Praktikum: Einen Kondensator laden und entladen (Auswertung)
Erstellen der Diagramme
Zur besseren Erfassung der Messwerte wurde der Ladevorgang und der Entladevorgang gefilmt. Mit dem Programm "avidemux" kann man dann bequem den Film vor- und zurückspulen. (Das Video des Ladevorgangs und das Video des Entladevorgangs)
Der Stromstärke und Spannungsverlauf wurde in eine Tabellenkalkulation eingegeben. (LibreOffice-Calc-Datei)
- Diagramme des Ladevorgangs
Die Ladung nimmt exponentiell ab.
Auch die Spannung nähert sich exponentiell einer oberen Schranke.
Die gespeicherte Energie nimmt zunächst linear zu, dann nähert sie sich einer oberen Schranke.
Die Stromstärke fällt ungefähr exponentiell ab.
Die Kennlinie dieses Kondensators ist nicht linear!
Die Leistung erreicht nach ca. einer Minute ein Maximum und fällt dann ab.
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
- Diagramme des Entladevorgangs
Die Ladung nähert sich exponentiell einer oberen Schranke.
Die Spannung fällt zunächst stark ab, danach fällt sie ungefähr exponentiell.
Die gespeicherte Energie nimmt exponentiell ab.
Die Stromstärke ist negativ, weil sich die Stromrichtung ändert. Der Betrag der Stromstärke fällt zunächst stark ab, dann sinkt er fast linear.
Auch beim Entladen ergibt sich keine lineare Kennlinie.
Die Leistung ist negativ, weil die Energiemenge abnimmt. Der Betrag der Leistung fällt exponentiell.
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
.png)
Die Kapazität
Die Kennlinie dieses Kondensators ist nicht linear. Sowohl beim Laden als auch beim Entladen sind die Spannung und die Ladung nicht zueinander proportional. Es macht daher eigentlich keinen Sinn, dem Kondensator eine Kapazität zuzuordnen.
_mit_idealer_Kennlinie.png) |
Während des Ladens benötigt man 0,5C Ladung, um eine Spannung von 2V zu erreichen, was einer Kapazität von 0,25F entspricht und mit 2,5C geflossener Ladung steigt die Spannung auf 4V, was einer Kapazität von 0,6F entspricht. Während des Entladens sind bei 4V Spannung 4,3C Ladung gespeichert, was einer Kapazität von 1,1F entspricht und bei 1V Spannung sind es 2C Ladung, was der Kapazität 2F entspricht. Auf dem Kondensator steht trotzdem die Angabe: "5.5V / 1F". Dies ist eine grobe lineare Näherung. |
Die Energiemenge
Die in den Kondensator hinein oder herausgeflossene Energie kann man mit der Fläche im U(Q)-Diagramm berechnen.
Man zählt etwa 53 Kästchen à 0,25 Joule, insgesamt fließen also ca. 14 Joule Energie in den Kondensator hinein.
Die Fläche unter der Entladekurve ist viel kleiner. Nur noch 5 Joule Energie können beim Entladen genutzt werden, was 36% entspricht. Der Energie-"Verlust" beträgt 9 Joule oder 64%.
_mit_Bemerkungen.png)
_mit_Energie.png)
Dieser Kondensator ist kein besonders effizienter Energiespeicher. Fast 2/3 der hineingesteckten Energie geht "verloren".
