Warum funktioniert ein Plattenkondensator?
Eigendlich fließt ein Strom ja nur in einem geschlossenen Stromkreis. Ein Plattenkondensator bildet ja quasi eine Lücke in diesem Stromkreis, da zwischen den Platten ja ein Abstand ist. Wieso lädt er sich dann trotzdem auf? Und würde eine Lampe, die man vor oder hinter den Kondensator schaltet leuchten?
5 Antworten
Hallo Aaron2143,
die Situation eines Stromkreises ist vergleichbar mit der eines schmalen Wassergrabens, wo sich an einer Stelle ein Becken mit einer Pumpe befindet, die permanent Wasser von z.B. der rechten auf die linke Seite pumpt und so einen Wasserstandsunterschied erzeugt. Die entspricht der Spannung.
Stetige StrömungDas Wasser fließt natürlich sofort außenherum wieder in Richtung nach rechts, wo der Wasserstand niedriger ist. Die Strömung ist annähernd proportional zum Wasserstandsunterschied. Es entsteht ein Gleichgewicht zwischen Strömung und Pumpen. Das entspricht einem stationären Strom.
Gegebenenfalls gibt es zwischendrin noch ein kleines Wasserrad, das irgendetwas antreibt. Es entspricht einem Verbraucher.
Unterbrechung des Wassergrabens/StromkreisesNun könnte der Wassergraben an einer Stelle unterbrochen sein, z.B. durch eine eingeschobene Zwischenwand. Sie entspricht einem Schalter, der geöffnet wird.
In dem Fall würde links das Wasser schnell auf den Stand der Pumpe steigen und rechts auf den der Pumpe sinken. Die Pumpe gibt also ihren Wasserstandsunterschied schnell an die Zwischenwand weiter.
Dasselbe passiert auch im Stromkreis: schnell baut sich die ganze Spannung, die die Spannungsquelle erzeugt, am geöffneten Schalter auf. Zwischen Pluspol der Spannungsquelle und positiver bzw. Minuspol der Spannungsquelle und negativer Seite des Schalters ist die Spannung an Ende Null.
Ausgedehnte Becken/KondensatorIst dort allerdings nicht nur der schmale Graben, sondern sind dort zwei ausgedehnte Becken, passiert dort im Prinzip dasselbe; allerdings fassen die Becken natürlich viel mehr Wasser als der schmale Graben, und der Vorgang dauert entsprechend länger. Dabei nimmt die Strömung exponentiell ab, ebenso wie die Wasserstandsunterschiede links bzw. rechts.
Wie die Becken viel mehr Wasser, kann auch der Plattenkondensator aufgrund seiner Kapazität bei gleicher Spannung eine viel größere Ladung aufnehmen als die Leiterenden am geöffneten Schalter. Deshalb fließt ein Strom, der exponentiell abnimmt.
Kondensator besteht aus zwei Platten mit Dielektrikum(=Isolator) dazwischen.
Die Ladung, die ein Kondensator haben kann, muss ja erst einmal in den Kondensator hinein gelangen.
Wenn du Spannung an die Pole des Kondensators anlegst, baut sich im Kondensator ein elektrisches Feld auf und er lädt sich auf. Dazu ist ein gewisser Stromfluss erforderlich.
Je dünner das Dielektrikum und je großflächiger die Platten, desto größer die Kapazität.
Mit steigender Ladung steigt auch der Widerstand des Kondensators, bis er letztlich voll ist und den Stromkreis unterbricht.
Nun kannst du die Spannungsquelle vom Kondensator entfernen und die im el. Feld gespeicherte Energie bleibt erhalten, bis du sie wieder entnimmst.
Von außen sieht es halt so aus, als würde der Strom durch das Dielektrikum fließen. Aber das sich bei Betrieb auf- und abbauende elektrische Feld ist das Geheimnis :).
Dass ein geschlossener Stromkreis notwendig ist, gilt in der Näherung für niedrige Spannungen, vergleichsweise hohe Ströme und niedrige Frequenzen.
In der Elektrostatik ist es etwas Alltägliches, dass isolierte Gegenstände elektrische Ladung austauschen. In der Hochfrequenztechnik (Radio, ...) ist es etwas Alltägliches, dass Wirbelfelder und damit Stromäquivalente durch den freien Raum wandern.
Ein Kondensator ist eine Anordnung von Leitern, die auch bei niedrigen Spannungen höhere elektrische Ladungen ermöglicht. (Die Ladungen werden durch entgegengesetzte Ladungen in der Nähe verdichtet - "kondensiert", daher der Name.)
Damit der Stromkreis als geschlossen betrachtet werden kann, führt man den "Verschiebungsstrom" ein. (Ursprünglich war es anschaulich die Verschiebung von elektrischen Teilladungen in einem "Diëlektrikum".) Heute versteht man darunter das sich auf- oder abbauende elektrische Feld zwischen den Kondensatorplatten. (Dieses hat interessanterweise dasselbe Magnetfeld wie ein entsprechend geformter Leiter, durch den derselbe Strom fließt wie durch die Zuleitungen zum Kondendator.)
Eine Lampe, die in Serie mit einem Kondendator geschaltet ist, leuchtet, solange der Lade- bzw. Entladestrom des Kondensators groß genug ist. Mit Wechselstrom können Lampen auch dauerhaft leuchten (genauer: 100mal pro Sekunde). Zum Beispiel sind in Fabrikhallen die Leuchtstoffröhren abwechselnd über eine Spule und über einen Kondensator ans Stromnetz angeschlossen. (Abwechselnd, damit sich die "Blindströme" und damit die Verluste in dem Zuleitungen kompensieren - aber das führt zu weit in die Wechselstromtechnik.)
Wird an einem Kondensator eine Spannung angelegt, so wird Energie in einem elektrischen Feld gespeichert. Dazu ist ein Stromfluß erforderlich. Daher leuchtet die Glühlampe für einen kleinen Moment, bis das Feld aufgebaut ist. Das gilt nur für Gleichstrom.
Eine mit dem Kondensator in Reihe geschaltete Lampe leuchtet so lange, wie der Kondensator sich auflädt. Du hast völlig Recht, der Kondensator unterbricht den Stromkreis. Die Platten können aber eine Ladung halten. Solange die Platten aufgeladen werden kann also ein Strom fließen.
Ich hoffe, ich konnte dir helfen. Beste Grüße
Hans Dieter