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Hallo!
ich habe folgendes Problem:
Sind zwei (oder mehr) Kondensatoren in Reihe geschaltet, so soll laut Lehrwerk (Dornbader Physik 12/13) gelten:
[mm] $Q_1=Q_2=:Q$
[/mm]
Begründet wird diese Gleichheit mit Influenz. An Influenz glaube ich.
Nun ist es jedoch so, dass ich beim Thema Faraday-Käfig mit den Schülern (ist richtig gegendert, sind nur Jungs) erarbeitet habe, dass in einem (gut) polarisierbaren Material, das in einen Kondensator eingebracht wird, die Flächenladungsdichte auf den Platten genauso groß ist, wie auf dem Kondensator. Siehe hier illustriert:
[Dateianhang nicht öffentlich]
Darin soll die Größe einer Platte des "H"-Stücks im Innern des geladenen Kondensators genau halb so groß wie die des (äußeren) Kondensators.
Bei gleicher Feldstärke und damit gleicher Flächenladungsdichte ergäbe sich doch eine nur halb so große Ladung beim "H"-Stück? Oder verstehe ich das falsch?
Wie kann dann für in Reihe geschaltete Kondensatoren allgemein gelten, dass alle die gleiche Ladung aufnehmen?
Edit: ...mir fällt anbei noch auf, dass mir eine weitere Sache unklar ist: warum entlädt sich ein Kondensator, wenn man ihn kurzschließt?
Warum diese "blöde" Frage? Nun ja, wenn wir die Kräfte auf eine Ladung auf einer Platte des geladenen Kondensators betrachten, so sind diese in Summe Null. Rechts und links beider Platten ist ein feldfreier Raum (bei einem idealen homogenen Kondensatorfeld). Die Kräfte der gegenüberliegenden Platte halten die Ladungen fest. Mögliche Erklärung: Innerhalb der (um 180 Grad) gebogenen Leitung biegen sich die Feldlinien der beiden Platten mit und zeigen dann an einem (in jedem Fall existierenden) Ort in der Leitung in die gleiche Richtung. Dort ergibt sich ein Stromfluss, dieser zieht die Elektronen von der Platte nach sich.
Dateianhänge:
Anhang Nr. 1 (Typ: jpg) [nicht öffentlich]
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 17:02 Di 07.11.2023 | | Autor: | Infinit |
Hallo Riesenradfahrrad,
Deine Überlegungen zur influenzierten Ladung auf dem eingeschobeben Dielektrikum sind schon richtig. Die Aussage mit der Gleichheit der Ladungen rührt daher, dass bei den Beschreibungen, die ich hier bei mir in 3 Physikbüchern gefunden habe, immer in einen Plattenkondensator ein weiterer Kondensator mit gleicher Plattenhöhe eingeschoben wird. Dann stimmt die Aussage natürlich, aber für Deine Zeichnung stimmt Deine.
Deine Überlegung zur Entladung eines Kondensators kann ich allerdings nicht nachvollziehen. In einem Leiter, der die beiden Platten kurzschließt, befindet sich kein elektrostatisches Feld.Ich habe solch einen Kondesator immer als geladene Batterie betrachtet, die sich über den Kurzschluss entlädt.
Viele Grüße,
Infinit
P.S.: Ich lasse Deine Frage mal auf "teilbeantwortet", vielleicht kommen ja noch mehr Aspekte dazu.
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Vielen Dank an Dich, Infinit, für die rasche Antwort. OK, ich recherchiere mal selbst nochmal, was andere Literatur zur Ladungsaufnahme bei Kondensatoren in Reihe sagt.
Zur Kondensatorentladung sei hier einmal eine Bildserie zur Feldstärke
Die linke Platte mit dem von ihr erzeugten Feld
[Dateianhang nicht öffentlich]
Die rechte Platte mit dem von ihr erzeugten Feld
[Dateianhang nicht öffentlich]
Beide Platten zusammen
[Dateianhang nicht öffentlich]
Die Feldlinien wurden gefärbt - Feldlinien, die nach links zeigen sind braun. Feldlinien, die nach rechts zeigen sind grün. Demnach heben sich sowohl links beider Platten, als auch rechts beider Platten die Felder auf. Es ergeben sich dort feldfreie Bereiche. Damit wirkt in diesen Bereichen auch kein Kräfte auf eine Ladung.
Welche Kraft sollte nun also eine Ladung von der linken Platte ziehen?
Dateianhänge:
Anhang Nr. 1 (Typ: png) [nicht öffentlich]
Anhang Nr. 2 (Typ: png) [nicht öffentlich]
Anhang Nr. 3 (Typ: png) [nicht öffentlich]
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(Antwort) fertig | | Datum: | 17:34 Mi 08.11.2023 | | Autor: | Infinit |
Hallo Riesenradfahrrad,
Deine Bildchen und deren Herleitung zeigen, dass ein elektrostatisches Feld bei einem Plattenkondensator zwischen den beiden Platten existiert, wenn diese aufgeladen sind. Dies ist jetzt nicht so ganz verwunderlich, aber Deine drei Bilder zeigen doch recht schön, dass man, etwas idealisiert, das Superpositionsgesetz anwenden darf und dabei kommt das Richtige raus, nämlich ein Feld zwischen den Platten und keines außerhalb.
In dem Augenblick, in dem Du nun beide Platten durch einen leitenden Draht verbindest, also kurzschließt, verlassen wir das Gebiet der Elektrostatik. Beide Platten besitzen unterschiedliches Potenzial, es existiert ein Potenzialgefälle zwischen beiden Platten und dieses Gefälle wird "Spannung" genannt. Im Draht, der beide Platten miteinander verbindet, entsteht ein elektrisches Feld, dem die Elektronen folgen und damit den Kondensator entladen.
Viele Grüße,
Infinit
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Hallo lieber Infinit,
gehen wir von mir aus gerne in den Bereich Elektrodynamik!
Wo kommt die Kraft/das Feld denn her, das die Elektronen durch eine Leitung (außerhalb) des Kondensators bewegt?
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(Antwort) fertig | | Datum: | 16:00 Fr 10.11.2023 | | Autor: | Infinit |
Hallo Riesenradfahrrad,
egal, ob wir uns in der Elektrodynamik oder der Elektrostatik befinden. Die Einführung des Feldbegriffs in meinem Studium geschah über die Feststellung einer Kraftwirkung zwischen geladenen Teilchen. Diese Kraftwirkung möchte man durch den Zustand des Raumes an der Position der Teilchen erklären. Diesen Zustand des Raumes nennt man ein elektrisches Feld. Es ist ein Modell, um damit arbeiten zu können.
Viele Grüße,
Infinit
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Hallo Infinit,
also das E-Feld ist schon OK für mich.
Aber wie löse ich jetzt den Widerspruch der zwei Aussagen auf:
A: Laut Superposition der E-Felder beider Platten befindet sich links beider Platten und rechts beider Platten ein feldfreier Raum. Ladungen in diesem feldfreiem Raum erfahren keine (elektrische) Kraft.
B: Lege ich eine Leitung außerhalb des Plattenkondensators von einer Platte zur anderen, so wird ein Entladestrom (sogar ein starker) fließen. Also erfahren die Ladungen im Leitungsabschnitt zB links beider Platten ein große (elektrische) Kraft.
Warum ist dies kein Problem für Dich?
Ich würde mich freuen, wenn jemand Lust, darauf einzugehen. Ich glaube, dass ich dadurch vielleicht endlich auch Verständnis über früher von mir gestellte Probleme zum Plattenkondensator und der Spannungsmessung erlangen könnte.
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(Antwort) fertig | | Datum: | 18:07 So 19.11.2023 | | Autor: | Infinit |
Hallo Riesenradfahrrad,
ich verstehe zwar noch nicht so genau, auf was Du hinaus willst, aber die beiden "Versuchsbeschreibungen" sind aus meiner Sicht unabhängig voneinander. Der erste Fall führt zu einem Feld zwischen den Platten, da sind wir uns ja einig.
Mit diesem Feld verbunden ist ein Potentialunterschied zwischen den beiden Platten des Kondensators, es herrscht eine Spannung zwischen ihnen. Verbindet man nun beide Platten über einen Leiter miteinander, so führt dieser Potentialunterschied zu einem Stromfluss zwischen den beiden Platten, wie Du ja auch richtig geschrieben hast. Die Ladungsdifferenzen werden innerhalb einer sehr kleinen Zeitspanne abgebaut und als Endresultat ist der Kondensator entladen und das zwischen seinen Platten früher noch vorhandene Feld existiert nicht mehr. Das ist alles aus meiner Sicht.
Viele Grüße,
Infinit
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So, das ist ein ganz ganz ganz ganz großer Tag für mich!!!
Ich weiß nicht, wie lange ich mich mit dieser Frage um den Stromfluss zwischen Kondensatorplatten - oder sei es die Spannungsmessung dazwischen - befasst habe und sicherlich auch gestritten.
Erst mal Grundsätzliches. Wir (ich und ihr alle anderen) reden IMMER aneinander vorbei. Ihr wollt sagen "is so, weil Potenzialunterschied" und denkt, dass ich es einfach nicht raffe. Ich wollte aber immer den PROZESS verstehen, also die Dynamik, die Kräfte, die die Ladungen fließen lassen. Das habt ihr wohl wiederum nicht verstanden.
Die Krux an der Sache ist die: Ich bin immer fälschlich davon ausgegangen, dass der Ladungsfluss an den Platten beginnt/seinen Ursprung hat oder wie auch immer man das sagen soll. Aber das ist nicht so. Die Ladungsverschiebung beginnt an anderer Stelle - die Ladungen an den Platten folgen dem nur.
Dazu diese Bildserie
[Dateianhang nicht öffentlich]
[Dateianhang nicht öffentlich]
[Dateianhang nicht öffentlich]
[Dateianhang nicht öffentlich]
Ich hoffe, es kann jemand nachträglich verstehen, was ich eigentlich immer wollte. Gern könnt ihr mir auch erklären, warum ihr das nicht so auffassen konntet.
Bei mir kehrt jetzt endlich Frieden in diesem Thema ein. Das tut guuuut.
Dateianhänge:
Anhang Nr. 1 (Typ: png) [nicht öffentlich]
Anhang Nr. 2 (Typ: png) [nicht öffentlich]
Anhang Nr. 3 (Typ: png) [nicht öffentlich]
Anhang Nr. 4 (Typ: png) [nicht öffentlich]
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Übrigens - für mich ergibt sich aus dieser Feldbetrachtung eine weitere interessante Sache:
Bisher habe ich den SchülerInnen immer erklärt, dass der Ladungsunterschied zwischen zwei Orten und die Spannung proportional sind - oder wenigstens einer "je mehr desto mehr"-Beziehung unterliegen, also je mehr Ladungsunterschied desto mehr Spannung. Dies war gedacht insbesondere in der Sekundarstufe I ein bisschen Verständnis für den Spannungsbegriff zu schaffen - unter der Bedingung, dass zwei Punkte A und B stets gleich weit von einander entfernt sind, ist der Spannungsunterschied quasi einfach immer durch den Ladungsunterschied bedingt.
Dies kann aber, wie ich nun sehe, grundlegend falsch sein. Wir betrachten die Punkte A und B im unteren Bild.
[Dateianhang nicht öffentlich]
Dort herrscht selbstverständlich ein Ladungsunterschied (die Platte ist ja geladen, der Punkt A sei hingegen elektrisch neutral). Packen wir dort ein Spannungsmessgerät zwischen, so wird dies jedoch 0 V anzeigen. Denn es gibt keinen Stromfluss zwischen diesen Punkten, weil sich alles links von der Platte im feldfreien Raum befindet.
Dh: Der Ladungsunterschied zwischen A und B kann hier beliebig hoch sein - die Spannung ist stets Null.
[Dateianhang nicht öffentlich]
Dateianhänge:
Anhang Nr. 1 (Typ: png) [nicht öffentlich]
Anhang Nr. 2 (Typ: png) [nicht öffentlich]
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 18:03 So 26.11.2023 | | Autor: | Infinit |
Hallo Riesenradfahrrad,
durch Deine Zeichnungen ist es mir jetzt klar geworden, wie Du Deine Argumentation zum Stromfluß aufbauen willst. Ich habe mal ein wenig im Internet herumgesucht, ob ich da nicht noch was didaktisch Sinnvolles zum Stromfluß in einem Leiter, Deinem Stück Draht, finden kann. Dabei bin ich über die folgende Darstellung gestolpert, die ich recht anschaulich finde. Hier ist der Link dazu: https://ph-ooe.at/fileadmin/Daten_PHOOE/Fachbereiche/Elektrisches_Feld_im_Gleichstromkreis_Handreichung_NEU.pdf. Lässt sich vieleicht gut im Unterricht einsetzen.
Viele Grüße,
Infinit
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Guten Abend Infinit,
soo, nu, habe ich endlich mal wieder hier rein geschaut.
Danke für den Link und die ausführliche Abhandlung.
Ich habs jetzt mal so bis zur Hälfte gelesen. Und so ganz verstehe ich die Theorie noch nicht auf Anhieb, insbesondere müsste ich mir die Feldentstehung an den Nahtstellen des offenen Stromkreises mal mit viel Zeit anschauen.
Aber ich glaub, das geht tatsächlich in die "richtige" Richtung, also bezieht die Art Gedanken ein, die ich mir auch gern mache. Also Erklärung von Stromfluss mit dem elektrischen Feld.
Also ganz herzlichen Dank dafür! ..was alles (schon) gibt, Wahnsinn!
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