Untersuchung von Wasser als Dielektrikum im Kondensator

die Zeit, in der sich die Werte auf 1
e
Nimmt man den Anfangswert von 6 an, ist die Halbwertszeit bei t 1
2
t 1
e
1 1
des Anfangswertes, in diesem Fall U(t) = U0 e = 6 · e = 2, 21, reduzieren.
= 14min erreicht; die zweite Annahme ist
= 22min. Das bedeutet, dass man in diesem Zeitraum gut eine Messung durchführen kann, ohne dass der
Spannungsabfall den Fehler der Messung zu stark vergrößert.
Bei späteren Versuchen hatten wir jedoch Probleme mit der Entladung des Kondensators. Innerhalb von weniger
als einer Minute entlädt sich der Kondensator um mehr als die Hälfte der ursprünglich angelegten Spannung. Das
führt dazu, dass wir das Dielektrikum nicht schnell genug zwischen die Platten schieben und wieder entnehmen
können und hieraus die Kapazitätsänderung durch das Dielektrikum bestimmen können. Es stellte sich heraus,
dass ein Austauschen des alten gegen ein neues Elektrometer zu einem Reduzieren der Selbstentladung führte.
Außerdem muss man auf die Kabel achten, dass diese frei hängend montiert sind, ohne den Versuchsaufbau
oder einander zu berühren.
3.2.3 Das Dielektrikum bei Niederspannung
Eine weitere Methode zur Messung einer Kapazität ist die Untersuchung des Entladeverhaltens eines geladenen
Kondensators. Für das Entladeverhalten eines Kondensators gilt im Allgemeinen:
t −
U = U0 · e τ (74)
Nehmen wir also die Spannung des Kondensators in Abhängigkeit der Zeit bei bekanntem Widerstand R, so
können wir daraus die Kapazität C ermitteln. Im folgenden Versuch untersuchen wir das Verhalten der Kapazität
des Kondensators, wenn wir das Dielektrikum ändern. Als solche verwenden wir die Umgebungsluft, unseren
Plexiglasbehälter gefüllt mit trockener Umgebungsluft, einen angefeuchteten Plexiglasbehälter und einen mit
Wasser gefüllten Plexiglasbehälter. Des Weiteren messen wir die Kapazität der Kabel und des Aufbaus ohne
den Kondensator. Das ist wichtig, weil unser Kondensator eine Kapazität in der Größenordnung ∼ 10 −11 F
(siehe Abschnitt 2.2.2) hat. Daher ist es durchaus notwendig, die Kapazität der Kabel zu kennen und zu
berücksichtigen. Der Versuchsaufbau soll durch folgende Grafik dargestellt werden: :
Abbildung 14: Schaltplan für die Entladekurve
Durch ein Rechtecksignal wird der Kondensator aufgeladen und entlädt sich anschließend wieder über den
Widerstand. Am Oszilloskop können wir uns diesen Entladevorgang genau anschauen. Um ein genaues Ablesen
des Bildes zu gewährleisten, verbinden wir das Oszilloskop mit dem Triggerausgang des Funktionsgenerators.
So ist garantiert, dass sich die Entladekurve immer an der selben Position befindet. Das Oszilloskop besitzt
eine Speicherfunktion, so können wir unsere Messwerte auf ein externes Medium speichern und später an einem
PC auswerten. Die folgende Tabelle enthält die Randbedingungen der Versuchsdurchführung. Wir betrachten
dabei einen Plattenkondensator mit einem Plattenabstand d = 25mm ± 0, 5mm Die Plattenfläche beträgt
A = 0, 053m². Die genauen Messwerte befinden sich im Anhang dieses Dokumentes.
Es werden zwei verschiedene Messungen mit feuchtem Plexiglas durchgeführt, damit untersucht werden kann, ob
ein vorheriges Polarisieren der Wassermoleküle eine Auswirkung auf das sich im Behältnis befindende Restwasser
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