Kondensator Grundlagen: Kapazität, Plattenkondensator & Energie (+ Übungsaufgaben) | Physik Abitur
MINT Lernstudio Kamm
https://www.youtube.com/watch?v=QnANTIzhI2U

Transkript (automatisch erstellt)

0:00 Was haben ein Blitz, ein Defibrillator und der Touchscreen deines Handys gemeinsam? Sie alle nutzen das Prinzip des Kondensators. Ein Bauteil, das
0:08 Energie extrem schnell speichern und wieder abgeben kann. Hallo und herzlich willkommen im Mint Lernstudio. Ich bin Felix Kam, Gymnasiallehrer für Mathe,
0:15 Informatik und Physik. In diesem Abitur Essentials Video klären wir die absoluten Grundlagen. Was ist Kapazität? Wie ist ein Kondensator aufgebaut und
0:23 wie viel Energie steckt drin? Und am Ende rechnen wir typische Abi Aufgaben von einfach bis schwer. Los geht's. Stellt euch einen Kondensator wie ein
0:31 Akku vor, der aber keine chemische Energie, sondern elektrische Ladung speichert. Er besteht im Prinzip nur aus zwei leitenden Platten, die voneinander
0:39 isoliert sind. Legt man eine Spanne U an, sammelt sich auf der einen Platte positive Ladung Q und auf der anderen negative Ladung - Q. Die Kapazität ist
0:49 das Maß dafür, wie viel Ladung der Kondensator pro Volt, also pro Spannung aufnehmen kann. Die Formel ist C = Q dur U. Die Einheit dazu ist Far. Das hat
1:02 übrigens nichts mit dem Fahrrad zu tun. Ein Farrat ist eine riesige Kapazität. Im Abi rechnet ihr normalerweise mit sowas wie Micro oder Nano oder sogar
1:11 Picofarad. Die wichtigste Bauform im Abitur ist der Plattenkondensator. Seine Kapazität hängt nur von seiner Geometrie ab. Die Formel ist C = Y0* ER mal a dur
1:22 d. A ist die Fläche der Platten. Mehr Fläche heißt mehr Kapazität. D ist der Abstand. Kleinerer Abstand gleich mehr Kapazität, weil die Ladung sich stärker
1:33 anziehen kann. 0 ist die elektrische Feldkonstante. Und jetzt wird's spannend. R ist die Elektrizitätszahl. Schiebt man einen Isolator, ein
1:43 sogenanntes Dielektrikum zwischen die Platten, erhöht sich die Kapazität um genau diesen Faktor R. Das Material hilft durch Polarisation mehr Ladung zu
1:53 speichern. Wenn ihr diese Formel und die wichtigsten Rwerte übersichtlich braucht, dann ladet euch das kostenlose PDF Begleitmaterial zu diesem Video
2:00 herunter. Link ist direkt hier unten in der Beschreibung. Ein Kondensator speichert Energie. Diese Energie steckt im elektrischen Feld zwischen den
2:07 Blatten. Die Formel, die ihr können müsst, E elektrisch = 1/2* C* U². Das ist die Energie, die der Defibrillator abgibt oder die der Blitz entläht. Mit C
2:17 = Q dur U können es auch umformen zu E elektrisch = 1/2/ Q* U. Okay, schauen wir uns an, wie das im Abi dran kommt. Wir steigern das Niveau. Aufgabe 1:
2:27 Einfach. Ein Kondensator mit C = 20 Mikrofarad wird mit einer Ladung von Q = 400 Mikrocouon geladen. A, welche Spannung U liegt an? B, welche Energie E
2:38 ist gespeichert? Ganz basic. A, wir nutzen C = Q dur U und stellen um nach U. U = Q dur C. U = 4 Mikrocou durch 20 Mikrof = 20 Volt. Die Präfixe Mikro
2:50 kürzen sich quasi raus. Sehr praktisch. B. Für die Energie nehmen wir E = 1/2 Q mal U, weil wir Q und U jetzt haben. E = 400* 10 hoch -6 Couon mal 20 Vol = 0,004
3:08 Joule, also 4 mij. Aufgabe 2: Mittleres Niveau. Ein Plattenkondensator soll eine Kapazität von C = 1,0 Nanofar haben. Die Platten haben eine Fläche von A = 20 cm.
3:21 Als Dialekrikum wird Glas mit R = 5 verwendet. Das ist eine klassische Umstellaufgabe. Wir brauchen die Formel C = Y0 mal r* mal A dur D. Wir stellen
3:32 sie nach D um. D = Y0* ERYR* A dur C. Achtung, pass auf mit den Einheiten. A = 80² cm sind 80 x 10 hoch -4². C = 1,0 Nano sind 1,0* 10 hoch -9°. D =
3:52 8,854* 10 hoch -12* 5* 80* 10 hoch-4 1,0* 10 hoch-9. Das sind ungefähr 3,54 x 10 hoch -4 m, also etwa 0,35 mm. Der
4:08 Abstand muss also ungefähr 0,35 mm betragen. Aufgabe 3: Schwer. Ein Plattenkondensator mit Luft erst also = 1, wird auf U = 100 Volt geladen und
4:21 dann von der Quelle getrennt. Dadurch wird der Plattenabstand D verdoppelt. Danach wird der Plattenabstand D verdoppelt. Was passiert? A mit der
4:31 Ladung Q, B mit der Kapazität C, C mit der Spannung U. Das ist die klassische Transferfrage, die euer Verständnis testet. Teil A: Die Ladung Q. Die Quelle
4:41 ist getrennt. Die Ladung Q ist auf den Platten gefangen. Sie kann nirgendwohin. Die Ladung Q bleibt konstant. Teilaufgabe B: Kapazität C. Die Formel
4:50 ist C = A dur D. Der Abstand D steht im Nenner. Wenn D verdoppelt wird, halbiert sich die Kapazität. Teilaufgabe C, die
4:59 Spannung U. Jetzt kombinieren wir die Grundformel ist C = Q dur U. Wir stellen also nach U = Q dur C. Q bleibt konstant, siehe A. C
5:10 hat sich halbiert, siehe B. Die Spannung verdoppelt sich, sie steigt auf 200 Volt. Warum? Weil man die mechanische Arbeit verrichten muss, um die Platten
5:20 gegen die Anziehung auseinanderzuziehen. Diese Arbeit steckt jetzt als zusätzliche Energie im elektrischen Feld. Das sind die Basics und die
5:27 typischen Denkaufgaben dazu. Ihr wisst jetzt, was Kapazität ist, wovon sie abhängt und wie man die Energie berechnet. Noch mehr Übungsaufgaben auch
5:35 zu dem, was passiert, wenn man ein Dielektrikum in den Kondensator schiebt, findet ihr in der Videobeschreibung. Aber was passiert eigentlich, wenn der
5:42 Kondensator über einen Widerstand geladen wird? Wie lange dauert das? Das klären wir im nächsten Video, dem wichtigsten Teil für euer Leistungsfach
5:49 Abi, dem RC Kreis. Abonniert das Mintlandstudio und aktiviert die Glocke, um Teil 2 dieser Miniserie nicht zu verpassen. Bis dahin bleibt neugierig.
5:58 Euer Felix Kam. เฮ