Kondensator-Demo-Erklärung

Ich weiß, dass bei einem geladenen Kondensator die Spannung zunimmt, während die Kapazität abnimmt, wenn man die Platten weiter auseinander trennt. Aber wenn die Platten immer weiter auseinander gezogen werden, kann die Potentialdifferenz über den Platten oder die Spannung nicht unbegrenzt ansteigen? Wo hört es auf?

Kann mir bitte auch jemand das in diesem Video gezeigte Setup genauer erklären, vielleicht mit einem Schaltplan? https://www.youtube.com/watch?v=e0n6xLdwaT0

Vor allem, wenn er den Kondensator mit einem Netzteil auflädt und dann das Netzteil trennt, wo wird dann der Strom gemessen, wenn die Platten auseinander bewegt werden? Ich nehme an, die Platten sind nicht elektrisch verbunden, sonst würde sich der Kondensator entladen?

Denken Sie, dass Ihre potenzielle Energie nicht unbegrenzt ansteigen sollte, wenn Sie sich immer weiter von einem massiven Körper wie einem Planeten entfernen?
In der Praxis hört es auf, wenn die Spannung groß genug ist, um die Luft um die Kondensatorplatten herum zu ionisieren und den Kondensator auf diese Weise zu entladen. Die Spannung, die erforderlich ist, um die Entladung an einem scharfen Punkt oder einer scharfen Ecke der Leiter zu starten, beträgt nur wenige kV.
@AaronStevens: Um fair zu sein, es steigt nicht auf unbestimmte Zeit, da es so etwas wie Fluchtgeschwindigkeit gibt.
@MichaelSeifert Ich bin mir nicht sicher, ob ich folge. − 1 R eine monoton steigende Funktion als ist R erhöht sich
Richtig, aber es steigt nicht unbegrenzt. Ich nehme an, es hängt davon ab, ob Sie "auf unbestimmte Zeit ansteigen" als "monoton ansteigen" oder "beliebig groß werden" interpretieren.
@MichaelSeifert Ah ok ich verstehe was du sagst. Ja, ich wollte nicht sagen, dass das Potenzial unbegrenzt steigt. Ich habe es so verstanden, dass Ihr Potenzial immer größer wird, wenn Sie sich immer weiter nach außen bewegen, wenn auch immer langsamer
Die potenzielle Gravitationsenergie als Vergleich zu nehmen, fühlt sich seltsam an, denn je weiter eine Masse von einer anderen Masse entfernt ist, desto weniger Kraft erfährt sie, bis zu einem Punkt, an dem die erfahrene Kraft so vernachlässigbar ist, dass sie nur theoretisch zählt. Ich finde es schwer zu glauben, dass man das bekommen könnte in den Multi-kV-Bereich, indem zwei Platten mit winziger Kapazität getrennt werden.
Das Feld wird inhomogen, wenn die Platten auseinandergezogen werden, und die erforderliche Kraft nimmt ab, ähnlich wie im Beispiel der Schwerkraft / des Planeten.

Antworten (2)

Die potenzielle Gravitationsenergie als Vergleich zu nehmen, fühlt sich seltsam an, denn je weiter eine Masse von einer anderen Masse entfernt ist, desto weniger Kraft erfährt sie, bis zu einem Punkt, an dem die erfahrene Kraft so vernachlässigbar ist, dass sie nur theoretisch zählt

Dasselbe passiert mit den Ladeplatten.

Bei geringem Abstand (wenn der Abstand viel geringer ist als die Größe der Platten) ist das Feld zwischen den Platten gleichmäßig und das Potential steigt linear mit dem Abstand. Dies ist analog dazu, wie wir die Gravitationsenergie in der Nähe der Erde behandeln. Das Feld ist nahezu gleichförmig, daher nehmen wir an, dass Energie und Potenzial linear mit der Höhe zunehmen.

Bei größeren Entfernungen können wir nicht mehr davon ausgehen, dass das Feld gleichmäßig ist, und die Energie- oder Potentialänderung mit zunehmender Entfernung beginnt schnell abzunehmen. Bei großen Entfernungen gehen die Kräfte/Gravitations-/elektrischen Felder gegen Null.

Wenn die Kondensatorplatten klein sind, ist auch der lineare Bereich zum Trennen der Platten klein.

Ich denke, Sie könnten den letzten Satz sogar verstärken zu "egal wie groß die Platten sein werden, der 'lineare Bereich' wird viel kleiner sein".
Bei großen Abständen (wo der Abstand zwischen den Platten viel größer ist als die Größe der Platten) ist das elektrische Feld um den Kondensator ungefähr gleich dem Feld von zwei Punktladungen, sodass die Kraft einem umgekehrten quadratischen Gesetz folgt. Bei mittleren Entfernungen liegt das Feld zwischen den Annäherungen "Nahfeld" und "Fernfeld".

Aber wenn die Platten immer weiter auseinander gezogen werden, kann die Potentialdifferenz über den Platten oder die Spannung nicht unbegrenzt ansteigen? Wo hört es auf?

Jede Platte eines geladenen Kondensators trägt etwas Ladung. Jede Platte hat auch eine gewisse Eigenkapazität.

Angesichts dieser Eigenkapazität und dieser Ladung können wir das Potential einer isolierten Platte relativ zur Unendlichkeit finden. Da die Kapazität einer isolierten Platte viel kleiner sein könnte als die Kapazität des Kondensators, zu dem die Platte gehörte, könnte das Potential der isolierten Platte relativ zur Spannung am ursprünglichen Kondensator sehr hoch sein, wäre aber immer noch endlich wäre ein Potential einer isolierten Kugel ähnlicher Größe.

Wenn wir also zwei Platten eines geladenen Kondensators in unendlicher Entfernung voneinander trennen, ist die Potentialdifferenz zwischen ihnen gerecht 2 x des Potentials einer isolierten Platte - nicht unendlich.

Kann mir bitte auch jemand das in diesem Video gezeigte Setup genauer erklären, vielleicht mit einem Schaltplan? https://www.youtube.com/watch?v=e0n6xLdwaT0

Der Zweck dieses Aufbaus besteht darin, die Beziehung zwischen der Kapazität, der Ladung auf einem Kondensator und der Spannung auf dem Kondensator zu demonstrieren, dh C = Q v .

Die Schaltung des Setups ist unten dargestellt:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Mit dem Elektrosop (oben) wird die Spannung am Kondensator gemessen. Das Elektrometer (rechts) dient zur Messung des Lade- und Entladestroms.

Im ersten Versuchsteil (linke Schaltung) wird das Netzteil auf a gestellt 1 V, ist immer mit dem Kondensator verbunden, was bedeutet, dass sich die Spannung am Kondensator nicht ändert. Wenn sich also der Abstand zwischen den Platten des Kondensators und damit die Kapazität ändert, wird der Kondensator gemäß der Formel geladen oder entladen. Möglicherweise stellen Sie fest, dass bei gleichen Abstandseinstellungen die Lade- und Entladeströme signifikanter sind, wenn die Platten näher beieinander liegen, da dies die relativen Änderungen der Kapazität größer macht.

Im zweiten Versuchsteil (rechte Schaltung) wird der Kondensator vom Netzteil auf geladen 1.5 V, danach wird die Stromversorgung getrennt, was bedeutet, dass die Ladung des Kondensators während des Experiments ungefähr gleich bleibt.

Wenn der Abstand zwischen den Platten vergrößert wird, nimmt die Kapazität ab und daher steigt gemäß der Formel die Spannung, was durch das Elektroskop angezeigt wird.

Wenn dann eine Folie aus einem dielektrischen Material zwischen die Platten eingefügt wird, steigt die Kapazität an, was bewirkt, dass die Spannung abnimmt.

Wie bereits erwähnt, sollte die Ladung des Kondensators im zweiten Teil des Experiments konstant sein, aber wir können sehen, dass das Elektrometer immer noch erhebliche Lade- und Entladeströme registriert. Dies geschieht, weil die Kapazität des Elektroskops im Vergleich zur Kapazität des Kondensators nicht vernachlässigbar ist. Wenn sich also die Kapazität des Kondensators ändert, findet eine gewisse Ladungsumverteilung statt. Wir können also sagen, dass dieses Setup nicht perfekt ist, aber es zeigt immer noch grundlegende Kondensatorbeziehungen.

Ok, jetzt verstehe ich, das war ein Teil der Verwirrung, weil ich mir nicht sicher war, wie Strom für einen Kondensator sein kann, der mit nichts verbunden ist. Jetzt frage ich mich, ob die gleichen Prinzipien für einen Parallelplattenkondensator gelten, wenn wir ihn nehmen eine Platte und schieben Sie sie seitlich weg, was bedeutet, dass die Gesamtfläche zwischen den beiden Platten abnimmt, was passiert diesmal mit der Ladung? es baut sich an der Seite der Platte auf, die der gegenüberliegenden Platte zugewandt ist? aber die Gesamtladung ändert sich nicht, oder?
@Girts Wenn eine Platte seitwärts bewegt wird, nimmt die Kapazität ab. Wenn eine konstante Spannung an den Kondensator angelegt wird, nimmt die Ladung ab (fließt zurück zur Stromversorgung), ähnlich wie bei einer Vergrößerung des Abstands zwischen den Platten: Q = CV.
@VF Wie wird während des zweiten Experiments die Ladung, die sich zwischen dem Kondensator und dem Voltmeter bewegt, als Messwert auf dem Mikroamperemeter registriert? Dazu müsste Strom durch das Mikroamperemeter fließen, und so würde sich die Nettoladung auf den über Ihre schwarzen Leitungen verbundenen Platten ändern, die mit Ihren roten Leitungen verbundenen jedoch nicht.
@Farcher Du hast absolut recht. Ich habe die Schaltung aktualisiert, um dies widerzuspiegeln. Interessanterweise habe ich mir diesbezüglich eine Notiz gemacht, als ich das Video analysierte, aber dann irgendwie das Amperemeter auf die falsche Seite des Wasserhahns gestellt. Vielen Dank für Ihr Feedback.
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