Der Kondensator an Gleichspannung - ein Energiespeicher

Versuch:

Zum besseren Verständnis diesen Versuch als Schaltung dargestellt:

Kondensator an Gleichspannung - ein Energiespeicher

Kondensator - Aufbau und Schaltzeichen

An Gleichspannung agiert der Kondensator als Ladungsspeicher. Im Wesentlichen besteht der Kondensator aus zwei Platten, welche voneinander elektrisch getrennt sind – entweder durch Luft oder durch einen Isolator (Dielektrikum).

Ein Kennwert des Kondensators ist die Kapazität C. Sie beschreibt das Vermögen des Kondensators, bei einer bestimmten Spannung eine bestimmte Ladungsmenge Q auf seinen Platten zu speichern.

Q = C * U   bzw.   C = Q / U

Umgangssprachlich ausgedrückt: „Je größer der Kondensator und je größer die Spannung, desto mehr Ladungen finden auf den Kondensatorplatten Platz.“

Einheit:  [C] = Farad F  =  1 C/V  („Ein Farad gleich ein Colomb pro Volt“)

Übliche Größen:
Millifarad mF   =  10^-3 F
Mikrofarad µF  = 10^-6 F
Nanofarad nF  =  10^-9 F
Picofarad pF   =  10^-12 F

Welche Größen bestimmen die Kapazität?

• Plattenabstand:  Je kleiner der Plattenabstand, desto stärker ziehen sich die Ladungen auf der gegenüberliegenden Platte an und desto „mehr“ Ladungen finden daher auf den Platten „Platz“.

• Plattenfläche A:  Je größer die Plattenflächen, desto mehr Ladungen finden auf der Platte Platz.
  

  Plattenabstand und Kapazität

• Dielektrikum:  Elektrische Dipole des Dielektrikums richten sich den Ladungen des Kondensators aus und „neutralisieren“ diese. Damit finden weitere Ladungen auf den Platten des Kondensators Platz.
  

  Dielektrikum und Kapazität

Lade- und Entladekurve

Kondensator - Lade- und Entladekurve

Ermittlung der Lade- und Entladezeit eines Kondensators:

Kondensator - Ladungskurve

Wie man sieht, haben die Lade- und Entladungskurven eines Kondensators einen kurvenförmigen Verlauf, welcher nach dere-Funktion beschrieben werden kann. Damit würde der Kondensator eigentlich nie vollständig geladen sein können, was in der Praxis natürlich keinen Sinn macht.

Generell lädt und entladt sich ein Kondensator umso langsamer, je größer seine Kapazität und je größer der Widerstand R in Reihe ist. Hieraus definiert man die sogenannte Zeitkonstante Ƭ (sprich "Tau"):

Ƭ  =  R  *  C   in Sekunden s

Dabei gilt in der Praxis üblicherweise: Der Kondensator ist nach 5 Ƭ  vollständig geladen bzw. entladen. Damit hat die Kondensatorspannung 0,99 der Versorgungsspannung erreicht.

Die Höhe der angelegten Spannung hat dabei keinen Einfluß auf die Ladezeit!

Kondensatoren - vor allem Größere - immer über einen Vorwiderstand laden und entladen.