Kondensator Funktion?
Hallo zusammen!
Mir ist grundsätzlich bewusst wie ein Kondensator funktioniert: Er lädt sich voll und entlädt sich nach dem Vollständigen laden wieder komplett, jedoch hätte ich dazu ein paar Fragen:
Bei einem Kondensator mit z.B. 400V, kann ich diesen auch mit einer 9V Batterie laden und er spuckt dann 400V aus, oder wie funktioniert das?
Wie kann ich mir die Farad Kapazität vorstellen? Wie ist diese Einheit definiert und beeinflusst sie nur die Abstände zwischen laden und entladen?
Mfg
4 Antworten
Du kannst offensichtlich erahnen wofür ein Kondensator verwendet wird aber die Funktion ist dir offensichtlich nicht klar. Es gibt in der Elektrotechnik verschiedene Arten von Kondensatoren. Beispielsweise gibt es den Elektrolytkondensator, Folienkondensator usw usw. im Grunde aber ist das Prinzip überall gleich. Lass uns das Prinzip eines Kondensators mittels eines Plattenkondensator etwas verdeutlichen:
Ein Plattenkondensator besteht im Grunde, wie der Name schon sagt aus 2 Leitfähigen Platten wo sich zwischen ein sogenanntes Dielektrikum befindet. Das Dielektrikum ist im Grunde nichts anderes als ein nicht leitender Stoff also ein Isolator. Auch Luft könnte als Dielektrikum verwendet werden wobei man bei Luft mit der Dielektrizitätszahl 1 rechnet weshalb man sich dessen Relevanz für die Kapazität des Kondensators eigentlich schenken kann. Irgendwas multipliziert mit 1 ist halt irgendwas also Jacke wie Hose. Aber Schritt für Schritt.
Wird dieser Platten Kondensator nun an einer Spannungsquelle angeklemmt z.b. deine 9V Blockbatterie, so baut sich zwischen den Platten ein elektrisches Feld auf. Wir haben die eine Platte mit dem + Pol und die andere Platte mit dem - Pol der Batterie verbunden. Auch wenn der Widerstand zwischen den Platten nahezu unendlich groß ist und die Ladungen nicht von der eine Platte zur anderen Platte wandern können, so spüren die Ladungsträger dennoch das elektrische Feld. Negativ geladene Teilchen der einen Platte werden von positiv geladenen Teilchen der anderen Platte angezogen und umgekehrt. Es kommt zu einer Ladungsverschiebung auf den Platten bzw die Ladungsträger werden über die Fläche der Platten verteilt.
Diese Verschiebung der Ladung findet nun solange Statt (Zeitabhängig!) bis die Platten keine weitere Ladung mehr aufnehmen können und wie viel Ladung passt auf eine Platte? Genau das hängt von der angelegten Spannung U0 ab in dem Fall die 9V deiner Blockbatterie. Die Ladung Q auf den Platten ist Proportional zur angelegten Spannung U.
Daraus folgt, dass wenn ein Kondensator an einer Spannungsquelle angeschlossen wird, sie das bestreben hat sich auf die Spannung U0 aufzuladen. Dann hört der Stromfluss auf. Warum? 2 Elektronen fassen sich an die Hände. Finde den Fehler!
Achtung Merksatz: "Ein Kondensator wird sich IMMER nur auf die angelegte Spannung U0 aufladen." Der Strom I ist 0 wenn die Spannung am Kondensator Uc=U0 ist.
Die Kapazität eines Kondensators C ist nichts anderes als eine Proportionalitätskonstante zwischen U und Q und wird in der Formel Q=C*U zusammengefasst oder man merkt sich einfach Kuh=Kuh. Daraus folgt C=Q/U
Jeder Kondensator hat dabei seine eigene Kapazität welche von den geometrischen Eigenschaften des Kondensators abhängt, der Fläche der Platten A und der Abstand d Formel lautet:
C=ε0*εr*A/d
ε0 steht hier für die Vakuumpermerabilität und beschreibt wie gut sich elektrische Felder im Vakuum ausbreiten. Es handelt sich hierbei um eine Naturkonstante. εr ist die Permerabilität des Dielektrikums ist das Dielektrikum Luft, kann εr nahezu außer Acht gelassen werden, da man hier mit einem Wert von 1 rechnet. wir erhalten dann C=ε0*A/d
wie funktioniert nun die Erhöhung der Kapazität mithilfe eines Dielektrikums. Bringen wir einfach mal als Dielektrikum ein Stück Gummi zwischen den Platten. Darin passiert nun folgendes:
Da es sich hie um einen Nichtleiter handelt können sich die Ladungen darin nicht bewegen. Dennoch werden die Elektronen in Richtung des Pluspols gezogen. Die Folge ist eine Verformung der Moleküle, sie werden regelrecht Oval förmig. Die Positiv geladenen Teilchen werden zum Minuspol gezogen die negativ geladenen Teilchen zum Pluspol. Im gesamten Dielektrikum entsteht nun also ein + und ein - Pol.
Wir bekommen dann ein elektrisches Feld im Dielektrikum welches dem äußeren Feld entgegenwirkt. Die Folge ist, dass das gesamte elektrische Feld nun kleiner wird. Das führt dazu, dass nun mehr Ladungen voneinander getrennt werden können, da die Kraft die sie wieder zusammenbringen will kleiner wird.
Was haben wir nun also über Kondensatoren gelernt?
Der Kondensator lädt sich auf die Spannung U0 auf sobald dieser an einer Spannungsquelle angeschlossen wird. Die Kapazität eines Kondensators beschreibt das Verhältnis zwischen Ladung und Spannung und ist eine Proportionalitätskonstante. Die Kapazität des Kondensators hängt vom Material und seine geometrischen Eigenschaften ab.
eine letzte Sache:
Die Ladezeit eines Kondensators wird mit der Zeitkonstante Tau beschrieben und wird folgendermaßen berechnet: Tau=R*C. Sobald 5*Tau erreicht ist, gilt der Kondensator als aufgeladen.
Hier Lade bzw. Entladekurven eines Kondensators:
Das ist der Kondensator im Gleichstromkreis. Im Wechselstromkreis wird das ganze etwas komplizierter und wir bekommen es mit den Komplexen und Imaginären Zahlen zu tun :)
Er lädt sich voll und entlädt sich nach dem Vollständigen laden wieder
Er kann sich auch entladen wenn er nicht ganz voll geladen ist, durch eine verkürzte Ladezeit.
Ein Kondensator besteht aus 2 Platten und dazwischen einem Dielektricum. Das Dielekricum ist quasi ein Isolator welches aus verschiedenen Materialien bestehen kann. Wenn ich einen Kondensator für 400V nutze, muss bis zu dieser Spannung gewährleistet sein dass es keinen Durchschlag von Platte gibt. Würde man einen Kondensator für max. 50V nutzen ist das nicht gewährleistet.Hat mit der Kapazität nichts zu tun, d.h. du kannst den Kondensator auch für kleinere Spannungen wie 400V nutzen.
Farad wird definiert aus : Dielektrizitätskonstante im luftleeren Raum, Dielektrizitätszahl, Plattenoberfläche, Plattenabstand .Und 400Voltangabe bedeutet: Dieser Kondensator kann höchstens mit 400Volt angeschlossen werden. Werden mehr Volt angeschlossen könnte er Platzen. Mit 4 Volt kann er geladen werden.
Ein Kondensator speichert genau die Spannung, die Du ihm zuführst. 400V bedeutet nur, dass er max. 400V verträgt, bevor er kaputt geht.
"Farad" bezeichnet die Kapazität, also die Strommenge, die er Speichern kann. Ist wie mit Behältern, z.B. Glas Wasser, Eimer Wasser, Schwimmbecken, ... ;-)