Aufgabe 1 - Elektrisches Feld und Kondensator · Abitur NRW Physik LK · Temperaturmessung 2025

Thema: Elektrisches Feld und Kondensator · Aus der Prüfung LK · Temperaturmessung (2025)

Aufgabenstellung

Temperaturmessung mit einem elektromagnetischen Schwingkreis

Kapazitive Sensoren werden für verschiedenste Messzwecke, z. B. zur Druck- oder Abstandsmessung eingesetzt. Auch Temperaturen können mit geeigneten Kondensatoren gemessen werden. Als Modell eines kapazitiven Sensors wird ein Kondensator im elektromagnetischen Schwingkreis betrachtet.

Material 1: Modellversuch zum kapazitiven Sensor

Bei konstanter Spannung UmaxU_{\text{max}} ändert sich die gespeicherte Energie des Kondensators, wenn zwischen die Kondensatorplatten ein Dielektrikum gebracht wird.

Begründen Sie dies, ohne auf die Prozesse im Dielektrikum einzugehen. [3 BE]

Aufgabenstellung: Aufgabe 1 - Elektrisches Feld und Kondensator · Abitur NRW Physik LK · Temperaturmessung 2025

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

c) Bei konstanter Spannung UmaxU_{\text{max}} ändert sich die gespeicherte Energie des Kondensators, wenn zwischen die Kondensatorplatten ein Dielektrikum gebracht wird. Begründen Sie dies, ohne auf die Prozesse im Dielektrikum einzugehen.

Lösung: Ein Dielektrikum erhöht die Kapazität des Kondensators (C=ε0εrAdC = \varepsilon_0 \varepsilon_{\text{r}} \frac{A}{d}). Da die Kapazität durch das Dielektrikum erhöht wird und bei gegebener Spannung die gespeicherte elektrische Energie eines Kondensators proportional zur Kapazität ist (E=12⋅C⋅Umax2E = \frac{1}{2} \cdot C \cdot {U_{\text{max}}}^2), steigt auch die Menge der gespeicherten elektrischen Energie.

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