Kondensator (Elektrotechnik)
Schaltzeichen
Foto einer Auswahl von Kondensatoren
| Table of contents |
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2 Entladevorgang 3 Kapazität 4 Feldenergie 5 Wechselstromverhalten 6 Bauformen 7 Anwendungen 8 Verwandte Themen: |
Infolge der Unterbrechung kann elektrische Ladung durch einen Kondensator nicht hindurch fließen; wenn man ihn aber an eine Spannungsquelle anschließt, fließt dennoch solange Strom, bis die Platten elektrisch aufgeladen sind und keine weitere Ladung annehmen. Dies tritt ein, wenn die Kondensatorspannung UC genauso groß wie die angelegte Spannung U0 ist.
Die eine Platte ist dann positiv, die andere negativ elektrisch geladen.
Nach dem Anlegen der Quellenspannung gilt für die Spannung UC zum Zeitpunkt t:
Im Einschaltmoment stellt der Kondensator einen Kurzschluss dar, deshalb muss ein Kondensator immer über einen Vorwiderstand aufgeladen werden. Es gilt:
Nach dem Anlegen der Quellenspannung gilt für die Stromstärke IC zum Zeitpunkt t:
Die Ladezeit des Kondensator ist proportional zur Größe des Vorwiderstandes R und proportional zu seiner Kapazität C.
Das Produkt von Vorwiderstand und Kapazität nennt man die Zeitkonstante τ.
Verbindet man die Platten eines geladenen Kondensators über einen Draht oder einen elektrischen Verbraucher (Lampe, Widerstand), so gleichen sich die Ladungen der Platten aus.
Es fließt solange Strom, bis beide Platten wieder elektrisch neutral sind.
Das Fassungsvermögen eines solchen Ladungsspeichers hängt von seinen
Abmessungen und dem Material ab und wird als Kapazität (Zeichen: C) bezeichnet.
Die Maßeinheit ist das Farad.
Ein Farad (1 F) ist die Kapazität eines Kondensators, der beim Anlegen einer Spannung U von 1 Volt eine Ladungsmenge Q von 1 Coulomb speichert:
Ein geladener Kondensator speichert Energie in dem elektrischen Feld, das zwischen den geladenen Platten besteht.
Ist ein Kondensator der Kapazität C auf die Spannung U geladen, so enthält sein Feld die Energie W gemäß:
Beim Anschluss an Wechselspannung (Spannung mit periodisch wechselnder Polung) werden die Platten eines Kondensators ständig von positiv nach negativ und umgekehrt umgeladen.
Dadurch fließt ständig Strom in wechselnder Richtung, jedoch zeitlich versetzt zur Spannung ("Phasenverschiebung"):
Es muss zunächst Strom fließen, ehe am Kondensator eine Spannung aufgebaut wird, der Strom ist der Spannung (in der Phase um 90°) voraus.
Durch das gleichzeitige Vorhandensein von Strom und Spannung kann dem Kondensator ein elektrischer Widerstand X zugemessen werden, der jedoch im Gegensatz zu einem Ohmschen Widerstand keine Leistung in Wärme umsetzt ("Verlustleistung").
Man nennt ihn einen "Blindwiderstand".
Wenn f die Frequenz der Wechselspannung und C die Kapazität ist, gilt für den Blindwiderstand:
Wobei
Kodensator werden häufig nach der Art des Dielektrikums oder der Elektroden unterschieden.
Ladevorgang
Für die Ladezeit tL gilt näherungsweise:Entladevorgang
Selbstentladung
Ein geladener Kondensator entlädt sich mit der Zeit auch über seinen eigenen Isolationswiderstand Ris.
Die Selbstentladezeitkonstante τs ist größer je hochwertiger ein Kondensator ist. Üblich sind Werte zwischen 1000s bis zu 10.000s (s=Sekunden).Kapazität
Für einen Plattenkondensator (zwei Metallplatten der Fläche A im Abstand d) berechnet man die Kapazität gemäß:
Darin ist 
die elektrische Feldkonstante,
ist eine für das Isolationsmaterial spezifische dimensionslose
Materialkonstante, die Dielektrizitätszahl oder Permittivitätszahl.Feldenergie
Wechselstromverhalten
Winkelfrequenz oder Winkelgeschwindigkeit heißt.
Bauformen
Anwendungen
Verwandte Themen:
Siehe auch: Kapazität - Kapazitiv - Spule (Elektrotechnik) - Induktivität - Induktiv
