Warum ist der Blindwiderstand eines Kondensators im Wechselstromkreis bei hoher Frequenz kleiner als bei niedriger?

Versuchsaufbau (FREQ wurde variiert) - (Schule, Technik, Technologie) Diagramm - (Schule, Technik, Technologie)

9 Antworten

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Extremfall: Frequenz 0, also Gleichstrom. Dann wird der Kondensator einmal aufgeladen und es fließt kein weiterer Strom.

Am Anfang ist der Kondensator ungeladen und setzt deshalb dem Strom keinerlei Gegenspannung/Widerstand entgegen, er wird also mit maximalem Strom geladen. Je weiter der Kondensator geladen ist, desto höher seine Gegenspannung und desto weniger Strom fließt.

Bei sehr niedrigen Frequenzen, die aber immer noch größer als 0 sind, wird der Kondensator ab und zu umgeladen, da fließt immer wieder ein gewisser Strom, der Kondensator hat einen kleinen, aber positiven Leitwert, d. h. einen großen, aber immer noch endlichen Widerstand.

Je größer die Frequenz wird, desto kürzer wird im Verhältnis die Zeit, in der der Kondensator weitgehend geladen ist und desto mehr Ladung für die Umladung kann pro Zeiteinheit im Mittel fließen. Der Kondensator hat hier also einen höheren Leitwert bzw. einen niedrigeren Widerstand.

Bei sehr großen Frequenzen ist der Kondensator die ganze Zeit kaum geladen, hat also ein nur kleines inneres elektrisches Feld und setzt damit dem Strom einen sehr geringen Widerstand entgegen.

In der Grenze extrem großer Frequenzen ist der Kondensator die ganze Zeit praktisch ungeladen und setzt dem Strom damit praktisch keinen Widerstand mehr entgegen.

Blindwiderstand statt Wirkwiderstand ist es, weil der Kondensator beim Entladen wieder genau so viel Energie in den Stromkreis zurückspeist wie er diesem beim Laden entnommen hat. Ein (idealer) Widerstand kann nicht "entladen" werden; er wandelt die dem Stromkreis entnommene Energie vollständig in Wärme um.

Woher ich das weiß:Hobby – Hobby, Studium, gebe Nachhilfe

es gibt eben auch Community-Experten, die jungen Menschen mit einfachen Worten etwas erklären können.
Anderen sollte man diesen Titel wegen Dummheit entziehen dürfen.
Andererseits:
Vielleicht ist es wirksamer, wenn Schwachsinn einen Namen hat.

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Aus dem Grundgesetz

Q = C*U

folgt durch Differenzieren nach der Zeit (ich gehe davon aus, dass du weißt was Differenzieren ist, ansonsten nicht weiterlesen...)

dQ/dt = C * dU/dt

dQ/dt ist aber der Strom I.

Bei sinusförmiger Spannung

U(t) = Uo*sin(wt)

ist

dU(t)/dt = w*Uo*cos(wt)

Also oben eingesetzt

I(t) = C*dU/dt = wC*Uo*cos(wt)

==> Die Amplitude von I ist wC*Uo

die Amplitude von U ist Uo.

Das Verhältnis der Amplituden von U(t) und I(t), die sog. Impedanz Xc ist daher

Xc = 1/wC

Dass aus einem Sinus ein Cosinus wird zeigt, dass es zwischen U und I auch eine Phasenverschiebung von 90° gibt.

Okay, ich gehe hier mal konkreter auf deine Frage ein, weil ich genau so wie du auch mal an so einem Anfang von technischen Fragen war und etliches gelernt habe.

Versuche bitte die Dinge etwas lockerer zu sehen, also nicht nur das was Fachleute dieser Richtung allgemein sagen, dokumentieren. (Vereinfachungen)

Betrachte vor allem mal die Grenzwerte, die viele hier vergessen oder unter den Tisch fallen lassen.

Klar reden viele hier gerne genau das was ihnen als Lehrstoff vermittelt wurde. Auch dann, wenn das für einen Anfänger schwer verständlicher Kram von Fachbegriffen ist, versucht kaum jemand das anders zu erklären.

Schau dir mal deine Grafiken an. Wie du siehst geht es nur um einen sehr kleinen begrenzten Frequenzbereich. Genauer genommen fängt Wechselspannung bereits ab 0,01 Hertz an und hört nach einigen Gigahertz nicht einfach so auf? Ihr behandelt in der Schule nur ein kleines Spektrum dieses sogenannten Blindwiderstandes. In sehr viel höheren Freuqenzbereichen sieht manches wieder ganz anders aus, da kommt nicht nur ein kapazitiver Blindwiderstand hinzu, sondern für jeden Millimeter Anschluss- oder Leitungslänge auch ein nicht zu verachtender induktiver Blindwiderstand aufgrund der Kondensatoranschlüsse.

Versuche dir doch selbst ein wenig die Dinge bildlich verständlich zu machen. Vergleiche nur mal sinnbildlich einen Kondensator mit einem Wassereimer. Den kann man genau so wie einen Kondensator laden und umladen. Ähnlich wie bei solcherlei Ladungen kommen die Dinge aber sinngemäß an ihre Grenzen. Kleiner als 0 Ohm wird es nicht gehen.
Beachte also, ein Blindwiderstand ist nicht das gleiche wie ein echter ohmscher Widerstand. Ein echter ohmscher Widerstand behält seinen Wert bis in gewisse hohe Frequenzbereiche. 

Die Grenzen in denen sich Blindwiderstände bewegen sind viel enger. Sowohl was Frequenz wie auch der kapazitive oder induktive Wert betrifft.
Davon sprechen weder Lehrer noch sonstige Beantworter deiner Frage.

Was nützen dir also Antworten die sinngemäß nur halbe Wahrheiten aus sprechen? Wir müssten uns also über einen Frequenzbereich unterhalten innerhalb dessen diese Lehrmeinung gilt, weil nur dann gewisse Zusammenhänge die Dinge beschreiben.

Damit du die Zusammenhänge einigermaßen verstehen könntest, müssten wir mehr Zusammenhänge betrachten. Von diesen Zusammenhängen sprach bisher leider niemand. Möchtest du deine Frage tiefgreifender beantwortet haben, oder genügt dir das von Anderen gesagte?

herzlichen Glückwunsch, jetzt endlich hat @TKPit verstanden, warum der Blindwiderstand eines Kondensators  frequenzabhängig ist, warum ein realer Kondensator auch noch eine Induktivität hat.

Richtig, die blöden Lehrer sind nicht in der Lage diese vielen Besonderheiten, Abweichungen, Ausnahmen ... den Schülern so zu vermitteln, dass sie deinem Wissensstand entsprechen.

Könnte es aber nicht sein, dass man Lernenden (ob Kindern, Jugendlichen oder Erwachsenen) erst einmal allgemeine Prinzipien erklären sollte, damit sie in der Lage sind später auch mal tiefer in die ganze Problematik einzudringen?

Genau das nennt man Pädagogik. Die beschränkt sich nicht nur darauf, Schülern das Stillsitzen zu lehren.
Nicht umsonst gibt es Klassenstufen. Auch dort wird, beginnen bei einfachen Dingen schrittweise ein immer höheres Wissen vermittelt.

Das alles soll hier bei gutefragen.net nicht gelten?

Übrigens sollte sich ein Genie niemals festlegen, wann Wechselspannung beginnt Wechselspannung zu sein.

Genauer genommen fängt Wechselspannung bereits ab 0,01 Hertz an und hört nach einigen Gigahertz nicht einfach so auf?

Um zu beweisen, dass eine Spannung eine Gleichspannung ist, sich also nie, nie ... ändert,  reicht Zeit nicht aus.

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Ja, ich kann deinen Punkt absolut verstehen. Es kling halt etwas komisch, wenn ich in einem Protokoll über Spulen und Kondensatoren über solche Dinge "philosophiere" ;)

Ich finde deine Sichtweise sehr interessant und es freut mich auch, dass du/ihr so über meine Frage "debattiert". Als angehender Informatiker will ich mich auch nicht so genau mit den Details der Elektronik auseinandersetzen und ich glaube nicht, dass ich das später in meinem Beruf brauchen werde.

Jedenfalls danke für deine Meinung, ich werde sie mir im Hinterkopf behalten ;)

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@TKPit

Als angehender Informatiker will ich mich auch nicht so genau mit
den Details der Elektronik auseinandersetzen und ich glaube nicht, dass ich das später in meinem Beruf brauchen werde.

vielleicht ist das richtig, vielleicht aber auch nicht.
Ich selbst bin sowohl Elektroniker als auch (heute nennt man so) Informatiker.
Informatik ist nicht nur der Web-Seiten-Design oder irgendwelche Software für Verwaltung, Lohnrechnung, Steuer ...
Das soll nicht abwertend verstanden werden.
Informatik sind auch intelligente Haushaltgeräte, Steuerungen in der Fahrzeugtechnik, irgendwann  sicher überall.
Ohne Wissen über Elektronik geht da kaum etwas.
Vielleicht steht auch mal eine Aufgabe, das Verhalten elektronischer Schaltungen auf einem Computer zu simulieren oder einfach nur eine Ahnung zu haben, warum "meine Software" in einem Mikroprozessor immer mal "nicht geht".

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