Kondensator Wechselspannung Verlauf?
Hallo Leute,
ich verstehe nicht, warum der Strom beim Entladen des Kondensators nur langsam ansteigt, so wie hier gezeigt?
https://elektroniktutor.de/elektrophysik/ephy_pict/xc_phase.png
Warum hat der Strom nicht seinen höchsten Wert?
Oder kann der Kondensator der schnellen Spannungsänderung am Funktionsgenerator nicht folgen? Sodass die Spannung am Sinusgenerator geringer wird, während der Kondensator gegenüber dem Sinusgenerator positiver geladen ist.
4 Antworten
Weil es Kabelwideststände und auch leichte Induktionserscheinungen gibt. Strom kann nicht beliebig schnell durch ein Kabel fließen. Er wird von den Protonen des Kupfers abgebremst. Und auch wenn ein Kabel außerhalb einer Spule nicht gewendelt verläuft, ist dennoch eine minimale Induktion vorhanden. (Letzteres hat aber im Normalfall so geringe Auswirkung, dass man diesesvernachlässigen kann).
Und dann braucht der Strom auch Zeit um gegen den „Gegendruck" der Spannungsänderung anzukämpfen. Im Wechselstrom kehrt sich die Spannung ja nicht augenblicklich um. Und solange sie nicht 0 ist, ist salopp gesagt immer ein „Druck" enthalten, der die Elektronen am Abfließen hindert.
Die Spannung am (idealen) Kondensator im Wechselstromkreis ändert sich umso schneller, je größer die Stromstärke ist und umgekehrt; je schneller sich die Spannung am Kondensator ändert, desto größer ist die Stromstärke. Die größte zeitliche Änderung der Spannung erfolgt augenblicklich beim Nulldurchgang; hier ist die Stromstärke am größten. Wenn die Spannung augenblicklich am größten ist, also ihre Amplitude erreicht hat, dann ist die zeitliche Änderung der Spannung Null und damit auch die Stromstärke. Bei sinusförmigem Wechselstrom ist die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Stromstärke deshalb 90°. Die Stromstärke eilt der Spannung um diesen Phasenwinkel zeitlich voraus. Eine genauere Beschreibung dieser Zusammenhänge ist mittels Differenzialrechnung möglich.
Gruß, H.
Das ist fast ein Grundaxiom der Elektrotechnik:
- am Kondensator kann die Spannung nicht schlagartig ändern.
- (und durch einer Spule kann der Strom nicht schlagartik ändern)
- Ich bin nicht ganz sicher, welcher Teil der Grafik dich verwirrt. Unterscheide jedenfalls auch gut, ob du den aktuellen Strom selbst meinst, oder dessen Aenderung/Steigung!
- Die Grafik zeigt es eigentlich deutlich:
- Bei 0° ist der Ladestrom am grössten, die Spannung beginnt am schnellsten zu steigen (mit konstantem Ladestrom würde die Spannung linear steigen)
- Nun sinkt er aber sinusförmig, deshalb stoppt die Aufladung bei 90°.
- Bei 90° dreht der Ladestrom seine Polarität und wird zum Entladestrom (seine Aenderungsgeschwindigkeit ist hier maximal). Deshalb sinkt die Spannung dann wieder.
- bei 180° ist der Entladestrom maximal (negativ), deshalb änderst sich die Spannung hier am schnellsten und rutscht vom Positiven direkt ins Negative.
- Dann das Gleiche mit umgekehrter Polarität bis 360°.
- Veranschaulichen lässt sich das mit Ursache und Wirkung: Der Lade- oder Entladestrom ist die Ursache, die resultierende aktuelle Ladespannung ist die Wirkung.
- Die Spannung zwischen den Kondensatorplatten kann ja erst entstehen, wenn vorher Verschiebungsarbeit geleistet worden ist, also ein Lade- oder Umlade- oder Entladestrom geflossen ist.
- Du kannst das auch mit einer Kinderschaukel vergleichen:
- Du ziehst die Schaukel in die maximale Auslenkung und lässt sie los. Im Moment des Loslassens (bei 0°) ist die Geschwindigkeit noch null (blaue Kurve für Uc), aber die Beschleunigung ist maximal (rote Kurve für Ic)
- Im tiefsten Punkt (90°) ist die Geschwindigkeit maximal (blau), aber die Beschleunigung ist null und geht in eine Bremsung über, wird also negativ (rot)
- Sie bremst, bis die Geschwindigkeit im gegenüberligenden Punkt (180°) null wird und schlagartig die Richtung ändert (blau geht ins Negative)
- Die Beschleunigung zeigt immer noch in die negative Richtung, wirkt aber jetzt in die Gegenrichtung beschleunigend
>aber aber warum ist der Entladestrom zu Beginn klein
zum Zeitpunkt t=90° ändert sich ja die Spannung nicht, sie hat ihr Maximum erreicht.
Wenn die Spannung gleich bleibt, trifft dies auch auf die Ladung zu, denn Q=C*U.
Wenn die Ladung gleich bleibt, kann aber kein Entladestrom fließen, denn Strom ist ja Ladung pro Zeit.
Deshalb hat man am Spannungsmaximum keinen Strom.
Du verwechselst wohl immer noch Ursache und Wirkung:
man kann einem Kondensator keine Spannung aufzwingen! Egal ob DC oder Sinus oder Rechteck.
Wohl aber einen Strom.
Wenn du einen Sinusgenerator direkt an einen idealen Kondensator anschliesst, und der Generator eine ideale Spannungsquelle wäre, dann ginge der Kondensator oder die Quelle kaputt! (In Experimenten wird deshalb immer ein RC-Glied angeschlossen, oder der Innenwiderstand des Generators mitgerechnet, oder mit Op-Amp-Schaltungen gearbeitet).
Real kann der Sinusgenerator nur den Lade- oder Entladestrom im Kondensator erwirken, und der Kondensator passt seine Spannung daran an!
Wenn der Generator eine Rechteck-Stromquelle wäre, so ergäbe sich im Kondensator eine Dreieckspannung (mathematisch: Der Kondensator integriert den Strom zu Spannung).
Bild änlich wie das (rot wieder als Lade-/Entladestrom):https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/diagramm/04120612.gif
Die Grafik ist übirgens eine Momentaufnahme an beliebieger Stelle im eingeschwungenen Zustand. Es ist nicht zwingend, dass man so beginnt wie bei 0°, aber man kann (mit dem Strom als Ursache).
Es ist die gleiche Situation wie bei 360°, da war vorher schon etwas.
- Bei 0° kannst du also durchaus mit dem maximalen Ladestrom starten, die Spannung steigt von null an. (Wenn der rote Ladestrom linear oben bliebe, würde die blaue Spannung linear steigen, da aber der Strom abnimmt, nimmt die Ladegeschwindigkeit ab, bis das Laden bei 90° eben zum Stillstand kommt.)
- Bei 90° ändert der Ladestrom eben seine Richtung. Vorher war er positiv und ist langsam gegen null gegangen. Denn geht er von null aus ins Negative und wir langsam grösser (stärker negativ).
Weil so ein Kondensator und die Leitung die dadran steckt auch etwas Induktion hat. Sprich eine Änderung des Stroms passiert nicht so schnell. Zumindest denke ich dass das der Grund ist.
Genau da liegt mein Verständnisproblem. Die Spannung am Kondensator kann sich erst aufbauen wenn ein Ladestrom fließt, deshalb steigt die Spannung am Kondensator langsam an. Je mehr Ladung auf den Platten des Kondensators desto geringer wird der Ladestrom, der Strom nimmt also langsam ab bis 90°. Das habe ich alles verstanden. Ab 90° beginnt mein Problem, dass die Spannung langsam abnimmt, hab ich verstanden, aber aber warum ist der Entladestrom zu Beginn klein, während er beim Aufladen maximal ist?