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Ladung und Energie bei Kondensatoren

Schüler

Tags: elektrotechnik

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20:25 Uhr, 25.04.2013

hallo,
könnte jemand meine rechnungen überprüfen?

1.Ein PKW hat eine Starterbatterie von 12V,63Ah.Berechnen Sie die Kapazität eines Kondensators,der bei gleicher Spannung dieselbe Ladung aufnehmen kann.

da habe ich für

C = 5,25

Ah/v (edit nach deinen Hinweis das ich die Formel verdreht habe) als Ergebnis

2.Die Ladung eines Elektrons beträgt

e = 1,6 \cdot 10^{- 19}

As.Berechnen Sie die Anzahl

n

der Elektronen, die ein Keramiktrimmer bei einer kapazität von 22pF an DC

220 V

am negativen Anschluss aufnimmt.

da habe ich für

Q = 4,84 N

As und für

n = 30,25

raus

mfg ich hoffe mir kann jemand helfen.

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22:04 Uhr, 25.04.2013

Akku:

W = U \cdot I \cdot t

Kondensator:

W = ½ \cdot C \cdot U^{2}

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22:05 Uhr, 25.04.2013

Wieso Watt? oder meinst du was anderes damit??
mfg

die formeln habe ich benutzt c=Uc/Q für nr1.
für nr2.

Q = u \cdot c = 220 v \cdot 22 . 10^{- 12} F = 4,84 N

n = \frac{Q}{e} = (4,84 \cdot 10^{- 9}

As):(1,6*10^-19)

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22:30 Uhr, 25.04.2013

W ist die Arbeit bzw die Energie!

In den Formeln oben sind KEINE Einheiten, sondern Formelzeichen für physikalische Grössen verwendet worden.

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22:34 Uhr, 25.04.2013

"habe ich benutzt c=Uc/Q für nr1."

Kapazität ist Ladung pro Spannung !

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22:46 Uhr, 25.04.2013

Ich weiß grad nicht was du mir sagen willst und ich weiß schon gar nicht wieso du

U \cdot I \cdot t

schreibst,obwohl hier in keiner Aufgabe

t

oder I gegeben ist??(Also das soll nicht böse gemeint sein.Ich weiß ja das du mir helfen willst.)Meine Formeln sind doch richtig oder?

edit achso also C=Q/Uc was hab ich denn da wieder gemacht

>, <

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22:59 Uhr, 25.04.2013

Strom mal Zeit ist Ladung

W = U \cdot I \cdot t

kann auch

W = U \cdot Q

sein.

Du lernst das doch schon eine ganze Weile - ich dachte, dass Du das erkennst.

Aber macht nix - ich finde es jedenfalls gut, dass Du so ausdauernd in den Foren bist, um dich weiterzubilden.

---

Ein gewisses Problem bei dieser Aufgabenstellung ist übrigens, dass man beim Akku fälschlicherweise meist idealisiert davon ausgeht, dass die komplette Ladung bei Nennspannung abgegeben wird. Das ist in der Realität nicht der Fall - die Spannung sinkt bei geringer werdender Ladung. Allerdings ist diese Kurve verhältnismässig flach während beim Kondensator die Spannung (auch idealisiert) mit der Spannung direkt proportional verknüpft ist.

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23:07 Uhr, 25.04.2013

Ja immer wenn wir Hausaufgaben bekommen die wir vorher noch nicht erklärt bekommen haben,also wo wir nicht genau wissen wie das gehen soll,frage ich immer lieber hier im Forum (und ob du glaubst oder nicht ich hatte in den Fach bis jetzt fast nur Einsen)

Naja egal wieder zum Thema das mit den Formeln habe ich schon erkannt,aber wieso soll ich die nehmen (es geht doch um nr 2 oder?) weil es ist ja die Kapazität und die Spannung gegeben.Da kann ich dann doch gut

Q = U \cdot C

nehemn oder?(In der Aufgabe steht auch noch als Hinweis diese Formel:

n = \frac{Q}{e} ...)

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23:09 Uhr, 25.04.2013

Ich habe mir die 2) noch nicht angeschaut - immer eine Aufgabe nach der anderen ...

Ich bin der Meinung, dass der Kondensatorwert Deiner Berechnung noch nicht so ganz korrekt ist ...

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23:12 Uhr, 25.04.2013

Naja bei 1. ist ja

12 V

und 63Ah gegeben Also Uc und

Q

oder?Was heißt das ich doch einfach nur C=Q/Uc rechnen muss da steht ja sogar "berechnen sie die Kapazität" also C=63Ah/12V=5,25Ah/v.Jetzt weiß ich auch was du meintest weil da steht "die gleiche Ladung aufnehmen kann" aber das muss man ja nicht berechnen,oder liege ich da jetzt falsch??

Edit oder ist 63Ah die Arbeit?

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23:22 Uhr, 25.04.2013

Wenn es nur um die Kapaität geht, ist das richtig was Du im zweiten Anlauf gerechnet hast.

Bei der Energie wäre der von mir erwähnter Ansatz korrekt, aber dann wäre im Text nach der Energie im Vergleich Akku/Kondensator gefragt worden.

Nur noch ergänzend: Die Kapazität wird in Farad angegeben.

1 F = 1 \frac{A s}{V}

Zur zusätzlichen Verwirrung: eine Ampèresekunde ist auch ein Coulomb

1 A s = 1 C

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23:26 Uhr, 25.04.2013

2.Anlauf ich habe ja nur die Formel verdreht..

Ja das mit

[

C]=As/V und 1As/v

= 1 F

wußte ich,aber da die

63

in Ah gegeben waren und ich einfach nur durch

12 V

geteilt habe kommt da ja auch Ah/V raus müßte ich das ganze noch mal

3600 s

rechnen um As/V raus zu bekommen??Also kommt

18900

As/v raus !

ups :-D) EDIT: ich meinte mal nicht geteilt (bin schon müde^^)

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23:35 Uhr, 25.04.2013

Ich lausche dann auch mal was die Federn in meinem Kopfkissen so erzählen ... Gute Nacht !

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23:41 Uhr, 25.04.2013

JA GUTE NACHT UND ICH HOFFE DAS WIR MORGEN NR.2 MACHEN KÖNNEN!!!!!!

; D

(Aber wir brauchten echt lange dafür das ich nur die Formel verdreht habe und du dachtest das man irgendwas anderes ausrechnen musste.)

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18:56 Uhr, 26.04.2013

Könnte mir jetzt noch jemand sagen ob ich Nr.2 richtig gerechnet habe?

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19:31 Uhr, 26.04.2013

Du hast im Threadtitel was von Energie geschrieben - daher habe ich zunächst mal die Energiegleichung aufgestellt. Der Aufgabentext will aber von der Energie garnichts wissen, sondern nur die Ladung. Deinen Fehler hast Du selbst gefunden - ich verrate auch selten was direkt, sondern versuche immer mal den Fragesteller so anzuregen, dass er nicht nur die Aufgabe gelöst bekommt, sondern auch etwas drumherum versteht. Naja - viele verstehen das nicht sondern wollen nur schnell ihre Hausaufgeben erledigen.

Du bist mir aber schon oft als sehr interessiert und motiviert aufgefallen. Du machst eine Elektroausbildung glaube ich - war das nicht sowas ?

Also zu der Aufgabe 2 - da musst du sehr auf die Zehnerpotenzen aufpassen. Das "nano" würde ich als zehnhochirgendwas darstellen und schon garnicht mit einem grossen N abkürzen!

Dass da nur dreissig Elektronen und auch noch mit Nachkommastellen auf dem Kondensator weilen - kann man sich ja schon denken, dass das nicht so richtig sein kann, oder ?

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20:06 Uhr, 26.04.2013

Also ich habe Elektrotechnik als Fach ich mache keine Ausbildung,aber wir haben so zu sagen in 2 Schuljahren 1 Ausbildungsjahr im Fachbereich Elektrotechnik.(Achso und die Überschrift hatte ich gewählt weil diese auch im Buch als Überschrift gegeben war)

Ja mir kamen die Ergebnise bei nr2. auch komisch vor.. aber wenn ich

4,84 \cdot 10^{- 9} : 1,6 \cdot 10^{- 19}

habe kann ich dann nicht auch wegen den Potenzgesetzen

4,84 \cdot 10^{10} : 1,6 \cdot 10

rechnen?Dann würde ich auf

30,025 G

(Ladungen) kommen so müsste es stimmen oder?

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20:16 Uhr, 26.04.2013

4, 84 \cdot 1 0^{- 9} : 1, 6 \cdot 1 0^{- 19}

Mantissen und Exponenten getrennt behandeln und entsprechend sortieren:

\frac{4, 84}{1, 6} \cdot \frac{1 0^{- 9}}{1 0^{- 19}}

Die Kommas in den Brüchen sind grausig und ein schwerer Designfehler - daher erweitern bis nix mehr im Koma liegt:

\frac{484}{160} \cdot \frac{1 0^{- 9}}{1 0^{- 19}}

beachte:

\frac{1}{1 0^{- 19}} = 1 0^{19}

daher:

\frac{484}{160} \cdot 1 0^{- 9} \cdot 1 0^{19}

nun kürzen ... darfst Du machen ...

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20:24 Uhr, 26.04.2013

\frac{121}{40} \cdot 10^{10} = 30250000000 \cdot 10^{- 9} = \frac{121}{4} = 30,025 G

(Ladungen)

und sorry das ich es meistens mit klammern usw schreibe aber ich weiß nicht genau wie ich die brüche hier schreiben kann bei mir würde da sowas raus kommen :

4,84 \cdot \frac{10^{- 9}}{1,6} \cdot 10^{- 19} . .

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20:33 Uhr, 26.04.2013

Die Elementarladungen sind eine Stückzahl - es gibt keine Gigastück !

hübsch geschrieben sieht das so aus:

3, 025 \cdot 1 0^{10}

Das kann man noch auf gängigere Potenzen umbasteln, aber eigentlich ist das schon ein Ergebnis, da nicht mehr weiter befummmelt werden müsste, um die volle Punktzahl zu erhalten. Für die Gigastück würde ich eher noch was abziehen ...

30, 25 \cdot 1 0^{9}

oder auch

30250 \cdot 1 0^{6}

auf keinen Fall jetzt Gigas oder Megas draus machen - wir haben bei Anzahlen keine Einheit und daher sind Einheitenvorsilben dort unangebracht.

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20:37 Uhr, 26.04.2013

Ah ok also waren bei mir die Rechnungen (richtig) aber die Ergebnisse falsch^^.

Danke für deine Hilfe und ich finde super das du nebenbei noch was erklärst.

mfg

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20:38 Uhr, 26.04.2013

ups:-D)

"Hat mir gut geholfen".

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12:26 Uhr, 29.04.2013

achso ich muss noch sagen das man wenn man es so aufschreibt:

\frac{484}{160} \cdot 10^{- 9} \cdot 10^{19}

doch probleme mit den einheiten bekommt also ich weiß jedenfalls nicht wo ich jetzt die einheiten hinschreiben könnte (also

z . b

. 4,84nAs...).hier ist das aber eigentlich kein problem da man As eh mit As kürzen kann aber wie wäre es sonst?

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18:05 Uhr, 29.04.2013

Das könnte für dich mal interessant zu lesen sein:

http//de.wikipedia.org/wiki/Vors%C3%A4tze_f%C3%BCr_Ma%C3%9Feinheiten

Ansonsten mach ich dir mal die "bilderbuchlösung" zu der Aufgabe mit Einheitenmitführung :

Die Ladung eines Elektrons beträgt e=1,6⋅10-19 As.Berechnen Sie die Anzahl n der Elektronen, die ein Keramiktrimmer bei einer Kapazität von 22pF an DC 220V am negativen Anschluss aufnimmt.

Q = n \cdot e

Q = C \cdot U

gleichsetzen und auflösen nach n

n \cdot e = C \cdot U

n = C \cdot \frac{U}{e}

und jetzt erst Werte einsetzen:

n = 22 p F \cdot \frac{220 V}{1, 6 \cdot 1 0^{- 19} A s}

darn denken, dass

1 F = 1 \frac{A s}{V}

n = 22 \cdot 1 0^{- 12} \frac{A s}{V} \cdot \frac{220 V}{1, 6 \cdot 1 0^{- 19} A s}

jetzt erst merken, dass wir bisher aus den pico versehentlich nano gemacht hatten ...

... die Einheiten kürzen sich gegenseitig komplett raus, was recht günstig ist, den die Anzahl der Elementarladungen hat keine einheit.

n = 22 \cdot 1 0^{- 12} \cdot \frac{220}{1, 6 \cdot 1 0^{- 19}}

Die zahnhochminusneunzehn im Nenner kommt in den Zähler und verliert dabei ihr minus

n = 22 \cdot 1 0^{- 12} \cdot \frac{220}{1, 6} \cdot 1 0^{19}

jetzt die beiden zehnhochirgendwasse gegeneinander aufrechnen

n = 22 \cdot \frac{220}{1, 6} \cdot 1 0^{7}

Nun ausrechnen und sich nicht mit den Zehnerpotenzen vertüdeln

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18:37 Uhr, 29.04.2013

hö wo haben wir aus piko nano gemacht?es kommt doch das selbe raus ??Ich hatte doch erst

Q = U \cdot c

gerechnet , oder meinst du grad was anderes?

und schonmal danke für deine mühe aber bei

22 \cdot \frac{220}{1,6} \cdot 10^{7}

hätte man doch wieder probleme mit den einheiten wenn man nicht alls kürzen könnte das war ja eigentlich auch meine frage..(also wie man es sonst schreiben könnte in dem fall das man nicht alle einheiten kürzen kann)

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22:20 Uhr, 29.04.2013

Die Einheiten führt man in der Physik am besten immer mit - wenn man am Schluss eine Geschwindigkeit von 176 Quadratmeter rausbekommt, merkt man gleich, dass da der Wurm drin ist.

Am besten die Einheiten immer auf die SI-Grundeinheiten runterbrechen - dann kann man meist ziemlich viel kürzen und wenn die gewünschte Einheit übrig bleibt, hat man alles richtig gemacht.

Das piko/nano -Problem hatten wir nicht wirklich - oben ist das nur in anderer Reihenfolge mit den Zehnerpotenzen verwurschtelt worden - also es sah nur so aus, als ob was schief gelaufen wäre.

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