Frage von Herry84, 113

Was passiert, wenn man die Stromquelle von einem Kondensator entfernt und einen zweiten ungeladenen Kondensator dazu in Reihe schaltet?

Hallo,

wenn ich die Stromquelle von einem geladenen Kondensator entferne und dann dazu einen ungeladenen Kondensator in Reihe schalte, was passiert dann?

Bei einer Parallelschaltung teilt sich die Ladung des geladenen Kondensators auf die beiden Kondensatoren auf, aber was passiert in diesem Fall? Die Kondensatoren sind schließlich nicht verbunden. Lädt der geladene Kondensator den ungeladenen irgendwie auf?

Beispiel: Kondensator C1 hat eine Kapazität von 50µF und es liegt eine Spannung von 100V an. Dann wird die Stromquelle abgetrennt und ein zweiter Kondensator C2 mit einer Kapazität von 40µF wird in Reihe geschaltet. Wie verhalten sich Spannung und Ladung?

Das gleiche Szenario mit Parallelschaltung kann ich berechnen, nur diese Version macht mir Probleme.

Vielen Dank.

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von kuku27, 37

Einen Kondensator zu einem anderen der geladen ist in Serie zu schalten ohne dass eine weitere Verbindung gemacht wird ist für die Kondensatoren ohne Bedeutung. bei trockener Luft und einem fast unendlichem Widerstand rinnt auch kein Strom. der geladene Ko bleibt auf seiner Ladung und seiner Spannung (falls der Kondensator ideal ist und keine Selbstentladung hat). Es ist völlig egal ob der zweite Kondensator mit unendlichem Widerstand am ersten angehängt wird (also eigentlich nicht) und das andere Ende irgendwo verbunden ist oder ob es mit 0 Ohm am vollen Kondensator hängt und das andere Ende unendlich ist oder ob beide Enden unendlich sind.

Kommentar von SlowPhil ,

Du vergisst, dass die Kondensatoren in Reihe geschaltet sind, das heißt, sie sind leitend verbunden. Zwischen den verbundenen Platten wird so lange Strom fließen, bis beide auf demselben elektrischen Potential liegen.

Kommentar von kuku27 ,

Habe ich nicht vergessen. Du hast vergessen dass der Fuß des Kondensators, des 2ten, Potentialfrei ist. Aus welchem Grund soll sich der, IN WELCHE RICHTUNG?, aufladen.

Du kannst das nicht mit riesigen statischen Aufladungen von Wolken usw vergleichen.

Sie hängen aneinander sind aber nicht in Reihe geschalten solange du den unendlichen Widerstand nicht auch in Reihe geschaltet betrachtest. Unendlicher Widerstand in Reihe bedeutet eine Umladung der Kondesatoren in unendlicher Zeit.

Somit hast recht. In unendlich vielen Jahren ist dann 0% gewandert.

Ist der Widerstand der Luft nicht unendlich sondern nur einige Millionen Megaohm dann wird sich natürlich etwas tun. Aber Vorsicht. die statischen Ladungen wirken sich dann stärker als die berechnbare Reihenschaltung. 

Das Slow von Phil hat aber nichts mit der Gedankenschnelligkeit zu tun, oder? Egal, Hauptsache es kommt an.

Expertenantwort
von PWolff, Community-Experte für Physik, 54

Damit ein ungeladener Kondensator geladen werden kann, muss irgendwie ein Strom fließen können. Und dazu brauchen wir einen geschlossenen Stromkreis. (Der kann allerdings auch über Kondensatoren geschlossen werden - sogar über die Streukapazität einer Freileitung gegenüber der Erde.)

Die verbundenen Enden der Kondensatoren sind natürlich auf demselben Spannungsniveau / elektrischen Potential, die jeweils anderen Platten/Anschlüsse auf dem Potential, das durch U = Q / C (unter Vorzeichenberücksichtigung) relativ zur jeweils anderen Platte festgelegt ist.

Kommentar von Herry84 ,

Wie verhalten sich dann Spannung und Ladung an den beiden Kondensatoren, wenn diese einen geschlossenen Kreis ohne Stromquelle bilden?

Kommentar von PWolff ,

In dem Fall ist der geladene Kondensator die Stromquelle.

Spannung und Ladung an einem Kondensator sind immer durch Q = U * C miteinander verknüpft - kein Wunder, ist doch die Definition der Kapazität C = Q / U.

Lediglich bei extrem hohen Frequenzen und bei Spannungen, die das Dielektrikum zwischen den Kondensatorplatten bis zur Sättigung polarisieren und/oder seine Durchschlagspannung überschreiten, ist diese Definition nicht mehr sinnvoll (da dann U nicht mehr proportional Q ist). (Es sei denn, man verwendet dann eben eine spannungsabhängige Kapazitätsdefinition - wie bei Kapazitätsdioden, aber das ist hier ein Exkurs.)

Kommentar von Herry84 ,

Vielen dank schonmal, ich hab es jetzt so weit verstanden. Mich würde nur noch interessieren, was dann genau passiert, wenn der geladene Kondensator sozusagen als Stromquelle dient. 
Teilt sich dann die Spannung, die vorher an C1 lag auf C1 und C2 auf, oder wie verhält sich das? Die gleiche Frage stelle ich mir zur Ladung - wird die Ladung von C1 dann auf C1 und C2 aufgeteilt, oder ändert sich diese komplett, oder ist sie sogar gleich? 

Kommentar von PWolff ,

Es fließt so lange Strom, bis die Spannungen der Kondensatoren entgegengesetzt gleich sind. (Bei der Betrachtung als Parallelschaltung wäre das der Fall gleiche Spannung.)

Kommentar von kuku27 ,

Entgegengesetzt gleich!????? Die sind gleich gleich, sind sie doch einfach parallel. Wenn du meinst es sind polarisierte Elektrolytkondensatoren und + des einen ist mit minus des anderen verbunden dann wird einer verkehrt herum geladen. Bei zB Keramik ist das egal und sie einigen sich in der gleichen Richtung auf gleiches Potential.

Kommentar von PWolff ,

Ich meinte die Betrachtung als Stromkreis.

Du kannst ja im Prinzip die Strom- bzw. Spannungsrichtungen je Bauelement definieren, wie du willst, solange du es während der Rechnung konsistent handhabst. Am besten wählst du diese Richtungen so, wie es am bequemsten ist.

In Serienschaltung zweier Bauelemente ist es für gewöhnlich sinnvoll, die Strom- und Spannungsrichtungen hintereinander in die gleiche Richtung weisen zu lassen.

Wenn du die Kondensatoren als Serienschaltung betrachtest,

     °----------------------------------+
| |
| ^ |
----- | +-----+-----+
----- U | |
| | Rest der |
| | Schaltung |
----- ^ | |
----- | +-----+-----+
| U |
| |
°----------------------------------+

müssen bei dieser Vorzeichenwahl die Spannungen entgegengesetzt gleich sein, damit kein Strom fließt.

In Parallelschaltung zweier Bauelemente ist es für gewöhnlich sinnvoll, die Strom- und Spannungsrichtungen parallel (in die gleiche
Richtung) weisen zu lassen.

Wenn du die Kondensatoren als Parallelschaltung betrachtest,

              °--------------------------+
| |
+-----+-----+ +-----+-----+
| | | |
^ ----- ----- ^ | Rest der |
| ----- ----- | | Schaltung |
U | | U | |
+-----+-----+ +-----+-----+
| |
°--------------------------+

müssen bei dieser Vorzeichenwahl die Spannungen gleich (und vorzeichengleich) sein.

Kommentar von kuku27 ,

so ist es wieder richtig. Aber vorher hast ja den einen Ko als die Spannungsquelle bezeichnet. Und in der Fragestellung gibt es den"Rest der Schaltung" nicht

Kommentar von kuku27 ,

Dann sind sie nicht mehr in Serie sondern parallel.

Antwort
von thomsue, 58

Du schreibst selbst etwas von Reihe, also sind sie verbunden

Kommentar von Herry84 ,

Die beiden Kondensatoren sind nur miteinander verbunden, also sozusagen die rechte Platte des geladenen Kondensators mit der linken Platte des ungeladenen Kondensators ( --|  |---|  |-- ), aber es ist kein geschlossener Kreis. 

Kommentar von thomsue ,

Dann kann auch kein Strom fließen

Kommentar von Herry84 ,

Das heißt, der geladene Kondensator beeinflusst den ungeladenen in keiner Weise? Was wäre dann, wenn die beiden doch einen Kreis bilden würden?

Kommentar von thomsue ,

Naja, im Gleichstrom ist ein Kondensator ein unendlicher Widerstand. Also kein Stromfluß.  

Kommentar von kuku27 ,

So sehe ich das nicht. Es ist kein unendlich großer Widerstand denn bei jeder Änderung rinnt Strom , sogar am Anfang sehr viel. Es ist halt ein Ladungsabhängiger Widerstand. " Kondensatoren sind dann wie 2 verbundene Wasserbecken. Wenn der Unterschied der Wasserhöhe hoch ist ist auch ein starker Fluss ist die Höhe gleich dann tut sich nichts. Aber die Möglichkeit, die Verbindung bleibt.

Kommentar von thomsue ,

Trotzdem müssten sich ja die Ladungen verteilen zum Gleichgewicht.... 🤔

Kommentar von thomsue ,

Habe ich ja vorher geschrieben - Gleichgewicht und so 👍

Kommentar von kuku27 ,

ich meinte nur:: Ein Kondensator ist kein unendlicher Widerstand. Das ist zu sehr vereinfacht.

Kommentar von thomsue ,

Ok

Den Widerstand eines Kondensators bezeichnet man als kapazitiven Widerstand , den einer ... in einen Gleichstromkreis, so lädt er sich zwar auf, bildet aber dann einen unendlich großen Widerstand.

So meinte ich es

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