Kondensator LED Widerstand < SchulPhysik < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
|
| Status: |
(Frage) beantwortet  | | Datum: | 20:45 Fr 03.01.2014 | | Autor: | hase-hh |
| Aufgabe | Ein Diagramm zeigt den Verlauf der Spannung an einem Kondensator.
Der Stromkreis wird durch eine 9 V Batterie angetrieben. Es gibt einen Kondensator mit C = [mm] 1000\mu [/mm] F und einen Widerstand mit 470 Ohm; und eine LED-Lampe (ohne weitere Angaben).
In der ersten Phase wird der Kondensator aufgeladen; die gemessene Spannung hat einen Startwert von ca. 1,6 V und einen Höchstwert von ca. 7,4 V.
In der zweite Phase wird der Kondensator entladen; die Spannung nimmt von ca. 7.4. V ab und nähert sich der Spannung von 1,6 V an. |
Moin, Moin!
Zunächst würde ich vermuten, dass die LED und der Widerstand in Reihe geschaltet sind. (?)
Was erklären würde, warum der Kondensator nur bis 7,4 V aufgeladen wird. (?)
Aber wie ist zu erklären, dass die Spannung am Kondensator nicht unter 1,6 V sinkt?
Danke für eure Hilfe!
|
|
| |
|
| Status: |
(Antwort) fertig  | | Datum: | 21:11 Fr 03.01.2014 | | Autor: | chrisno |
Liegt ein Schaltplan vor oder soll der erschlossen werden? Wie wird die Schaltung zwischen Aufladen und Entladen geändert? Soll das auch erschlossen werden? Dann ist es eine nette Aufgabe.
Kernpunkt sind die 1,6 V der LED. Das ist die "Spannung, ab der die LED leitend wird". Bei niedrigeren Spannungen fließt kein Strom durch die LED.
Reicht das als Startpunkt?
|
|
|
| |
|
| Status: |
(Frage) beantwortet | | Datum: | 21:47 Fr 03.01.2014 | | Autor: | hase-hh |
> Liegt ein Schaltplan vor oder soll der erschlossen werden?
Es liegt kein Schaltplan vor.
> Wie wird die Schaltung zwischen Aufladen und Entladen
> geändert? Soll das auch erschlossen werden? Dann ist es
> eine nette Aufgabe.
Ja; darüber steht nichts in der Aufgabe.
> Kernpunkt sind die 1,6 V der LED. Das ist die "Spannung,
> ab der die LED leitend wird". Bei niedrigeren Spannungen
> fließt kein Strom durch die LED.
>
> Reicht das als Startpunkt?
>
Welche Konsequenzen hat das?
Heißt das, wenn die Spannung unter 1,6 V sinkt, ist der Stromkreis unterbrochen?
Bei Spannungen über 1,6 V wird der Kondensator offenbar aufgeladen. Richtig?
Warum wird der Kondensator nicht weiter entladen, wenn die Spannung unter 1,6 V sinkt?
Zunächst würde ich vermuten, dass die LED und der Widerstand in Reihe geschaltet sind. (?)
Was erklären würde, warum der Kondensator nur bis 7,4 V aufgeladen wird. (?)
Aber wie ist zu erklären, dass die Spannung am Kondensator nicht unter 1,6 V sinkt?
|
|
|
| |
|
| Status: |
(Antwort) fertig | | Datum: | 22:09 Fr 03.01.2014 | | Autor: | chrisno |
Wenn der Kondensator sich entlädt, dann nehme ich erst einmal an, dass das über den Widerstand geschieht. Sonst würde es ja "momentan" passieren. Liegt ein Diagramm für den Verlauf der Spannung vor? Dann könntest Du überprüfen, ob die Zeitkonstanten stimmen.
Wenn nun noch die LED in Reihe mit dem Widerstand geschaltet ist, dann sperrt die LED bei 1,6 V und es fließt kein Strom mehr. Der Kondensator wird also nicht weiter entladen.
Damit ist die eine Version der Schaltung geklärt.
|
|
|
| |
|
| Status: |
(Frage) beantwortet | | Datum: | 23:21 Fr 03.01.2014 | | Autor: | hase-hh |
Ja, es liegt ein Diagramm vor.
bei 0 Sekunden wird eine Spannung am Kondensator von ca. 1,6 V vor.
Bis ca. 10 Sekunden steigt die Spannung am Kondensator bis auf ca. 7.4 V an (exponentiell).
Nach 10 Sekunden fällt die Spannung steil (exponentiell) ab, und nähert sich der 1,6 V Marke... zwischen 13,5 und 16 Sekunden.
Warum, ist aus dem Diagramm nicht zu entnehmen.
Was meinst Du mit Zeitkonstanten?
Die Ursache erkläre ich mir so:
1. Phase
Der Stromkreis wird geschlossen, so dass 9 V fließen...
durch die LED fließen 1,6 V und 7,4 V durch den Widerstand; während durch den Kondensator kein Strom fließen kann. Der Kondensator lädt sich auf.
2. Phase
Der Stromkreis wird geöffnet. Der Kondensator entlädt sich; bis 1,6 V. Diese fließen durch die LED, so dass keine weitere Entladung des Kondensators stattfinden kann.
Richtig?
|
|
|
| |
|
Hallo!
Generell meinst du das richtige, allerdings drückst du dich nicht richtig aus. Eine Spannung fließt nicht, sondern ein Strom. Spannung herrscht zwischen zwei Punkten, also z.B. zwischen beiden Anschlüssen des Kondensators
Die Analogie im Wasserkreis: Spannung ist Druckunterschied zwischen zwei Stellen. je nachdem, wie dick die Rohre sind (Widerstand), fließt eine bestimmte Wassermenge (Strom)
Beim Aufladevorgang eines Kondensators ist es so, daß er anfangs keine Ladung trägt, und demnach auch keine Spannung an ihm anliegt. Legt man nun Spannung an ihn an, fließt ein Strom, wodurch er sich auflädt, und dadurch entsteht im Kondensator eine Gegenspannung. Die Gegenspannung wächst mit der Zeit an, bis sie den Wert der angelegten Spannung erreicht. Dann heben sich beide Spannungen auf, und es fließt kein Strom mehr.
Jetzt zurück zur Aufgabe:
Ein Ladevorgang eines Kondensators C mit Vorwiderstand R wird durch [mm] U(t)=U_0(1-e^{-{t}/{\tau}}) [/mm] beschrieben, mit [mm] \tau=RC [/mm] . Hier ist [mm] \tau=0,47s [/mm] . Man sagt, daß ein Ladevorgang nach [mm] $5\tau\approx [/mm] 2,5s$ abgeschlossen ist. Das ist also viel zu wenig gegenüber den etwa 10s in deinem Diagramm, aber bei dir ist ja auch noch die Diode mit drin, die auch noch einen Widerstand darstellt. Dieser hängt aber von der anliegenden Spannung ab, und ist nicht konstant, was die Berechnung sehr kompliziert macht.
Ich habe übrigens noch ein Problem mit der Schaltung:
Sofern es exakt eine Diode gibt, muß es einen etwas komplizierteren Schalter geben. Denn: Eine Diode leitet den Strom nur in eine Richtung! Denkt man an eine Reihenschaltung von Diode, Widerstand und Kondensator, könnte man den Kondensator auf 7,4V aufladen, indem man die Enden der Schaltung an eine Batterie hängt. Das Entladen durch Kurzschließen der Enden funktioniert aber nicht, weil der Strom dann in die andere Richtung durch die Schaltung, und damit auch durch die Diode fließen müßte. Und dagegen sperrt sich die Diode. Baut man die Diode umgekehrt ein, kann man die Kapazität zwar entladen, aber nicht aufladen. Da die Spannung am Kondensator sich zwischen 1,6 und 7,4V bewegt, muß bei beiden Vorgängen eine Diode im Spiel sein.
|
|
|
| |
|
| Status: |
(Frage) beantwortet | | Datum: | 16:59 So 05.01.2014 | | Autor: | hase-hh |
Moin,
ich habe noch eine Frage.
Ist es richtig, dass ein Kondensator sich nur aufladen kann, wenn ein Strom fließt?
Und ist es richtig, dass ein Kondensator sich nur dann entlädt, wenn ein Strom fließt?
Daraus würde dann folgen, dass sich der Kondensator nicht weiter entladen kann, wenn kein Strom mehr durch die LED fließt (bei bzw. unterhalb von 1,6 V). ?
|
|
|
| |
|
Hallo!
Strom ist der Fluss von Ladung, genauer, Ladung pro Zeit.
Wenn da also Strom fließt, bedeutet das eben, daß da Ladung in den Kondensator, oder aus ihm raus fließt.
|
|
|
| |
|
| Status: |
(Frage) beantwortet | | Datum: | 09:05 Mo 06.01.2014 | | Autor: | hase-hh |
Moin,
da der Strom bei einer LED nur in einer Richtung fließt, müsste man grundsätzlich zwei LEDs mit unterschiedlicher Durchlassrichtung parallel schalten... um den Effekt in der Aufgabe zu erzielen?
Beim Laden des Kondensators ab 1,6 V bis 7,4 V... beim Entladen des Kondensators bis 1,6 V.
Richtig?
Es geht mir (nur) um den grundsätzlichen Aufbau der Schaltung.
Danke & Gruß
|
|
|
| |
|
Hallo!
Das ist korrekt.
Es gibt in der Realität auch Schalter, die aus einer ganzen Reihe einzelner Schalter bestehen. Mit denen könnte man es sicher auch erreichen, gleichzeitig mit dem Umschalten von Laden <-> Entladen eine einzelne Diode "automatisch umzudrehen". Aber das ist für die Aufgabe hier ziemlich sinnlos und wäre eher etwas für den Fall, daß man das ganze wirklich mit einer einzelnen LED realisieren will.
|
|
|
|
