Kondensator Elektrotechnik - Definition auf KuiperGuertel.De

Schaltzeichen Ein

Kondensator

ist ein elektrisches Bauelement .html"> (Isolator) (Luft .html"> (Kunststoff) dazwischen. Diesen Isolator nennt man Dielektrikum | (Dielektrikum). Das linke Schaltzeichen zeigt einen einfachen Kondensator, das rechte einen Elektrolytkondensator.

Ladevorgang

Infolge der Unterbrechung kann elektrische Ladung .html"> (Spannungsquelle) anschließt, fließt dennoch solange Strom, bis die Platten elektrisch aufgeladen sind und keine weitere Ladung annehmen. Dies tritt ein, wenn die Kondensatorspannung ''U''C genauso groß wie die angelegte Spannung ''U''0 ist. Die eine Platte ist dann positiv, die andere negativ elektrisch geladen. Nach dem Anlegen der Quellenspannung gilt für die Spannung ''U''C zum Zeitpunkt ''t'': ::U_C = U_q \cdot (1 - e^{-{t \over \tau}} Im Einschaltmoment stellt der Kondensator einen Kurzschluss | (Kurzschluss) dar, deshalb muss ein Kondensator immer über einen Vorwiderstand aufgeladen werden. Es gilt: ::I_{max} = {U_q \over R} Nach dem Anlegen der Quellenspannung gilt für die Stromstärke | (Stromstärke) ''I''C zum Zeitpunkt ''t'': ::I_C = I_{max} \cdot e^{-{t \over \tau}} Die Ladezeit des Kondensator ist proportional zur Größe des Vorwiderstand .html"> (Kapazität) ''C''. Das Produkt von Vorwiderstand und Kapazität nennt man die Zeitkonstante ''τ''. ::\tau = R \cdot C Für die Ladezeit ''t''L gilt näherungsweise: ::t_{L} = 5 \cdot \tau

Entladevorgang

Verbindet man die Platten eines geladenen Kondensators über einen Draht .html"> (Verbraucher) (Lampe, Widerstand | (Elektrischer Widerstand|Widerstand), so gleichen sich die Ladungen der Platten aus. Es fließt solange Strom, bis beide Platten wieder elektrisch neutral sind.

= Selbstentladung

= Ein geladener Kondensator entlädt sich mit der Zeit auch über seinen eigenen Isolationswiderstand ''R''is. ::\tau_{s} = R_{is} \cdot C Die Selbstentladezeitkonstante ''τ''s ist größer je hochwertiger ein Kondensator ist. Üblich sind Werte zwischen 1000 s bis zu 10.000 s (mit s = Einheitenzeichen für Sekunden.

Kapazität

Das ''Fassungsvermögen'' eines solchen Ladungsspeichers hängt von seinen Abmessungen und dem Material ab und wird als Kapazität | (Elektrische Kapazität|Kapazität) (Formelzeichen: ''C'' bezeichnet. Die Maßeinheit ist das Farad | (Farad (Einheit|Farad. Ein Farad (SI-Einheitenzeichen F ist die Kapazität eines Kondensators, der beim Anlegen einer Spannung ''U'' von 1 Volt .html">Coulomb | (Coulomb (Einheit|Coulomb speichert: ::C = {Q \over U} ::1\ \mathrm{F} = {1\ \mathrm{C} \over 1\ \mathrm{V}} Für einen Plattenkondensator (zwei Metallplatten der Fläche ''A'' im Abstand ''d'' berechnet man die Kapazität gemäß: ::C=\varepsilon_0 \cdot \varepsilon_r \cdot { A \over d } Darin ist \varepsilon_0 die elektrische Feldkonstante, ::\varepsilon_0 = 8{,}85487817 \cdot 10^{-12}\ {\mathrm{C} \over \mathrm{V}\mathrm{m}} \varepsilon_r ist eine für das Isolationsmaterial spezifische dimensionslose Materialkonstante .html"> (Dielektrizitätszahl) oder Permittivitätszahl.

Feldenergie

Ein geladener Kondensator speichert Energie .html">elektrischen Feld | (elektrisches Feld|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: ::W = {C \cdot U^2 \over 2}

Wechselstromverhalten

Beim Anschluss an Wechselspannung | (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 | (Phasenverschiebung)": Es muss zunächst Strom fließen, ehe am Kondensator eine Spannung aufgebaut wird, der Strom ist der Spannung (in der Phase | (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 .html"> (Leistung) in Wärme umsetzt ("Verlustleistung | (Verlustleistung)". Man nennt ihn einen "Blindwiderstand | (Blindwiderstand)". Wenn ''f'' die Frequenz | (Frequenz) der Wechselspannung und ''C'' die Kapazität ist, gilt für den Blindwiderstand: ::X = \frac {1} {2 \cdot \pi \cdot f \cdot C} = \frac {1} {\omega \cdot C} Wobei \omega := 2\cdot\pi\cdot f Winkelfrequenz oder Winkelgeschwindigkeit heißt.

Parallelschaltung

Wenn man Kondensatoren parallel schaltet, liegt an allen die gleiche Spannung bzw. Potentialdifferenz an. Für die Gesamtkapazität gilt: : C_{ges} = C_1 + C_2 + \cdots + C_n \,\!

Reihenschaltung

Wenn man Kondensatoren in Reihe schaltet, fließt durch alle der gleiche Strom. Für die Gesamtkapazität gilt: : \frac{1}{C_{ges}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \cdots + \frac{1}{C_n}

Spannungsfestigkeit

Reale Kondensatoren können nicht bis zu einer beliebigen Spannung aufgeladen werden. Überschreitet man die zulässige Spannung bis zur Durchschlagspannung, so schlägt der Kondensator durch, das heißt, es fließt plötzlich ein erheblich größerer Strom über eine Funkenstrecke oder auf eine ähnliche Art ab. Meist führt das zur Zerstörung des Kondensators (z. B. durch Explosion oder Hitzewirkung und zu weitergehenden Zerstörungen an den Geräten. Manche Kondensatoren besitzen in gewissen Grenzen die Fähigkeit zur Selbstheilung, wenn der Schaden nicht allzu groß ist.

Polarität

Kondensatoren sind normalerweise symmetrisch aufgebaut. In Spezialfällen muss man jedoch die Polarität beachten: #Der Elektrolytkondensator benötigt zum Aufbau seiner Isolierschicht (des Dielektrikums eine polarisierte Spannung. Er darf nicht mit negativer Polarität betrieben werden, da er sonst zerstört werden kann. Beim Betrieb mit Wechselspannung benötigt er eine geeignete Vorspannung. #Gewickelte Kondensatoren sind unsymmetrisch in bezug auf die Außenfläche. Gegebenenfalls ist zu beachten, welche Seite des Kondensatores außen liegt. An diese Schicht wird gewöhnlich, wenn zutreffend, die Masse angeschlossen, und die Größe von Verstimmungen des Kondensators zu verringern.

Temperaturabhängigkeit

Die Kapazität eines Kondensators kann temperaturabhängig sein.

Bauformen

Kondensatoren werden häufig nach der Art des Dielektrikums .html"> (Elektrode)n unterschieden.

= Kondensatoren mit fester Kapazität

Keramikkondensator | (Keramikkondensator)

Elektrolytkondensator | (Elektrolytkondensator)

Aluminium-Elektrolytkondensator | (Aluminium-Elektrolytkondensator)

Tantal-Elektrolytkondensator | (Tantal-Elektrolytkondensator)

Kunststofffolien-Kondensator | (Kunststofffolien-Kondensator)

Metallisierter Kunststoffkondensator | (Metallisierter Kunststoffkondensator)

= Kondensatoren mit veränderlicher Kapazität und Sonderformen

Drehkondensator | (Drehkondensator)

Trimmkondensator | (Trimmkondensator)

Kondensatormikrophon | (Kondensatormikrophon)

Kapazitätsdiode | (Kapazitätsdiode)

Anwendungen

#Die ''Energiespeicherung'' wird in Stromversorgungsgeräten verwendet, um kurzzeitige Spannungsausfälle zu überbrücken. #Die Frequenzabhängigkeit des Blindwiderstandes dient dazu, Signale zu ''filtern .html"> (Hochpass), Tiefpass .html"> (Bandpass). Auch zum Sperren eines bestimmten Frequenzbereiches können Filter verwendet werden. #Zusammen mit einer Spule (Induktivität wird ein Kondensator in einem Schwingkreis verwendet, der eine bestimmte Resonanzfrequenz besitzt. #Durch die ''isolierenden'' Eigenschaften des Kondensators kann der Gleichspannung .html"> (Wechselspannung)santeil getrennt werden. #''Meßverfahren .html">Druck .html"> (Abstand) und Dicke | (Dicke) gemessen werden. #Da das Laden bzw. Entladen eines Kondensators Zeit in Anspruch nimmt, werden auch einfache Zeitschaltungen mit einem Kondensator realisiert (Bsp.: abfallverzögertes Relais | (Relais).

Kennzeichnung von Kondensatoren

Bei den Kondensatoren gibt es keine so einheitliche Kennzeichnung wie bei Widerständen | (Widerstand (Bauelement|Widerständen. Einige der Möglichkeiten sind unten aufgelistet. Weitere Informationen sind auch über die Weblinks unten zu finden.

473: Die ersten beiden Zahlen geben den Wert in Pikofarad an, die dritte, oder auch nicht die Anzahl Nullstellen. Also 473 ist gleich 4 - 7 - 000 pF = 47 nF.

3n9: Dies ist ziemlich einfach, dass heißt einfach 3,9 nF

.33 K 250: Die erste Zahl gibt den Wert in Mikrofarad an, also 0,33 µF = 330 nF. K steht für eine Kapazitätztoleranz von 10 % und 250 für die zugelassene Spannung die angelegt werden kann.

Sehr oft wird auch bei Elektrolytkondensatoren ein in mehrer Ziffern verschlüsselter Datumscode aufgedruckt um das Herstelldatum erkennen zu können. z. B. 2313 2 = 2002 3 = März 13 = 13. Die Codes sind aber immer unterschiedlich von Hersteller zu Hersteller, da leider nur wenige nach der einheitlichen DIN-Norm gehen. ----