Kontrollfragen 06 Etit

Wie ermitteln Sie die nötige Arbeit, um eine positive Probeladung aus dem Unendlichen an einen Raumpunkt mit einem bestimmten elektrischen Potential zu bewegen? Wann ist der Wert dieser Arbeit positiv und was bedeutet dieser positive Wert dann?

Die äußere Arbeit ist W_außen = q[φ(P)−φ(∞)] = qφ(P). Für q>0 und φ(P)>0 ist sie positiv: Energie muss gegen die elektrische Abstoßung zugeführt werden.

Wie ermitteln Sie die nötige Arbeit, um eine positive Probeladung von einem Raumpunkt mit einem bestimmten elektrischen Potential nach Unendlich zu bewegen? Wann ist der Wert dieser Arbeit positiv und was bedeutet das?

W_außen = q[φ(∞)−φ(P)] = −qφ(P). Sie ist positiv, wenn φ(P)<0: Die positive Ladung muss gegen die Anziehung zur negativen Quelle entfernt werden.

Sie bewegen eine positive Probeladung von einem Ort mit höherem elektrischen Potential zu einem Ort mit niedrigerem elektrischen Potential. Wie berechnen Sie die resultierende Arbeit und welches Vorzeichen hat diese?

ΔE_pot = q(φ₂−φ₁) < 0. Die Arbeit des elektrischen Feldes ist W_Feld = q(φ₁−φ₂) > 0; die äußere quasistatische Arbeit ist negativ.

Sie bewegen eine positive Probeladung von einem Ort mit niedrigem elektrischen Potential zu einem Ort mit höherem elektrischen Potential. Wie berechnen Sie die resultierende Arbeit und welches Vorzeichen hat diese?

ΔE_pot = q(φ₂−φ₁) > 0. Die äußere Arbeit ist positiv, die Arbeit des Feldes W_Feld = −ΔE_pot negativ.

Erklären Sie die Einheit eV und was bedeutet diese genau?

1 eV ist die Energie, die eine Elementarladung beim Durchlaufen von 1 V gewinnt oder verliert: 1 eV = e·1 V = 1,602·10⁻¹⁹ J.

Warum können Sie das Nullpotential beliebig wählen?

Nur Potentialdifferenzen sind physikalisch messbar. Das Potential darf daher um eine beliebige Konstante verschoben werden, ohne E⃗ oder Spannungen zu ändern.

Welchen Vorteil hat die Potentialbetrachtung in der Elektrotechnik?

Potential ist ein Skalar; mehrere Beiträge addieren sich algebraisch statt vektoriell. So lassen sich viele Feld- und Schaltungsprobleme einfacher behandeln.

Definieren Sie den Begriff Äquipotentialfläche anhand einer positiven Punktladung.

Eine Äquipotentialfläche enthält Punkte gleichen Potentials. Bei einer positiven Punktladung sind das konzentrische Kugelflächen um die Ladung.

Skizzieren Sie den E-Feld-Verlauf eines elektrischen Dipols und zeichnen Sie auch Äquipotentialflächen ein.

Feldlinien beginnen an + und enden an −; Äquipotentiallinien/-flächen stehen überall senkrecht darauf. Die Mittelsenkrechte ist die φ=0-Fläche. [Skizze erforderlich.]

Warum bilden Äquipotentialflächen und E-Feld Vektoren immer einen rechten Winkel?

Entlang einer Äquipotentialfläche ist dφ=0. Mit dφ = −E⃗·ds⃗ folgt E⃗·ds⃗=0, also steht E⃗ senkrecht auf jeder Tangentialrichtung der Fläche.

Was ist der Unterschied zwischen Kondensator und Kapazität?

Ein Kondensator ist ein Bauteil mit zwei durch einen Isolator getrennten Leitern. Die Kapazität C ist seine Fähigkeit, bei gegebener Spannung Ladung zu speichern: C=Q/U.

Was versteht man unter dem Bauteil Kondensator? Was bedeutet das Wort Kondensator? Zeichnen Sie das Schaltsymbol eines Kondensators.

Ein Kondensator speichert getrennte elektrische Ladungen und Feldenergie in zwei Elektroden mit Dielektrikum dazwischen. Schaltsymbol: zwei parallele Platten; bei Elektrolytkondensatoren ist eine Seite mit + markiert. [Skizze erforderlich.]

Wie groß ist die Feldstärke zwischen zwei geladenen Kondensatorplatten bei gegebener Flächenladungsdichte?

Zwischen zwei großen entgegengesetzt geladenen Platten gilt näherungsweise |E⃗| = σ/ε₀; außerhalb heben sich die Felder idealerweise auf.

Wie können Sie einen Kondensator aufladen?

Man verbindet seine Anschlüsse mit einer Spannungsquelle. Elektronen werden von einer Platte abgezogen und auf die andere verschoben, bis U_C der Quellspannung entspricht.

Was verstehen Sie unter dem Begriff der elektromotorischen Kraft?

Die elektromotorische Kraft ist die von einer Quelle bereitgestellte Energie pro Ladung, z. B. durch chemische oder elektromagnetische Prozesse. Sie entspricht im Leerlauf der Quellspannung.

Welchen Zusammenhang gibt es zwischen elektrischer Spannung und Ladungsmenge eines Kondensators?

Q = C·U bzw. U = Q/C. Bei konstanter Kapazität ist die gespeicherte Ladung proportional zur Spannung.

Wie lautet die Einheit der Kapazität und was bedeutet diese?

Farad (F): 1 F = 1 C/V. Ein Kondensator von 1 F speichert bei 1 V die Ladung 1 C.

Welche Arten von Kondensatoren kennen Sie?

Z. B. Keramik-, Folien-, Glimmer-/Mica-, Elektrolyt- und Tantal-Kondensatoren sowie variable Kondensatoren.

Wieso haben Elektrolyt-Kondensatoren eine Polarität?

Ihre dielektrische Oxidschicht wird elektrochemisch an der Anode gebildet und funktioniert nur bei richtiger Spannungspolarität. Falsche Polung kann die Schicht zerstören.

Zu welcher Kategorie gehören Tantal-Kondensatoren und warum ist es wichtig das zu wissen?

Tantal-Kondensatoren sind Elektrolyt-Kondensatoren und damit polarisiert. Die Polung und Nennspannung müssen unbedingt eingehalten werden.

Was ist die Nennspannung eines Kondensators?

Die maximal zulässige dauerhafte Betriebsspannung, bei der das Dielektrikum sicher isoliert und die spezifizierte Lebensdauer erreicht wird.

Was passiert bei einem Kondensator, wenn seine Nennspannung überschritten wird?

Das Dielektrikum kann durchschlagen; Leckstrom, Erwärmung, Kurzschluss oder dauerhafte Zerstörung sind möglich. Elektrolytkondensatoren können dabei gefährlich versagen.

Was ist der große Vorteil von Mica Kondensatoren und wie begründet sich dieser Vorteil? Wie werden diese noch genannt?

Glimmer/Mica-Kondensatoren sind sehr temperatur-, spannungs- und alterungsstabil und verlustarm, weil Glimmer ein hochwertiges Dielektrikum ist. Sie heißen auch Silber-Glimmer-Kondensatoren.

Was bedeutet die Abkürzung SMT Form im Zusammenhang mit Kondensatoren?

SMT bedeutet Surface-Mount Technology: Bauteile zur Oberflächenmontage direkt auf Leiterplatten, ohne durchgehende Anschlussdrähte.