Kondensator als Spannungswaage

Bei der Spannungswaage bestimmt man die Kraft mit der sich die Platten eines Kondensators anziehen durch Messen einer mechanischen Kraft.

Geräte:

• 2x quadrat Kondensatorplatten a=28,5cm
• Plastikabstandhalter von d=4mm
• Isolierstangen mit Senkschrauben
• Hochspannungsquelle und Messgerät bis U=6kV

Hinweise zum Aufbau:

• Man legt die Abstandshalter sehr mittig zwischen die Kondensatorplatten und richtet diese parallel aus. Wenn die Balkenwaage im Gleichgewicht ist, sollten die  obere Platte, die Abstandshalter gerade berühren.
• mit Plastikwand auch als Schülervesuch geeignet.

Versuchsablauf:

• Zuerst bringt man die Balkenwaage mit Hilfe von Gegenmassen ins Gleichgewicht. Für die Feinjustierung auf 1g eignet sich Knete.
• Nun wird für ein Zusatz-Massestücke m=10...40g, das man auf die rechte Platte aufbringt, die Grenzspannung U für das erneute Kräftegleichgewicht ermittelt. Am besten bringt man die Kondensatorplatten per Hand und mit hoher Spannung U=6kV zusammen und reduziert dann U bis zur Grenzspannung, bei der die Balkenwaage aus dem Gleichgewicht kommt.
• Der Zusammenhang der sich ergibt lautet: \( F = \frac{\epsilon_0 \epsilon_r \cdot A}{2 \cdot d^2} \cdot U^2 \)