Kondensator

Plattenkondensator Kondensatoren sind Bauelemente, die elektrische Ladungen bzw. elektrische Energie speichern können.
Die einfachste Form eines Kondensators besteht aus zwei gegenüberliegenden Metallplatten. Dazwischen befindet sich ein Dielektrikum, welches keine elektrische Verbindung zwischen den Metallplatten zulässt. Das Dielektrikum ist als Isolator zu verstehen.
Legt man an einen Kondensator eine Spannung an, so entsteht zwischen den beiden metallischen Platten ein elektrisches Feld. Eine Platte wird positiv geladen, die andere wird negativ geladen.
Kondensatoren unterscheiden sich nach Art der Spannung. Es gibt Gleichspannungs- und Wechselspannungskondensatoren. Gleichspannungskondensatoren sind gepolt. Die Anschlüsse dürfen nicht vertauscht werden. Wechselspannungskondensatoren sind ungepolt und dürfen sowohl an Wechsel- als auch an Gleichspannung betrieben werden

Ladevorgang des Kondensators

Aufladevorgang des Kondensators
Im Einschaltaugenblick springt der Strom von Null auf den Maximalwert. Ab diesem Augenblick wird der Strom immer kleiner. Die Spannungsquelle 'pumpt' Ladungen von der einen Kondensatorfläche zur anderen Kondensatorfläche. Bei diesem Vorgang wird der Kondensator aufgeladen. Es fließt ein Ladestrom.
Je länger der Ladevorgang dauert, desto weniger Strom fließt. Die Elektronen auf der einen Fläche werden weniger. Während der Strom in Richtung Null sinkt, steigt die Spannung von Null auf den Maximalwert. Ein Kondensator kann nur bis zu einer bestimmten maximalen Spannung aufgeladen werden. Eine höhere Spannung zerstört den Kondensator.
Hat die Kondensatorspannung UC die Ladespannung Uges erreicht, fließt kein Strom mehr. Der Kondensator wirkt dann wie eine Sperre für den Gleichstrom.
Die Ladung bleibt auch dann erhalten, wenn die Ladespannung Uges entfernt wird. Allerdings entlädt sich der Kondensator trotzdem.

Entladevorgang des Kondensators

Entladevorgang des Kondensators
Der Kondensator wirkt wie eine Spannungsquelle. Ab dem Entladezeitpunkt sinkt die Spannung vom Maximalwert auf Null ab. Der Strom wechselt seine Flussrichtung (Polarität) und sinkt vom Maximalwert auf Null ab. Er fließt also in entgegengesetzter Richtung zum Ladestrom.
Die Spannung UC verhält sich wie der Strom. Sie sinkt vom Maximalwert auf Null. Die Polarität bleibt erhalten. An dem Punkt, wo keine Strom mehr fließt, ist der Kondensator entladen.
Man sollte es vermeiden einen Kondensator zu schnell zu entladen. Zum Beispiel durch einen Kurzschluss. Durch den kurzzeitig sehr hohen Strom können vor allem Kondensatoren mit hoher Kapazität zerstört werden. Kondensatoren sollten immer über einen Widerstand entladen und auch geladen werden.
Wenn man das Strommessgerät während des Entladevorgangs beobachtet, dann kann man einen kurzen Ausschlag des Zeigers erkennen, der allerdings in die gegengesetzte Stromrichtung wirkt und schnell gegen Null zurück geht.

Lade- und Entladezeit des Kondensators

Zur Berechnung der Lade- bzw. Entladezeit wird der Wert des Widerstands, der den Kondensator auflädt, und der Wert des Kondensators benötigt. Die angelegte Spannung hat dabei keinen Einfluss auf die Ladezeit!
Die Aufladung erfolgt umso schneller, je kleiner die Kapazität des Kondensators C und je kleiner der Widerstand R ist.
sprich: tau
Die Ladezeit ist nur von den Größen des Kondensators C und des Widerstandes R abhängig. Daher wird das Produkt aus Kondensator C und Widerstand R als Zeitkonstante τ (tau) festgelegt.

Lade- und Entladekurve
Innerhalb jeder Zeitkonstante τ (tau) lädt oder entlädt sich ein Kondensator um 63% der angelegten bzw. geladenen Spannung.
Nach 5 Zeitkonstanten ist ein Kondensator fast aufgeladen bzw. fast entladen.
Die Lade- bzw. Entladezeit beträgt 5 τ (tau) bzw. 5 mal Widerstand mal Kapazität.
5 Zeitkonstanten 

Schaltzeichen

Normal
Schaltzeichen des Kondensators
Elektrolytkondensator
Elektrolytkondensator
Drehkondensator
Drehkondensator
Trimmkondensator
Trimmerkondensator

Kapazität

Die Kapazität gibt die Ladungsmenge bzw. Größe der speicherbaren elektrischen Energie an. Die Kapazität hat als Formelzeichen C. Es ist die Abkürzung für das englische Wort Capacity. Die Maßeinheit ist das große F für Farad. Meist werden Kondensatoren in µF, nF oder pF angegeben. In dieser Größenordnung befinden sich die gebräuchlichsten Kapazitäten. Farad (F) kommt vom Engländer Michael Faraday.
Die Kapazität eines Kondensators wird durch seine baulichen Größen bestimmt.
Die Kapazität C ist umso größer,

  • je größer die Plattenoberfläche (A)
  • je kleiner der Plattenabstand (d)
  • je höher die Dielektrizitätszahl ist (εr)

 

Dielektrikum

Die Dielektrizitätszahl εr gibt an, um welchen Faktor sich die Kapazität vergrößert, wenn statt Luft ein anderes Dielektrikum verwendet wird. Je höher die Dielektrizitätszahl ist, desto höher die Kapazität oder kleiner die Kondensatorbauform.
Die Dielektrizitätskonstante gibt an, um wie viel das Dielektrikum besser ist als Luft mit ε0.

Dielektrikumεr
Luft1
Papier2
Glimmer5
Porzellan6
Kondensatorkeramik60-3000

Durchschlagsfestigkeit

Die Durchschlagsfestigkeit eines Kondensators ist auf das Dielektrikum bezogen. Sie bestimmt die höchste Spannung, die am Kondensator anliegen darf. Wird die Spannung überschritten isoliert das Dielektrikum nicht mehr. Es kommt zu einem Durchschlag durch das Dielektrikum.

Kondensatorverlust

Ein Kondensator entlädt sich immer selbst. Die Entladung ist u. a. abhängig von der Isolation (Dielektrikum). Die Entladung nennt man auch Kondensatorverlust.