensator 4 min auf und entlade ihn (variiere dabei die Größe des Entladewiderstandes!)!

Zeichne die Entladekurven in ein Entlade – Zeit – Diagramm!

Vorbetrachtungen:

 

Wie ist ein Kondensator aufgebaut?

Elektrolytkondensatoren zeichnen sich durch kleine Abmessungen und hohe Speicherwirkung aus. Sie sind aber polaritätsabhängig. Was bedeutet das?

Zeichne die Polung an den Elektrolytkondensator.


Um die Wirkungsweise eines Kondensators zu begreifen, betrachten wir zunächst ein mechanisches Modell: Um einen 10 Liter Eimer Wasser zu füllen („zu laden“), kann ich einen starken Wasserstrahl („hohe Stromstärke“) benutzen oder ihn tröpfchenweise („kleine Stromstärke“) füllen. Es dauert unterschiedlich lange, bis er gefüllt ist. Dann ist sein Fassungsvermögen („seine Kapazität“) von 10 Litern erreicht. Mehr passt nicht in den Eimer hinein. Jetzt kann ich den gefüllten Eimer als Wasserspeicher stehen lassen bis zu dem Zeitpunkt, an dem ich wieder Wasser benötige. Gieße ich den Eimer wieder aus („entlade ich ihn“), kann ich das wieder mit einem großen Wasserstrahl („große Stromstärke“) in sehr kurzer Zeit oder mit einem feinen Strahl („kleine Stromstärke“) in längerer Zeit tun. Bis das gesamte Fassungsvermögen des Eimers („Kapazität“) aus dem Eimer geflossen ist, kann ich dies also durch die Stärke des Strahls beeinflussen. Ob ich den Eimer schnell oder langsam entleere ist gleich, immer kann ich nur soviel Wasser ausfließen lassen wie vorher eingefüllt wurde bzw. hineinpaßt. Der Kondensator kann elektrische Ladungen speichern. Dazu muss er geladen werden. Beim Laden werden durch die Spannungsquelle der einen Platte Elektronen entzogen und durch den Verbindungsleiter auf die andere Platte transportiert. Die Platten sind negativ (Elektronenüberschuß) bzw. positiv (Elektronenmangel) geladen. Jeder Kondensator hat aufgrund seiner Konstruktion eine bestimmte Speicherfähigkeit, die „Kapazität“. Sie wird in „Farad“ angegeben. Beim Entladen fließen die Elektronen solange von der negativen Platte durch den Entladewiderstand zur positiven Platte, bis beide Platten wieder elektrisch neutral sind. Der Entladewiderstand regelt, mit welcher Stromstärke die Entladung vor sich geht.

Ergänze:     Kleiner Widerstand à ................... Stromstärke à ................... Entladezeit
                  Großer Widerstandà ................... Stromstärke à ................... Entladezeit

Durchführung:

 

Fertige eine Messwerttabelle bis 240s nach der Vorgabe an!

Baue nach Schaltplan den Lade- und Entladekreis auf!

Lass den Aufbau vom Lehrer kontrollieren!

Lade den Elektrolytkondensator (10000 lF) mit einer Spannung von 10 V 4 min auf!

Entlade ihn über einen Entladewiderstand von 5,1 kW! Miss dabei aller 15s die Entladestromstärke in mA!

Wiederhole die Aufgabe 4!

Wiederhole die Aufgabe 5, benutze jedoch einen Entladewiderstand von 10 kW!

Zeichne die Messwerte in ein Entladestrom – Zeit – Diagramm!

Vergleiche die Grafen!

Formuliere eine Erkenntnis über den Einfluß des Entladewiderstandes auf die Entladung des Kondensators!

Wozu könnte ein solches zeitabhängiges elektrisches Bauelement genutzt werden?

Tabelle:

Zeit t in s	Entladestrom I in mA (5,1 kW)	Entladestrom I in mA (10 kW)
0
15
30
45
60

Schaltplan:

Ergebnisse:

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Autoren: Hans-Jörg Hain, Sabine Fugmann; 43. Schule - Sportmittelschule - Leipzig