Big Bang HTL 3, Schulbuch

42 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) Formel: elektrische Kapazität C = Q __ U C … elektrische Kapazität in Farad [F] Q … Ladung [C] U …. Spannung [V] Hat ein Kondensator 1 Farad und bringt man die Platten auf 1 V, dann ist in ihm eine Ladung von 1 C gespeichert, hat er 2 Farad, sind 2C gespeichert und so weiter. Je größer das Speichervermögen, desto mehr Ladungen kann man bei gleicher Spannung speichern. Ein Farad ist eine enorm große Einheit. Die Angaben erfolgen meistens in Mikro-, Nano- oder sogar Picofarad. Durch einen Isolator zwischen den Platten kann man die Kapazität erhöhen. Warum? Durch seine Polarisation sinkt bei gleicher Ladung die Feldliniendichte und somit die Spannung zwischen den Platten ab (Abb. 4.33 b), nehmen wir an von 1 auf 0,5 V. Wenn du die Platten wieder auf 1 V bringst, dann sind sie nun doppelt so stark geladen wie vor- her. Doppelte Ladung bei gleicher Spannung bedeutet dop- pelte Kapazität. Manche Materialien können die Kapazität um den Faktor 10 5 erhöhen! Was passiert, wenn man die Platten eines geladenen Kon- densators auseinander zieht? Zum Auseinanderziehen be- nötigt man Energie, weil die Platten gegengleich geladen sind. Die Energie kann nicht verloren gehen, sondern sie steckt im elektrischen Feld. Weil sich die Ladung dabei nicht verändert, muss sich die Spannung erhöhen. Deshalb wäre auch bei einem Kurzschluss nach dem Auseinanderziehen der Funke stärker ( F21 ). Umgekehrt sinkt die Spannung, wenn man die Platten aneinander schiebt. Das nutzt man bei Tastatur, Sensortaste und Touchscreen aus. Info: Jede Menge Tasten In einem Kondensator ist wenig Energie gespeichert. Wenn man diese aber in sehr kurzer Zeit entlädt, lassen sich bei- nahe unglaubliche Leistungen produzieren. Auf diesem Prinzip basiert ein Defibrillator oder ein Kamerablitz ( F20 ; siehe auch F26 ). Experiment: Laden und Entladen eines Kondensators Z Abb. 4.33: Bringt man einen Isolator zwischen die Platten, wird dieser polarisiert (b). Dadurch enden manche der Feldlinien an seiner Außenseite, und das Feld wird abgeschwächt. Zusammenfassung Die Kapazität eines Kondensators gibt an, wie viele La- dungen sich bei gleicher Spannung speichern lassen. Die Kapazität kann durch den Abstand und durch Einbringen eines Isolators verändert werden. Jede Menge Tasten In einer Computertastatur befindet sich unter jeder Taste ein Kondensator (Abb. 4.34 a). Die Platten sind auf zwei Kunststoffschichten quasi „aufgedruckt“. Der Abstand zur unteren Schicht, also zur zweiten Platte, wird durch den Tastendruck verringert und somit auch die Spannung des betreffenden Kondensators. So weiß der PC, welche Taste du gedrückt hast. Ganz ähnlich funktionieren auch Sensor- tasten (b). Bei diesen fungiert der Finger als zweite Platte. Auch hier verändert sich durch das Annähern des Fingers die Spannung. Ganz ähnlich wie bei der Sensortaste ist es auch bei den kapazitiven Touchscreens , die bei den meisten Smart- phones und Tablets verwendet werden ( F18 ). Hier befin- den sich unter dem Display aber rund 100 Platten, wodurch die Position des Fingers sehr genau bestimmt werden kann (Abb. 4.35). i Abb. 4.34: a) Die Scheibchen unter den Tasten sind die Platten der Kondensatoren. Es ist nur die obere Schichte dargestellt. b) Eine Sensortaste ist eine durch Kunststoff isolierte Platte. Gemeinsam mit dem Finger wird diese zu einem Kondensator. Abb. 4.35: Bei Smartphone und Tablet befinden sich unter dem eigentlichen Display Platten, die bei Berührung wie die unteren Hälften von Plattenkondensatoren wirken. Z Nur zu Prüfzwecken – Eige tum des Verlags öbv