Fragenbank: Elektrizität: Sphärischer Kondensator

Ein sphärischer Kondensator besteht aus zwei geladenen Oberflächen mit den Ladungen Q und -Q, die durch einen Abstand d getrennt sind. Da der Radius der sphärischen Oberflächen R ist, bestimmen Sie die Kapazität dieses Kondensators. Denken Sie daran, die Gleichung für die Kapazität eines sphärischen Kondensators zu verwenden, berücksichtigen Sie die im Berechnungsvorgang beteiligten Einheiten und präsentieren Sie alle Schritte der Lösung.

Ein sphärischer Kondensator hat einen inneren Radius von 2 cm und einen äußeren Radius von 5 cm. Berechnen Sie seine Kapazität. Darüber hinaus erklären Sie den Einfluss des Abstands zwischen den Platten und der gespeicherten Ladung auf die Kapazität des sphärischen Kondensators. Beschreiben Sie schließlich eine mögliche Anwendung sphärischer Kondensatoren in der Industrie oder in elektronischen Geräten.

Eine neue Batterietechnologie wird für Elektrofahrzeuge entwickelt und verwendet einen sphärischen Kondensator als eines der Hauptkomponenten zur Energiespeicherung. Zwei leitende Kugeln, eine innere und eine äußere, bilden diesen sphärischen Kondensator. Angesichts der Tatsache, dass die innere Kugel einen Radius R1 von 0,02 m und die äußere Kugel einen Radius R2 von 0,03 m hat und dass das Medium, das die Kugeln trennt, eine dielektrische Konstante K von 4 (dimensionslos) hat, bestimmen Sie: (a) die Kapazität des sphärischen Kondensators, (b) die gespeicherte potenzielle Energie im Kondensator, wenn eine Potentialdifferenz von 1000 V zwischen den Kugeln angelegt wird, und (c) die Menge der gespeicherten Ladung in den Kugeln, gegeben dieser Potentialdifferenz.

Ein sphärischer Kondensator besteht aus zwei leitenden Sphären, einer inneren und einer äußeren, die durch ein dielektrisches Material getrennt sind. Wenn eine elektrische Ladung auf die Sphären angelegt wird, speichert der Kondensator elektrische Energie. Welche der folgenden Alternativen beschreibt korrekt die Beziehung zwischen der Kapazität eines sphärischen Kondensators und dem Abstand zwischen den leitenden Sphären?

Ein wissenschaftliches Experiment in einer Physikklasse umfasst den Bau eines sphärischen Kondensators, der aus zwei konzentrischen und isolierten leitenden Sphären besteht. Die innere Sphäre hat einen Radius von 5 cm und die äußere Sphäre hat einen Radius von 7 cm. Es ist bekannt, dass der Raum zwischen den Sphären mit einem Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstanten von K=6 gefüllt ist. Basierend auf diesen Informationen berechnen Sie: (a) die Kapazität des sphärischen Kondensators, (b) die im Kondensator gespeicherte Energie, wenn er mit einer Spannung von 10 Volt geladen ist, und (c) die maximale Ladung, die im Kondensator gespeichert werden kann.