Aufladen eines Kondensators/Ladungen?
Wenn ich einen Kondensator an eine spannungsquelle anschließe wird er bekanntlich aufgeladen. Aber wie kann das sein? Zwischen den Kondensatorplatten ist kein Kabel also kann kein Strom fließen. Dementsprechend dürften sich die Ladungen doch nicht bewegen.
Schließe ich an eine Batterie nur ein Kabel an einen Pol an bewegen sich die Ladungen im Kabel ja auch nicht oder?
7 Antworten
Die Elektronen fließen vom negativen Pol der Spannungsquelle bis zum Kondensator und "stauen" sich dann sozusagen in der einen Platte.
Aus der anderen Platte kommen genauso viele Elektronen heraus und fließen zum positiven Pol.
Ergo: Es fließt ein Strom - solange bis der Kondensator "voll" ist - also aufgeladen.
Dabei baut sich ein elektrisches Feld zwischen den Platten auf.
Das Dielektrikum zwischen den Platten hindert die Elektronen daran, zur anderen Platte hinüberzuwandern.
Das Feld E zwischen den Platten ändert sich während des Aufladens. Nach Maxwell ist die Änderungsrate ϵ ∂E/∂t äquivalent zu einer Sromdichte. Da dieser Strom aber nicht mit einer Ladungsbewegung einhergeht, spricht man von einem sog. Verschiebungsstrom. Mann kann es sich so vorstellen:
Der Leitungsstrom in den Zuführungen geht an den Platten in einen Verschiebungsstrom über, der den gleichen wert hat.
Warum das Sinn macht: der Verschiebungsstrom erzeugt wie ein Leitungsstrom ein Magnetfeld und ist so gesehen nicht von ihm zu unterscheiden.
Die Frage ist wirklich gut... Ich versuche sie mal zu beantworten - vermutlich noch nicht ganz zufriedenstellend:
Zunächst: Es fließt ein Strom. Auf der einen Seite des Kondensators fangen sich an Elektronen zu sammeln (Minuspol der Batterie), auf der anderen werden Elektronen "abgezogen" (Pluspol der Batterie). Zwischen den Kondensatorplatten bildet sich somit ein elektrisches Feld aus. Um noch eins drauf zu setzen: Die Änderung des elektrischen Feldes zwischen den Kondensatorplatten erzeugt auch ein magnetisches Feld, ähnlich wie um einen stromdurchflossenen Leiter.
Wenn man ein Kabel an eine Batterie anschließt, lässt sich das Kabel in Bezug auf den anderen Pol auch als Kondensator beschreiben. Auch da wird für kurze Zeit ein Ladungsausgleich stattfinden. Nur ist die Kapazität dementsprechend klein.
Soweit aus Ingenieursicht. Warum genau es zu der Ausbildung des elektrischen Feldes kommt, kann ich (im Moment) nicht beschreiben... Es wird wohl irgendwas mit der Coulomb-Kraft zu tun haben, dass sich gegenseitige Ladungen anziehen.
Es fließt durchaus ein Strom, allerdings nur für sehr kurze Zeit. Mann kann diese Zeit sogar verlängern, und das ganze problemlos aufzeichen, mit einem x-y-Schreiber.
Letztlich mußt Du Dich kurz von Deiner Vorstellung, daß dort die Elektronen munter durch die Leitung hüpfen, als würden sie eine Straße langlaufen, verabschieden.
Ist der Kondensator ungeladen, dann liegt am Minuspol ein negativeres Potentiall an, als es der Kondensator hat, um dies auszugleichen, muß kurz ein Strom fließen. Umgekehrt ist die zweite Platte negativer als der Pluspol der Quelle, es besteht auch dort eine Potentialdifferenz, es muß also ein Strom fließen, um auch dieses auszugleichen.
Es sind also kein Ladungsträger vom einen Pol der Quelle zum anderen geflossen, sondern lediglich eine überschaubare Menge in den beiden Teilzweigen.
Du könntest es auch salopp so sagen:
Der Pluspol der Spannungsquelle saugt die eine Platte von Ladungsträgern frei, der Minupol füllt die andere Seite auf. Deswegen ist ein geladener Kondensator dann auch wie eine kleine Spannungsquelle, weil eine Potentialdifferenz zwischen den Platten aufgebaut wird.
Um die Frage zum Kabel zu beantworten, doch schon, eine ganz kurze Zeit fließt tatsächlich ein Strom, bis eben auch das offene Kabelende auf Potential der Spannungsquelle liegt.
Zwischen den Kondensatorplatten fließen keine Teilchen, das stimmt. Die Ladungen kommen jeweils von der (zum Beispiel) an die Spannungsquelle angeschlossenen Seite: Die negative Spannung "drängt" die Elektronen weg von der Spannungsquelle auf die Platte, diese lädt sich (negativ) auf. Zwischen den Platten entsteht so ein Feld, dass an der anderen Platte Elektronen verdrängt und diese somit positiv auflädt. Das geht solange, bis die Spannung am Kondensator der äußeren Spannung gleich ist und die Platten vollständig geladen sind.