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 bis zu einer vorgegebenen Spannung (5V). Mit Hilfe von Cassy wird die Spannung an der Kondensatorschaltung in Abhängigkeit der Zeit in einem Diagramm ausgegeben.

Als Konstantstromquelle nehmen wir das braune Heinzinger-Gerät (25/5). Wir betreiben es im Kurzschluß, so dass es beim öffnen des Schalters die Kondensatoren geladen werden und zugleich der Trigger die Messung startet. Nach Erreichen der Zielspannung schließen wir den Schalter und stellen den Kurzschluss wieder her, um die Kondensatoren zu entladen.

Aus den entstehenden Diagrammen kann direkt die Ladezeit des Kondensators abgelesen werden. Man stellt fest, dass der einzelne Kondensator eine Ladezeit von ca. 7 Sekunden hat, die Parallelschaltung rund 14 Sekunden, während die Serienschaltung nur ca. 3,5 Sekunden Ladezeit hat.

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.