Parallelschaltung Kondensator?
Liebe Leute, ich habe ein Problem ich hab eine Schaltung nach den Angaben meines Lehrers gebaut, dennoch habe ich nicht verstanden was die Schaltung eigentlich macht. Kann mir irgendwer eine kurze Analyse zusammenstellen?
Vielen Dank Finn
p.s: funktionieren tut sie :3
3 Antworten
Rechts hast du eine LED mit einem Vorwiderstand und einen Taster, je nach dem ob dieser Taster einen Kontakt öffnet oder schließt ist die LED bei Betätigung aus oder an.
Links befindet sich ein Kondensator mit einen Vorwiderstand. Wird an einen Kondensator mit Widerstand eine Spannung angelegt, so lädt der Kondensator sich auf. Wie lange das dauert hängt vom Widerstand ab: Tau=R*C. Tau ist die Zeitkonstante, nach der sich ein Kondensator auflädt oder entlädt. Nach 5*Tau gilt der Kondensator als geladen oder entladen. Die Kurve verläuft dabei exponenziell.
Links siehst du die Ladekurve eines Kondensators. Der Kondensator lädt sich immer bis auf die angelegte Spannung auf und die Höhe der Spannung ist dabei komplett unabhängig von der Zeitdauer. Der Kondensator braucht bei 30V 5 Tau und bei 40V 5 Tau. Klar. Der Widerstand bleibt ja gleich und wenn die Spannung größer wird, wird auch der Strom durch den Widerstand größer und wenn die Spannung kleiner ist, ist auch der Strom kleiner. Passt also perfekt, dein Kondensator wird immer 5*Tau brauchen.
Ist der Kondensator komplett geladen, fließt kein Strom mehr. Der Widerstand des Kondensators ist theoretisch unendlich hoch und deshalb fällt an ihm auch jetzt die gesamte Spannung ab.
Was ist ein Kondensator im Prinzip? Ein Kondensator ist vom Prinzip her nichts anderes als 2 leitende von einander getrennte Platten, wo sich ein Dielektrikum zwischen befindet also ein nicht leitender Stoff. Kann Luft, kann aber auch Kunststoff sein Whatever. Die Kapazität kann durch die Wahl des Dielektrikum bestimmt werden, da jeder Stoff eine andere Dielektrizitätszahl hat. Das ist aber erst einmal unwichtig, Das hängt mit der Ausrichtung der Atome im Stoff zusammen, die sich in einem Elektrischen Feld befinden. Für das Verständnis nehmen wir erstmal Luft. Die hat nämlich eine Dielektrizitätszahl von 1 und kann daher vernachlässigt werden, denn irgendwas multipliziert mit 1 ist irgendwas.
Wir haben also 2 Platten bzw leitende von einander galvanisch getrente Flächen. Sobald wir eine Spannung an diese anlegen baut sich ein elektrisches Feld auf, welcher von den Ladungsträgern hervorgerufen wird. Denn nur weil wir die Leiter nicht direkt miteinander verbunden haben, wollen die Elektronen trotzdem zur anderen Seite, sie werden vom + Pol angezogen. Also sammeln sie sich auf der Platte. Auf der anderen Seite passiert das Gegenteil. Die Elektronen fließen von der Platte weiter zum + Pol und es enstehen positive Ionen. Also Atome denen negative Ladungsträger fehlen. Man spricht häufig auch von elektronen Löcher, denn hier kann ein Elektron hin dieser Platz ist aber unbesetzt. Dieser Vorgang dauert so lange an, bis die Spannung es nicht mehr schafft durch das E Feld mehr Elektronen auf die Platte zu bringen, denn auch wenn wir auf der einen Seite ein Elektronen überschuss haben, Elektronen sind Teilchen die von Natur aus eine negative Ladung besitzen und finde den Fehler wenn ich sage, dass 2 Elektronen sich an den Händen fassen :)
Irgendwann ist die abstoßende Kraft von den Elektronen gegenüber weitere Elektronen größer als die Kraft des elektrischen Feldes welche sie auf die Platte drückt und es fließt kein Strom mehr. Wenn man nun die beiden Platten elektrisch miteinander verbinden, Gleichen sich die Ladungsträger wieder aus. Die "Löcher" gehen in Richtung der Elektronen und die Elektronen gehen in Richtung der Löcher, es fließt ein elektrischer Strom.
Die Kapazität des Kondensators hängt von der Fläche der Platten ab, dem Abstand der Platten zueinander, denn je weiter die Platten entfernt sind, desto schwächer wirkt das elektrische Feld und der elektrischen Feld konstante Epsilon 0
Was ist den die elektrische Feld konstante. Die Elektrische Feld konstante vereint Ursache und Wirkung. Denn Die Ursache für ein elektrisches Feld ist die auf der Fläche verteilte Menge an Ladungen.
Mit einfachen Worten: Wir stellen uns ein Elektron vor. Das schwebt da irgendwo so im Raum. Von ihm wirken jetzt elektromagnetische Kräfte, weil dieser geladen ist und dieses "elektrische Feld" breitet sich Radial vom Elektron in alle Richtungen aus.
Gleichzeitig wirkt das elektrische Feld des Elektrons umso stärker, je näher man sich an dem befindet. Je weiter man weg geht, desto schwächer wirkt das elektrische Feld. Ähnlich wie mit der Gravitation. Je näher du der Sonne kommst, desto stärker wirst du von der Masse der Sonne angezogen.
Man kann also sagen: Das Elektrische Feld ist Proportional zur Ladung pro Fläche.
Die Flächenladungsdichte also die Anzahl der Ladungsträger pro Fläche wird als Sigma bezeichnet und ist die URSACHE des elektrischen Feldes und das elektrische Feld E ist die WIRKUNG. Die Ursache und Wirkung sind dabei durch die elektrische Feldkonstante Epsilon 0 verknüpft Epsilon 0 =sigma/E Ich hoffe das das so verständlich ist :D
Die elektrische Feldkonstante Epsilon 0 beträgt dabei 8,85418...*10^-12 und die Einheit ist As/Vm also Ampere*sekunde/Volt*m.
So ergibt sich die Formel für den Kondensator: C=Epsilon0*A/d also Epsilon 0 Multipliziert mit dem Quotientenwert der Fläche A der Platten durch den Abstand d der Platten. Diese Formel können wir aber nur dann nehmen, wenn die Dielektrizitätskonstante Epsilon R 1 ist.
Ansonsten müssen wir diesen mit einrechnen aber das ist auch kein Problem einfach mit Er Multiplizieren und das Problem ist gelöst:
C=Epsilon R * Epsilon 0 * A/d.
Aber was ist die Dielektrizitätszahl und was sagt die? Die Dielektrizitätszahl ist genauso wie die Elektrizitätskonstante. Das gleiche Prinzip, nur das sich in einem Nichtleiter keine Ladungen bewegen können, doch die Moleküle werden durch das elektrische Feld verformt. Es entsteht ein Oval. Plus geht zum - und - geht zum Plus. Aber auch hier wieder das selbe Spiel mit den Ladungen, daher wird das Elektrische Feld zusätzlich verstärkt, was die Kapazität vergrößert.
So viel zum Kondensator :D Wie sieht es jetzt in der Schaltung aus?
Der Ein und Ausschaltmoment sollte soweit geklärt sein also bei einer Gleichspannung. In der Gleichspannung selber wirkt der Kondensator schaltungstechnisch erstmal wie ein Stück Nichtleiter. Es fließt kein Strom als hätte jemand das Draht einfach durchgeschnitten. genau das sollte in der Schaltung realisiert werden. Das verhalten eines Kondensators bei Gleichspannung. Der Kondensator kann sich aufladen und kurzzeitig elektrische Energie wieder abgeben.
Bei Wechselstrom verhält sich das ganze aber noch seltsamer. Der Kondensator lässt plötzlich ein Strom fließen, denn durch die ständige Umpolung bzw Änderung der Spannung wird der Kondensator ständig geladen und entladen. Es entsteht ein sogenannter Kapazitiver Blindwiderstand. Also der Kondensator entwickelt einen Widerstand XC. ABER. In dem Moment, indem die angelegte Wechselspannung im Positiven bereich steigt, beginnt erst ein großer Strom damit zu fließen und erst Zeitlich versetzt beginnt damit die Spannung am Kondensator zu steigen. Das heißt, du hast am Anfang keine Spannung aber einen großen Strom was zu einer sogenannten Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom führt und das kann folgen haben. Das ist aber schon Wechselstromtechnik.
Der Kondensator auch Kapazität genannt ist wie eine Spule auch Induktivität genannt ein sehr Relevantes Bauteil in der Elektrotechnik, denn es kann ganz schnell passieren, dass man unbewusst beim Verlegen von Leitungen etc Induktivitäten oder Kapazitäten baut ohne es zu merken. Denke einmal an einen Leiter in dem sich gemeinsam ein + Leiter und ein - Leiter befinden. Die Isolierung als Dielektrikum, und die Kabel entsprechen den Leitenden Flächen.
Oder du als Mensch. Du fasst an einen elektrisch Leitfähigen Objekt und plötzlich sinkt der Widerstand deiner Haut, der eigentlich als Isolator wirkt, weil du an Wechselspannung packst. Auch hier. Das Leitfähige Objekt als Platte 1, deine Haut als Dielektrikum und das Blut z.b. welcher elektrisch Leitfähig ist, weil sich z.b. Eisen darin befindet als Platte 2. So kann sogar eine verhältnismäßig kleine Spannung für den menschlichen Körper gefährlich werden.
Für mich stellt sich die Schaltung so dar und ich kann mir nicht erklären, wofür der Widerstnd und Kondensator in Reihe zwischen + und - liegt.
In Reihe geschaltet sind ein Taster, ein Vorwiderstand und eine Leuchtdiode.
Falls der Taster ein Schließer ist (Wahrscheinlich, da das Speisegerät keinen Strom anzeigt):
Wenn Taster gedrückt --> Led = An. Die oben angegebene Spannung läßt sich übrigens nur bei gedrücktem Taster messen, denn es handelt sich um die Flussspannung der LED, obwohl mir 0,3V etwas sehr wenig erscheint...
(Falls der Taster ein Öffner ist :
Led immer an. Wenn Taster gedrückt --> LED=Aus. Die oben angegebene Spannung läßt sich nur messen, wenn der Taster nicht gedrückt ist.)
Die linken beiden Elemente müssen genauer spezifiziert werden. Es kann sich um einen keramischen Kondensator handeln, oder aber um einen SIOV. Vermutlich ist es ein Kondensator zur Veranschulichung, daß über diesen kein Gleichstrom fließt. Wenn dann der Taster gedrückt wird, ist am Instrument des Speisegerätes der Strom durch die LED abzulesen.
LG Calimero