Elektrostatik

 

Versuch 1:

1.) Arbeitsmaterialien:

1.     Plattenkondensator (mit verstellbarem Abstand)

2.     Leiter zum Übertragen der Spannung

3.     Instrument zum Messen von Ladungen (hier wird es zum Messen der Spannung eingesetzt; siehe: Kurzbeschreibung)

4.     Spannungsregler

5.     Widerstand

6.     Kabel

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.) Kurzbeschreibung:

Der Plattenkondensator wird wie abgebildet aufgebaut. In diesem Versuch soll der Zusammenhang zwischen der Spannung U, der Kondensatorkapazität C und dem Abstand der Platten d ermittelt werden. Dazu schickt man Ladungen durch den Plattenkondensator, wodurch ein Feld entsteht. Wenn man nun den Abstand der beiden Platten verändert, so zeigt sich die Wechselwirkung zwischen den Größen.

 

Zum Messen der Spannung wird ein Instrument benutzt, dass eigentlich die Ladung abmisst. Dies funktioniert, indem die Ladung auf zwei Nadeln abgegeben wird. Da eine Nadel festsitzt und die andere beweglich ist und da sich gleiche Ladungen abstoßen, entfernt sich die bewegliche Nadel von der Feststehenden, je nachdem wie viele freie Ladungen vorhanden sind. So kann man auf einer Skala die ungefähre Ladungsmenge ablesen.

In den Stromkreis mit dem Plattenkondensator integriert, kann man so jedoch auch die Spannung zwischen den Platten ungefähr feststellen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.) Ergebnisse & Beobachtungen:

 

Abstand der Platten (d)	Einheiten auf der Skala	Ungefähre Spannung (U)
20 mm	8	4 kV
18 mm	7,5	3,75 kV
16 mm	7	3,5 kV
14 mm	6,5	3,25 kV
12 mm	6	3 kV
10 mm	5,5	2,75 kV
8 mm	5	2,5 kV
6 mm	4,5	2,25 kV
4 mm	4	2 kV
2 mm	3,5	1 kV

 

Daraus ergibt sich folgende Kurve:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Erklärung:

 

Q = C * U

 

C = (Є₀ * A)/d

 

à                                        Q = ((Є₀ * A)/d) * U

à                                        U = (Q * d)/( Є₀ * A)

 

d.h.:

wenn der Abstand kleiner wird, dann sinkt die Spannung und steigt die Kapazität

wenn der Abstand größer wird, dann steigt die Spannung und sinkt die Kapazität

Versuch 2:

1.) Arbeitsmaterialien:

Van der Graaf – Generator

 

2.) Kurzbeschreibung:

Der Van der Graaf-Generator besteht im Groben aus einem sich schnell bewegenden Riemen und einer Metallkugel.

Wenn man das Gerät einschaltet, beginnt der Riemen die zwei Spulen zu umlaufen. Während er das tut, werden mit Hilfe eines Kammes die positiven von den negativen Ladungen getrennt. Der eine Teil der Ladungen geht mit dem Riemen nach oben zur Metallkugel, welche innen hohl ist. Die Ladungen werden an das Metall abgegeben, woraufhin ein elektrostatisches Feld um die Kugel

herum entsteht.

Diese Ladung kann jedoch auch auf andere Gegenstände abgegeben werden.

 

Experimente mit dem elektrostatischen Feld:

a.) Haare oder Ähnliches:

Wenn Objekte wie etwa Haare statisch aufgeladen werden, dann passiert dies:

Jedes Haar wird mit Ladungen versehen.

Da sich gleiche Ladungen abstoßen versuchen die Haare soweit wie möglich voneinander weg zu kommen.

b.) „Die fliegende Schnur“:

Stellt man eine Konstruktion wie abgebildet auf, so geschieht folgendes:

Die beiden Enden der Schnur laden sich statisch auf und stoßen sich ab. Ebenso werden sie auch von der Kugel des geladenen Van der Graaf-Genetators abgestoßen. Deshalb entfernen sich die Enden voneinander und von der Kugel bis sie sich losreißen und mit dem Faden davonfliegen.

 

 

 

c.) „Das Elektrostatikrad“:

Lädt man ein Rad, an welchem drei Spitzen angebracht worden sind, auf so beginnt es sich wahrscheinlich zu drehen, aufgrund der Tatsache, dass an Spitzen immer ein sehr großes Feld entsteht. Da die Ladung des Van der Graaf-Generators auch auf die Umgebungsmoleküle übergeht, werden auch dies geladen und so stoßen sich die Felder an den Spitzen ab und das Rad dreht sich.

d.) „Funkenplatte“:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Diese Kunststoffplatte ist mit Metallplättchen versehen, welche nur einen geringen Abstand zueinander aufweisen. Leitet man nun eine hohe Spannung auf das erste Plättchen und schließt man vorher den Stromkreis beim letzten Plättchen, so kann man beobachten, dass zwischen zwei benachbarten Plättchen ein Lichtbogen entsteht. Denn bei hoher Spannung und entsprechend kleinem Abstand ist es dem elektrischen Strom möglich den Raum zwischen zwei Leitern zu überspringen, also trotz sehr schlecht leitender Medien zu fließen.

 

 

e.) Glockenspiel:

Dies ist eine musikalische Anwendung von Ladungen. Die mittlere Glocke, durch einen Isolator abgeschirmt, nimmt im Gegensatz zu den anderen Glocken keine Ladungen auf.

Die geladenen Glocken ziehen daher die frei hängenden Metallkugeln an, diese schlagen gegen die Glocken. Dabei werden Teile der überschüssigen Ladungen auf die Kugeln übergeben, woraufhin sie von den Glocken wieder abgestoßen werden. Gleichzeitig werden die geladenen Kugeln von der ungeladenen Glocke angezogen, bei Kontakt werden die Ladungen übertragen. Die überschüssigen Ladungen in der mittleren Glocke können abfließen und der ganze Prozess beginnt erneut.

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