Wieso Entlädt sich eine Batterie nicht sofort wie ein Kondensator?
Hallo liebe Community,
ich hätte gerne gewusst, wieso sich eine Batterie nicht so schnell entlädt wie ein Kondensator. Was hat es außerdem mit dem Verbraucher auf sich? Wenn ich nur einen Verbraucher habe, dann liegt an dem einen Verbraucher ja die volle Spannung an. Ich stelle mir das so vor, dass wenn ein Verbraucher 12V "verbraucht", dann auch sofort 12V von der Spannungsquelle weg sind. Wieso ist das aber nicht so? Ich hoffe ihr versteht meine Frage(n).
8 Antworten
Erstens auch Kondensatoren entladen nicht "sofort". Das weiß jeder, der schon mal ein nicht anschwingendes Schaltnetzteil repariert und an den großen Glätter-/Pufferkondensator auf der Primärseite gepackt hat, ohne ihn vorher mal zum Entladen zu brücken, auch nach Stunden.
Zweitens auch Batterien (Einweg wie auch Akku) entladen sich mit der Zeit, aber sehr langsam.
Eine Rolle spielen dabei die Kapazität (Kondensatoren haben davon deutlich weniger), Ströme im Inneren des Energiespeichers durch Bauart und Chemie (daraus resultierender Innenwiderstand), sowie die chemische Zusammensetzung des Energiespeichers und deren Speichereigenschaft.
Im Grunde genommen sind Kondensatoren und Akkus das Gleiche: Zwischen zwei Platten ist eine chemische Verbindung, die fertig angerührt (Batterien) oder durch Strom mit einem Potential aufgeladen (Akku und Kondensator) und dann durch Stromentnahme entladen wird. Die Bauform entspricht den Anwendungszwecken: Akkus sollen große Mengen Energie speichern, Kondensatoren sollen wenig Energie speichern. Durch die Eigenschaft, wenig Energie zu speichern, können sie Spannungsspitzen glätten (kurzzeitig überschüssige Spannung aufnehmen und dezent wieder abgeben, Anwendungsbeispiel Netzfilter, Glätter hinter einem Gleichrichter), Leistungsspitzen auffangen (Energie puffern und bei hoher Leistungsentnahme abgeben, Anwendungsbeispiel Pufferkondensator im Car Hifi, damit die Bordspannung bei hohen Verstärkerleistungen bei viel Bass nicht zusammenbricht) oder Frequenzen filtern (die Wechselspannung sorgt für ständiges Laden und Entladen, je höher die Frequenz, desto mehr Strom fließt durch, Anwendungsbeispiel Frequenzweichen).
Kondensatoren können enorm hochkapazititv sein, siehe gerade die Goldcaps, die Leistungsspitzen im Car Hifi auffangen. Dabei sollen sie aber schnell sein (schnell laden, aber auch schnell abgeben), was ein Akku nicht ist (dafür hochkapazitiver). Dafür werden andere Komponenten und chemische Inhaltsstoffe verwendet, die den Kondensator aber teuer machen. Plus dass er durch den für die Geschwindigkeit mitverantwortlichen niedrigeren Innenwiderstand schneller entlädt.
Beim Kondensator erfolgen beim Umladen keine chemischen Veränderungen.
Ja, ich verstehe. Also es ist so:
In einem Kondensator wird einfach nur eine elektrische Ladung gespeichert, Ziehst du da einen Strom heraus, wird diese Ladung weniger und die Spannung sinkt
Bei einer Batterie oder einem Akku ist das anders. Hier sind chemische Vorgänge im Spiel, bei der sich zumeist ein Metall in einem Elektrolyt (eine Säure oder eine Base ) löst und sich chemische Verbindungen bilden, so lange der Strom fließen kann. Die Höre der Zellenspannung ergibt sich aus der elektrochemischen Spannungsreihe der an der Reaktion beilegten Partner, und diese Spannung steht eben so lange zur Verfügung, wie die Ausgangsstoffe der Reaktion noch in genügender Menge zur Verfügung stehen.
Und wenn du jetzt an eine 12V-Batterie einen Verbraucher anschließt, verbraucht der eben nicht diese 12V, sondern durch den Widerstand dieses Verbrauchsers beginnt ein Strom (in Ampere) zu fließen, überden dann die in der Batterie vorhandene (chemisch gespeicherte) Energie quasi abfließt. Dadurch wird enen die Batterie nach einer gewissen Zeit alles zur Stromerzeugung zur Verfügung stehende Material umgebaut haben. Dann hört dein Verbraucher auf zu funktionieren.
Wenn du jetzt mehrere Verbraucher anschließt addiert sich deren Strom, und die Batterie wird eben schneller alle.
Zuhause bekommst du als der Steckdose ja auch eine feste Spannung, fast egal, wie viele Verbraucher du z.B. an eine Verteiler-Steckdose anschließt, so Lange eben nicht durch zu viel Strom die Sicherung auslöst.
Die chemische Reaktion "erzeugt" ständig "neue" 12v oder wie kann man das verstehen?
Ich finde nicht. Es ist umgekehrt, die Spannung entsteht durch eine Potentialdifferenz zwischen unterschiedlichen chemischen Elementen, und die betroffenen Chemikalien werden bei Stromentnahme aufgebraucht bzw. umgewandelt.
Deshalb bleibt die Spannung solange fast unverändert, wie noch ein Rest der Metalle vorhanden ist, die die Spannung erzeugen. Beim Autoakku ist es Blei, das beim Entladen in Bleioxid umgewandelt wird, wobei gleichzeitig in der Elektrolyt-Flüssigkeit der Sulfatgehalt abgebaut wird.
Eine Batterie hat mehr Kapazität, heißt sie kann viel mehr Energie speichern als ein Kondensator. Außerdem hat ein Kondensator einen viel kleineren Innenwiderstand, sodass sich dieser im Falle eines Kurzschlusses viel schneller entladen kann und somit zusätzlich zur kleineren Kapazität schneller leer ist.
Wenn man eine Batterie verwendet, läuft in dieser eine Chemische Reaktion ab, durch die auf einer Seite Elektronen "rauskommen" und zur anderen Seite fließen. Solange genug Elektronen zur Verfügung stehen, die "wandern" können, hält die Batterie die Spannung. Je mehr Elektronen zur anderen Seite fließen, desto weniger Spannung besteht zwischen den 2 Polen-> Die Spannung sinkt.
Du verbrauchst nicht Spannung, sondern Energie. Die Energie pro Zeit ist die Leistung. Solange du die an der Batterie angegebene Energie nicht "verbraucht" hast, wird die Batterie annähernd 12V halten. Diese Energie wird als Ah angeschrieben. hat eine Batterie 70Ah (viele Autobatterien haben so viel), kannst du 1 Stunde lang 70 Ampere aus der Batterie ziehen, danach wird die Spannung zu weit abgefallen sein und nicht mehr ausreichen, um den Verbraucher zu betreiben.
Ja das leuchtet ein! Also habe ich quasi 12v*70Ah=840W/h?
Und es kommt also auf den Innenwiderstand an, der den Strom begrenzt?
Sorry, das hatte ich nicht gesehen. Es hätte mich gehindert, das Gleiche zu schreiben.
Ja stimmt hast recht. Weiss auch nicht wie ich auf W/h komme :D
Schuldidaktik: Lehrer (außer Physiklehrer) wissen das oft auch nicht.
Kondensatoren haben einen viel größeren Innenwiderstand als Akkus, aber eine vergleichsweise kleine Kapazität.
Kondensatoren behalten ihre Ladung recht lange, weil das Dielektrikum ein guter Isolator ist, aber nur wenn man nichts anschließt.
Zum Vergleich stell Dir zwei Staudämme vor. Jeder hält einen Stausee mit 12 Meter Wasserstand, d.h. 1,2 bar Druck an der Sohle der Staumauer.
Der eine Stausee hat zehntausend Kubikmeter Wasser, der andere hat hunderttausend Kubikmeter.
Öffnet man unten die Ventile und läßt 1 m^3/s Wasser abfließen, dann leert sich der See mit den 10^4 m^3 schneller als der mit 10^5 m^3.
Bei beiden Seen geht der Wasserstand zurück und ebenso der Druck. Was abfließt, sind aber nicht die 12 Meter und die 1,2 bar, sondern das Wasser.
Ein Kondensator speichert reine elektrische Energie. Eine Batterie speichert die Energie durch chemische Reaktionen und gibt sie so wieder ab. Das ist ein wesentlicher Unterschied.
Akku oder Kondensator sind nicht das Gleiche.
Sie haben zwar die gemeinsame Eigenschaft, dass sie eine Kapazität haben. Beim Akku wird im Gegensatz zum Kondensator die Ladung mithilfe chemischer Prozesse nachgeliefert, während der Akku durch Verbraucher entladen wird. Das führt dazu, dass an den Klemmen schon bevor er geladen worden ist, eine Spannung vorhanden ist. Bei der Entladung werden im Akku Chemikalien umgewandelt,, und der Akku ist erst dann entladen, wenn die entsprechenden Chemikalien aufgebraucht sind, sodass keine Spannung mehr nachgeliefert werden kann. Beim Bleiakku kann man durch Messung der Konzentration der Schwefelsäure feststellen, wie gross die verbleibende Kapazität noch ist.
Beim Wiederaufladen des Akku wird die ursprüngliche Chemikalie wieder hergestellt.