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Kondensator

 

                                                      Schaltzeichen

Ein Kondensator ist ein elektrisches Bauelement. Prinzipiell  besteht ein Kondensator  aus zwei leitenden Platten, die sich in einem geringen Abstand, nicht leitend  gegenüberstehen. Das Schaltsymbol kennzeichnet den wesentlichen Aufbau.

Zwischen den beiden Platten befindet sich eine nichtleitende Schicht, das Dielektrikum.

Der  Kondensator stellt eine Unterbrechung des Stromkreises dar. Für Gleichstromquellen ist das auch wirklich der Fall, da die Elektronen nicht von einer Platte auf die andere gelangen können. 

 

Wird eine Gleichspannung an den Kondensator angelegt, dann fließt ein kurzzeitiger Ladestrom. Dabei gelangen die Elektronen vom Minuspol auf die eine Platte. Die freien Elektronen der anderen Patte fließen zum Pluspol.

Dabei baut sich zwischen den Kondensatorplatten ein elektrisches Feld auf. Dieses elektrische Feld wirkt der Polung der Spannungsquelle entgegen. Es kann kein Strom mehr fließen. Wird der Kondensator von der Spannungsquelle getrennt,  bleibt das elektrische Feld erhalten. Die Energie, die zum Aufbau des elektrischen Feldes erforderlich war, ist im Kondensator gespeichert. Das Speichervermögen des Kondensators, die KAPAZITÄT, ist von seinen konstruktiven Parametern abhängig.

 

 

F zur mathematischen Beschreibung des Lade- und Entladeverhalten

 

 
 

     

  

Formelzeichen: C

   

Einheit:    1 F (1 Farad) 1 F = 1 C/V = 1 As/V

Gleichung 2

C - Kapazität   [C] = 1F

Q - Ladung  [Q] = 1 C = 1 As

U - Spannung  [U] = 1V

Die Kapazität gibt das Speichervermögen eines Kondensators an.

Die Kapazität C eines Kondensators ist von der Plattenfäche A, dem Plattenabstand d und dem Dielektrikum (Material zwischen den Kondensatorplatten er ) abhängig. Im Vakuum beträgt er eins. Für andere Stoffe kann dieser Wert Tabellen entnommen werden.

Gleichung 2

er - Tabellenwert  [er] = 1 (ohne Einheit)

A - Kondensatorfläche [A] = 1 m2

d - Plattenabstand  [d] = 1m

 

Als Dielektrikum können nur nichtleitende Stoffe verwendet werden, da die Ladungen des Kondensators sonst abfließen würden. Wie die nebenstehende Tabelle zeigt,  vergrößert ein Dielektrikum dabei die Kapazität eines Kondensators.  er = C/Co
Dielektrizitätszahlen
Stoff er
Keramik 80 ... 1000
H2O 81
Alkohol 25,8
Benzol 2,3
Luft 1,00058
Vakuum 1
Aufladeverhalten

Beispiel 1  ,  Beispiel 2

Gleichung 3

I - Stromstärke  [I] = 1 A

t - Zeit  [t] = 1 s

R - Widerstand  [R] = 1 W

Gleichung 4

 
Entladeverhalten

 

Gleichung 5  
  Gleichung 6  
     
     
Elektrisches Feld Gleichung 7  
     
Kondensator in der Reihenschaltung

Die nebenstehenden Abbildungen zeigen die Reihenschaltung von zwei Kondensatoren. Dabei wird schnell deutlich, dass sich die Plattenabstände d  bei gleicher Plattenfläche A addieren.  Somit vergrößert sich in Gleichung 2 nur der Plattenabstand d.

C~ 1/d  è In der Reihenschaltung von Kondensatoren ist die Gesamtkapazität kleiner als die kleinste Teilkapazität.

Gleichung 8  
     
Kondensator in der Parallelschaltung

Die nebenstehenden Abbildungen zeigen die Parallelschaltung von zwei Kondensatoren. Dabei wird schnell deutlich, dass sich die Plattenflächen A bei gleichem Abstand d  addieren.

Somit vergrößert sich in Gleichung 2 nur die Plattenfläche A.

C~ A è In der Parallelschaltung von Kondensatoren ist die Gesamtkapazität größer als die größte Teilkapazität.

Gleichung 9
   
Energie Gleichung 10
     

 

...in Arbeit

Link zu einer guten Beschreibung: http://www.elektronikinfo.de/strom/kondensatoren.htm

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