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Kondensator


 
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Energieinhalt einer Spule :: Frage zur elektrischen Flüssigkeitsdialyse (Diplomarbeit)  
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Molekühl



Anmeldedatum: 15.01.2010
Beiträge: 137

BeitragVerfasst am: Do Mai 06, 2010 3:32 pm    Titel: Kondensator Antworten mit Zitat

Hallo zusammen,

ich habe bei folgender Aufgabe ein wenig Probleme: http://www.bilder-upload.eu/show.php?file=Pj2tg2qiffO4RaT.jpg

Das Bild zeigt die Kondensatoren vor dem Schließen des Schalters. Beide Kondensatoren haben die Kapa. C und die Spannung U bzw. U/3.
Jetzt wird der Schalter geschlossen und ich möchte die umgesetzte Energie im Widerstand R berechnen.

Ich habe viel hin und her gerechnet, aber komme nicht auf das Ergebnis von [; W=\frac{1}{9}C*U^2 ;].

Ich weiß nicht wie ich richtig anfangen soll. Ich habe erst vor dem Schließen der Schalter die Ladungen der beiden Kondensatoren berechnet und danach die Energie ausgerechnet. Aber dann weiß ich nicht mehr wie ich weiterrechnen soll, wenn der Schalter geschlossen wird. Kann mir da einer weiterhelfen?
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evB



Anmeldedatum: 13.03.2010
Beiträge: 511

BeitragVerfasst am: Do Mai 06, 2010 3:37 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Also bei einem Kondensator alleine wäre es ja einfach nur CU^2. Beim anderen wäre es einfach C(U/3)^2 = 1/9 CU^2.

Da aber nur so viel Ladung durch den großen Kondensator fließen kann, wie bei dem anderen drauf passt, ist der kleinere eine Bremse und mehr Ladung kann nicht fließen. Also gilt eben nur die kleinere Kapazität. Also W=1/9 CU^2, Weil der kleine (kleines C) quasi die ganze Ladung vom großen aufnehmen müsste, da diese ja an einader geschlossen sind sind.
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Molekühl



Anmeldedatum: 15.01.2010
Beiträge: 137

BeitragVerfasst am: Do Mai 06, 2010 5:49 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Danke, für Deinen Beitrag, jetzt leuchtet es mir auch ein, aber dennoch habe ich eine Frage:

Die Formel für die Energie lautet aber:
[; W=\frac{1}{2}QU ;]

Für Q=CU
[; W=\frac{1}{2}CU^2 ;]

Für U/3 ergibt das ganze:
[; W=\frac{1}{2}C\frac{U^2}{9} ;]

Insgesamt:
[; W=\frac{1}{18}CU^2 ;]

Also ich habe Deinen Beitrag schon verstanden, aber formal kommt das bei mir nicht hin, wo liegt denn mein Fehler?
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evB



Anmeldedatum: 13.03.2010
Beiträge: 511

BeitragVerfasst am: Do Mai 06, 2010 7:26 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Hmm, vielleicht kommt noch ein Faktor 2 dadurch rein, dass da zwei Kondensatoren sind ... Keine Ahnung...
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GvC



Anmeldedatum: 22.02.2009
Beiträge: 1362

BeitragVerfasst am: Fr Mai 07, 2010 10:06 am    Titel: Antworten mit Zitat

Molekühl hat Folgendes geschrieben:
Also ich habe Deinen Beitrag schon verstanden, aber formal kommt das bei mir nicht hin, wo liegt denn mein Fehler?


Dein Fehler liegt u.a. darin, dass Du die Energien der beiden Kondensatoren (vor dem Schalten) falsch addiert hast. Wenn der eine Kondensator die Energie

[; W_1 = \frac{1}{2}CU^2 ;]

gespeichert hat und der andere

[; W_2 = \frac{1}{2}C\left(\frac{U}{3}\right)^2 = \frac{1}{2}C\frac{U^2}{9} ;]

dann ist die Summe der beiden natürlich

[; W_v = W_1 + W_2 = \frac{1}{2}\cdot \frac{10}{9}CU^2 = \frac{10}{18}CU^2 = \frac{5}{9}CU^2 ;]

(Index v heißt vor dem Schalten)

Nach dem Schalten (Index n) ist die gesamte gespeicherte Energie

[; W_n = \frac{1}{2}C_nU_n^2 ;]

Die Differenz der vor und nach dem Schalten gespeicherten Energien muss gleich der im Widerstand umgesetzten Energie sein

[; W_R = W_v - W_n ;]

Dabei ist

[; C_n = 2C ;] (Parallelschaltung zweier gleicher Kondensatoren)

Muss nur noch die Spannung nach dem Schalten per Ladungserhaltungssatz bestimmt werden:

Vor dem Schalten
[; Q = CU + C\frac{U}{3} = \frac{4}{3}CU ;]

Nach dem Schalten
[; Q = 2CU_n ;]

[; \frac{4}{3}CU = 2CU_n ;]

Da kürzt sich 2 und C raus, und es bleibt

[; U_n = \frac{2}{3}U ;]

Daraus ergibt sich für die nach dem Schalten gespeicherte Energie

[; W_n = \frac{1}{2}C_nU_n^2 = \frac{1}{2}\cdot 2C\cdot\frac{4}{9}U^2 = \frac{4}{9}CU^2 ;]

Differenzbildung:

[; W_R = \frac{5}{9}CU^2 - \frac{4}{9}CU^2 = \frac{1}{9}CU^2 ;]
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Molekühl



Anmeldedatum: 15.01.2010
Beiträge: 137

BeitragVerfasst am: Fr Mai 07, 2010 10:19 am    Titel: Antworten mit Zitat

Vielen Dank!!! Den Anfang hatte ich auch, wusste dann aber nicht mehr weiter, mit welcher Spannung ich nach dem Schließen des Schalter rechnen sollte.

Aber jetzt weiß ich es, nochmal vielen Dank!
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