Kondensatoren: Definition, Typen, Kapazität & Formeln

Kondensatoren: Grundlagen und Funktion

Definition eines Kondensators

Ein Kondensator ist eine Einrichtung, deren Aufgabe es ist, elektrische Ladungen für den späteren Gebrauch zu speichern.

Typen von Kondensatoren

Die Kondensatoren werden grundsätzlich in zwei Gruppen unterteilt: fixe (feste) und variable Kondensatoren.

Feste Kondensatoren

Zu den festen Kondensatoren gehören Papier-, Keramik- und Elektrolytkondensatoren.

• Papierkondensatoren: Die Platten bestehen aus hochreinem Aluminiumblech, und das Dielektrikum ist ein qualitativ hochwertiges Papier.
• Keramikkondensatoren: Hier werden Silberplatten verwendet, wobei Keramik als Dielektrikum dient.
• Elektrolytkondensatoren: Die Platten bestehen aus Aluminium, und die andere Elektrode ist ein Elektrolyt. Aluminiumoxid wird als Dielektrikum verwendet.

Variable Kondensatoren

Variable Kondensatoren sind solche, deren Kapazität durch mechanische Mittel verändert werden kann. Als Dielektrikum wird häufig Luft oder Kunststoff verwendet.

Das Dielektrikum

Als Dielektrikum bezeichnet man Materialien, die den elektrischen Strom nicht leiten (Isolatoren). Sie werden zwischen den Platten eines Kondensators platziert, um die Speicherung elektrischer Energie zu ermöglichen.

Kapazität (C)

Definition der Kapazität

Die Kapazität ist die Größe, die das Verhältnis zwischen der Ladung (q) auf jedem der beiden Leiter und der Potentialdifferenz (V) zwischen ihnen misst.

Die Kapazitätsformel

Die Kapazität wird durch die folgende Formel beschrieben:

$$C = \frac{q}{V}$$

Wobei:

• C: Die Kapazität des Kondensators.
• V: Das Potential zwischen den Platten (Potentialdifferenz).
• q: Die Ladung der einzelnen Platten.

Wichtiger Hinweis zur Ladung

Es ist wichtig zu beachten, dass die Ladung q die Größe der Ladung einer der Platten ist. Die Nettoladung des gesamten Kondensators ist Null, da die Platten entgegengesetzt gleich geladen sind.

Einheiten der Kapazität

Wenn in der Gleichung $C = q / V$ die Ladung q in Coulomb (C) und das Potential V in Volt (V) ausgedrückt wird, ergibt sich die Kapazität in Coulomb pro Volt (C/V). Diese Einheit wird Farad (F) genannt und ist die SI-Einheit der Kapazität.

Definition des Farad

Ein Farad ist die Kapazität, die ein Kondensator erwirbt, wenn eine Ladung von einem Coulomb angelegt wird und das Potential zwischen den Platten einem Volt entspricht.

Äquivalente

(Dieser Abschnitt enthält keine weiteren Informationen im Originaldokument.)

Der Parallelplatten-Kondensator

Merkmale des Parallelplatten-Kondensators

Ein Parallelplatten-Kondensator ist ein Kondensator, der die folgenden Merkmale aufweist:

• Er besteht aus zwei parallelen Platten mit endlicher Fläche.
• Die Trennung zwischen den Platten ist vernachlässigbar im Vergleich zu den Dimensionen der Platten.

Energie eines geladenen Kondensators

Gleichungen zur Energieberechnung

Während des Ladevorgangs eines Kondensators ist das Potential zwischen den Platten nicht konstant; es steigt von einem Anfangswert ($V_i = 0$) auf einen Endwert ($V$). Die durchschnittliche Potentialdifferenz während des Ladevorgangs ist gegeben durch: