Ladezeit von verschiedenen Kondensatorschaltungen

Kurzbeschreibung

Zwei Kondensatoren (je 10 mF) sind so auf einem Schaubrett montiert, daß sowohl einer allein als auch beide angeschlossen werden können, und zwar in Reihen- oder Parallelschaltung. Jede Schaltung wird mit einem konstanten Strom (10 mA) geladen und die Ladezeit bis zu einer vorgegebenen Spannung von 5V gemessen. Der Einzelkondensator braucht dafür etwa 4 sec., die Parallelschaltung 8 sec. und die Reihenschaltung 2 sec. Zielspannung und Ladestrom werden über Mavo-Geräte, die Zeit mit einer gleichzeitig geschalteten Uhr (analog, mit Schaltkästchen) gezeigt. Die Zielspannung an der Schaltung wird über den Gleichspannungsmeßverstärker gemessen. Als Konstantstromquelle nehmen wir das braune Heinzinger-Gerät (25/5). Wir betreiben es im Kurzschluß, so daß es beim öffnen des Schalters sowohl die Kondensatoren geladen werden als auch die Uhr gestartet wird. Ist die Zielspannung erreicht, schließen wir den Schalter, halten damit die Uhr an und stellen den Kurzschluß der Stromquelle wieder her.

Betriebsanleitungen: Elektrogeräte, Lampen

Physikalische Erklärung

Die Gesamtkapazität der Reihenschaltung ist kleiner als die kleinste Einzelkapazität. Durch jeden weiteren Reihenkondensator sinkt die Gesamtkapazität.
Es gilt 1/C = 1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃...
Die Gesamtkapazität der Parallelschaltung ist größer als die größte Einzelkapazität. Durch jeden weiteren Parallelkondensator steigt die Gesamtkapazität.
Es gilt C = C₁ + C₂ + C₃...
In unserem Versuchsaufbau verwenden wir jeweils 2 gleiche Kondensatoren in Reihenschaltung bzw. Paralleschaltung. Wir erhalten also in der Reihenschaltung die halbe Kapazität des Einzelkondensators und in der Paralleschaltung die doppelte Kapazität des Einzelkondensators.
Anhand der Zeitkonstanten τ=R·C (beschrieben in Versuch 2455) ergeben sich die Ladezeiten der einzelnen Schaltungen.