Praktikum: Einen Kondensator laden und entladen (Auswertung)

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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)

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.

Die lineare Näherung mit einer Kapazität von 1F ist sehr ungenau.

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.

Der Kondensator verhält sich wie ein Luftballon. Beim Aufblasen benötigt man einen großen Druckunterschied, um Luft hineinzubekommen, denn das Gummi ist fest. Beim Herauslassen der Luft ist das Gummi schlapper und der Druckunterschied dementsprechend geringer. Auch beim Luftballon geht also Energie "verloren". Misst man das Verhalten von Gummi an einem Gummiband, so erhält man ähnliche Kennlinien.

Dieses Verhalten nennt man "Hysterese", es tritt bei vielen Veränderungen auf, die nur mit Energie"verlust" wieder rückgängig gemacht werden können.

Dieser Kondensator ist daher kein besonders effizienter Energiespeicher. Von der hineingesteckten Energie geht 2/3 "verloren".

Ein idealer Kondensator verhält sich dagegen wie eine elastische Stahlfeder, bei dem die Kraft proportional zur Auslenkung ist und keine Energieverluste auftreten.

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