Kondensator (Elektrotechnik)

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Schaltzeichen; links ein ungepolter, rechts ein gepolter Kondensator (z. B. Elko)

Ein Kondensator ist ein elektrisches Bauelement zur Speicherung elektrischer Ladungen. Er besteht im Prinzip aus zwei einander gegenüberstehenden Metallplatten mit einem dazwischenliegenden Luftspalt. Werden die Platten mit jeweils einem Pol einer Stromquelle verbunden, so fließt so lange ein elektrischer Strom, bis die Kapazitätsgrenze erreicht ist. Die Ladung eines Kondensators bleibt auch dann erhalten, wenn er von der Stromquelle getrennt wird.

In der praktischen Ausführung wird das Prinzip der gegenüberliegenden Platten in vielfacher Abwandlung, z. B. als aufgewickelte Folien mit zwischenliegenden Isolatormaterialien ("Dielektrikum") ausgeführt, um eine möglichst kleine Bauweise zu erreichen. Die "Kapazität" eines Kondensators ist sein wesentlichstes Merkmal und stellt ein Maß dar für die Ladung, die er bei einer bestimmten angelegten Spannung speichern kann. Kondensatoren werden in elektrischen Schaltungen für vielfältige Zwecke verwendet.

Neben dem Kondensator als "diskretes Bauelement" haben zahlreiche andere Gegenstände oder Einrichtungen unserer Umwelt Kondensator-Eigenschaften. So bilden z. B. Unterseekabel gewaltige Kondensatoren. Beim damaligen Gleichstrombetrieb musste sich bei jedem Impuls zunächst die durch die Länge aufsummierte Oberfläche der Kabelleiter aufladen, bevor am anderen Ende das Signal erscheinen konnte. Die Geschwindigkeit des Telegraphierens wurde dadurch wesentlich beeinträchtigt.

Michael Faraday machte darauf aufmerksam, dass zwischen einem gewöhnlichen Leiter und einer Leidener Flasche (als dem erstmals ausgeführten Kondensator) kein prinzipieller Unterschied besteht. Wird ein Leiter frei in der Luft gehalten und z. B. positiv geladen, so werden an den umgehenden Leitern, etwa den Wänden eines Zimmers, durch Influenz die negativen Ladungen angezogen, die positiven in die Erde abgeleitet. Die Zimmerwände bilden dann gewissermaßen die äußere Belegung der Flasche, die zwischenliegende Luft die isolierende Schicht. Der Kondensator als Bauelement unterscheidet sich nur durch die größere Kapazität vom einfachen Leiter.

Dieser Wikipedia- Artikel wurde für die Modellbau-Wiki stark überarbeitet und/oder verkürzt. Zum ausführlichen Originalartikel: "Kondensator (Elektrotechnik)".


verschiedene Kondensatoren

Inhaltsverzeichnis

Geschichtliche Anfänge

Anwendungen

Kondensatoren findet man heute (fast) in jeder elektronischen Schaltung. Oft werden sie im Audiobereich verwendet, genauso wie Spule (Elektrotechnik). Auch zur Stromglättung kommen Kondensatoren zum Einsatz.

Kapazität und Ladung

Kondensator bei Gleichstrom

Der Kondensator wird bei Gleichstrom als Stromspeicher verwendet. Da er keinen Strom durchlässt, hat es dementsprechend wenig Sinn, mehrere Kondensatoren in Reihe zu schalten.

Kondensator bei Wechselstrom

Bei Wechselstrom sieht die Sache schon anders aus. Durch die hohe Frequenz (50 mal in der Sekunde), wird der Kondensator geringfügig leitend. Diese Eigenschaft bildet sich stärker heraus, je höher die Frequenz ist. Resultierend daraus erschließt sich auch, dass ein Kondensator gerne im Audiobereich gesehen wird. Je höher die Frequenz ist, desto höher ist die Durchlasspannung, was wiederum bedeutet, dass Kondensatoren in Lautsprechern die einen hohen Frequenzbereich abdecken zum Einsatz kommen. Gegenteil hierzu sind Spulen, die tieffrequentige Töne gut durchlassen. Da Kondensatoren bei Wechselstrom durchlässig werden, besitzen sie auch einen eigenen Widerstand. Dieser wird auch kapazitiver Widerstand genannt und berechnet sich nach folgender Formel: <math>R_c=\frac{1}{2}</math> enstpricht URI, daraus folgt: <math>R_c=\frac{1}{\omega C}</math>

Man beachte, dass der Widerstand frequenzabhängig, bzw. Spannungsabhängig ist.

Ein anderer Bereich wo Kondensatoren benutzt werden, sind Gleichrichter. Nehmen wir an, unser Netztei sieht so aus (die rechte schwarze Grafik): Einweggleichrichtung.png

Man stellt zwischen den "Bergen" "Täler" fest. Wenn wir hier eine Lampe anschließen würden, würde sie erst gar nicht leuchten, dann bis zur Amplitude aufdimmen, wieder abdimmen, dann wieder nicht leuchten... also das ganze Spiel von vorne. Der Kondensator erfüllt nun folgenden Zweck; während die Sinusspannung positiv ist, wird der Kondensator aufgeladen um anschließend im "Tal" als Stromquelle zu dienen. DasResultat ist, dass die "Berge" nun nebeneinander liegen und die "Täler" verschwinden, jedoch bleiben die Berge, Berge, jedoch nicht so steil und hoch. Das heißt, dass die Amplitude etwas abnimmt, jedoch aber die Spannung relativ konstant bleibt.

Bauformen

Materialbedingte Merkmale

Kondensatoren gibt es in den verschiedensten Materialien. Dazu gehören z.B.

-Folienkondensatoren
-Keramikkondensatoren
-Elektrolytkondensatoren (Elkos)
-SMD Kondensatoren

welche die gebräuchlichsten wären.

Folienkondensatoren sind, materialbedingt, die langlebigsten und qualitativsten, jedoch aberauch die teuersten. Bei Elkos sollte man darauf achten, dass man unbedingt auf die Polung achtet, da sonst durch Falschverpolung das Elektrolyt durch Verdampfung sein Volumen vergrößert, was zu einer Explosion führen kann oder auch meistens tut. Man sollte also auf jeden Fall überprüfen ob die Polung stimmt.

Siehe auch

Literatur

  • O. Zinke, H. Seither: Widerstände, Kondensatoren, Spulen und ihre Werkstoffe. Springer Verlag, Heidelberg (1982), ISBN 3-540-11334-7
  • P. Volkmann, P. (Hrsg.): Aufgaben Elektrotechnik und Elektronik 2 – Elektrisches Feld und Kondensator. 1999, ISBN 3-8007-2018-3
  • W. Just, W. Hofmann: Blindstromkompensation in der Betriebspraxis 2003, ISBN 3-8007-2651-3
  • Bohler, Kähler, Weigt: Bauelemente der Elektronik und ihre Grundschaltungen. Stam-Verlag, ISBN 3-8237-0214-9

Weblinks

Hinweis

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