Aufgabe 1 · Abitur NRW Physik LK · Feuchtigkeitsmessung von Getreide E 2026
Thema: Elektrisches Feld und Kondensator · Aus der Prüfung LK · Feuchtigkeitsmessung von Getreide EN (2) (2026)
Aufgabenstellung
Feuchtigkeitsmessung von Getreide
In dieser Aufgabe wird ein vereinfachtes Messprinzip zur Bestimmung der Feuchtigkeit von Getreide (Kornfeuchte) thematisiert. Dabei wird ein Plattenkondensator eingesetzt.
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 , Widerstand , Gleichspannungsquelle, Spannungsmessgerät, Ein-/Aus-Schalter, Stoppuhr, Kabel in ausreichender Anzahl.
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 an der Spannungsquelle ein und laden Sie den Kondensator ca. 10 s auf.
Erfassen Sie die Spannung am Kondensator und berechnen Sie .
Messen Sie diejenige Entladezeit , in der sich die Spannung am Kondensator von auf 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.
Hinweis: Für die Kapazität des Kondensators gilt:
a)
Bauen Sie das Experiment unter Beachtung der Hinweise im Material 1 auf und führen Sie es durch. [8 BE]
Tragen Sie hier Ihre Messwerte ein (oder nutzen Sie die Ersatzmesswerte Ihrer Fachlehrkraft):
(s) · (s) · (s)
b)
Berechnen Sie unter Verwendung des Mittelwertes der drei Entladezeiten die Kapazität des Kondensators (M 1). Leiten Sie die in Material 1 gegebene Gleichung zur Berechnung der Kapazität her. [6 BE]
c)
Nennen Sie zwei Einflussgrößen, die zu Unsicherheiten bei der Kapazitätsbestimmung führen können. Erläutern Sie deren Auswirkungen auf die berechnete Kapazität. [4 BE]

Lösung
Nach den offiziellen Korrekturhinweisen
a) Widerstand R
Lösung: /
a) Anfangsspannung U_0
Lösung:
a) Messwert der ersten Entladezeit t_1
Lösung:
a) Messwert der zweiten Entladezeit t_2
Lösung:
a) Messwert der dritten Entladezeit t_3
Lösung:
b) Mittelwert der Entladezeit \overline{t_E}
Lösung:
b) Berechnete Kapazität C
Lösung: / /
b) Herleitung der Gleichung C = \frac{t_E}{R \cdot \ln(3)}
Lösung:
c) Nennen Sie zwei Einflussgrößen, die zu Unsicherheiten bei der Kapazitätsbestimmung führen können. Erläutern Sie deren Auswirkungen auf die berechnete Kapazität.
Lösung: Für die Kapazität gilt: • Messunsicherheit der Entladezeit: Ist zum Beispiel die gemessene Zeit zu groß, ergibt sich bei sonst gleichen Bedingungen auch eine zu große Kapazität. • Unsicherheit beim Widerstand: Ist der in der Rechnung verwendete Wert kleiner als der tatsächliche Widerstand, dann wird bei sonst gleichen Bedingungen eine zu große Kapazität berechnet.
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