Aufgabe 1 · Abitur NRW Physik GK · Feuchtigkeitsmessung von Getreide G 2026

1 Fachpraktischer Teil

Damit ein Kondensator zur Kornfeuchtemessung benutzt werden kann, muss seine Kapazität, zum Beispiel über einen Entladevorgang, bestimmt werden. Dieses Verfahren soll in einem Schülerexperiment nachvollzogen werden.

Material 1: Hinweise zum Experiment (Aufgabe 1)

Folgende Geräte und Bauteile stehen zur Verfügung: Kondensator unbekannter Kapazität $C$

Widerstand $R$

Gleichspannungsquelle

Spannungsmessgerät

Ein-/Aus-Schalter

Stoppuhr

Kabel in ausreichender Anzahl

$R$ und die Einstellung an der Spannungsquelle werden von der Fachlehrkraft vorgegeben.

Bauen Sie das Experiment unter Verwendung des Schaltplans gemäß der Abbildung 1 auf. Achten Sie dabei auf die korrekte Polung des Kondensators.

Stellen Sie die Betriebsspannung $U_B$ an der Spannungsquelle ein und laden Sie den Kondensator ca. 10 s auf.

Erfassen Sie die Spannung $U_0$ am Kondensator und berechnen Sie $\frac{1}{3}U_0$.

Messen Sie diejenige Entladezeit $t_E$, in der sich die Spannung am Kondensator von $U_0$ auf $\frac{1}{3}U_0$ verringert hat.

Führen Sie die Messung insgesamt dreimal durch.

Protokollieren Sie alle Messwerte und sonstige Größenangaben, die zur Bestimmung der Kapazität des Kondensators erforderlich sind.

Für die Kapazität des Kondensators gilt: $$C = \frac{t_E}{R \cdot \ln(3)}$$

a)

Bauen Sie das Experiment unter Beachtung der Hinweise im Material 1 auf und führen Sie es durch. [8 BE]

Hinweis: Falls keine Ergebnisse aus der experimentellen Untersuchung gewonnen werden konnten, können Ersatzmesswerte bei der Fachlehrkraft angefordert werden. Entsprechend den nicht erbrachten Leistungen werden bis zu 8 Bewertungseinheiten nicht gegeben.

b)

Berechnen Sie unter Verwendung des Mittelwertes $\overline{t_E}$ der drei Entladezeiten die Kapazität des Kondensators (M 1). [3 BE]

c)

Nennen Sie zwei Einflussgrößen, die zu Unsicherheiten bei der Kapazitätsbestimmung führen können. Erläutern Sie deren Auswirkungen auf die berechnete Kapazität. [4 BE]