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Der Kondensator

Der Kondensator

Kondensatoren speichern elektrische Energie in Form von elektrischer Ladung.

Physik

Schlagwörter

Kondensator, Spannung, Ladung, Blitzlicht, Eisenbahn, Bewaffnung, Isolator, Kapazität, elektrisches Feld, elektrischer Strom, Energie, Wechselstrom, Stromstärke, Schaltung, Stromquelle, izolator, Gleichstrom, elektro, elektrisch, Elektrode, Elektron, Physik, integrierter Schaltkreis, Technik

Verwandte Extras

3D-Modelle

Funktion

  • Stromquelle
  • Kondensator - Dient dazu, elektrische Ladung und damit elektrische Energie zu speichern.
  • Verbraucher

Typen

  • Superkondensator - Ein Doppelschichtkondensator: ein elektrochemischer Kondensator, dessen Kapazität um das mehrere tausendfache größer ist, als die anderer Kondensatoren. In der Praxis wird er verwendet, wenn plötzlich eine große Menge an Ladung aufgenommen und abgegeben werden muss, z. B. bei Blitzlichtgeräten, bei der Rückgewinnung der Bremsenergie und beim Start der Motoren von Lokomotiven. Sein Anwendungsgebiet erweitert sich täglich.
  • Elektrolytkondensator - In diesem Kondensator besteht eine Elektrode aus Metall, während das Dielektrikum eine durch Elektrolyse erzeugte Isolierschicht aus Metalloxid ist. Die andere Elektrode ist ein flüssiger oder gelartiger Elektrolyt. Diese Art Kondensator wird für Netzgeräte und Motherboards verwendet.
  • Glimmerkondensator - In diesem Kondensator besteht das Dielektrikum zwischen den Metallplatten aus Glimmer.
  • Keramikkondensator - Dieser Kondensator enthält ein Dielektrikum aus Keramik. Diese Art Kondensator ist die häufigste.

Aufbau

Der Kondensator ist ein elektrisches Bauelement, in dem elektrische Energie in Form einer elektrischen Ladung gesammelt und gespeichert werden kann. Der einfachste Kondensator ist der Plattenkondensator, der aus zwei gegenüberliegenden Metallplatten besteht. Die Metallplatten sind die Elektroden des Kondensators. Zwischen den Elektroden befindet sich das Dielektrikum, ein Isoliermaterial, das einerseits die beiden Elektroden gegeneinander isoliert, andererseits die Kapazität des Kondensators, d. h. die Menge der speicherbaren Ladung, erhöht.

Ladung

  • Metallplatten - Großflächige Metallelektroden.
  • Dielektrikum - Isoliert die beiden Elektroden gegeneinander. Es kann die Kapazität des Kondensators erhöhen. Ein wichtiges Merkmal ist die relative Permittivität. Sie ist die dielektrische Leitfähigkeit des zwischen den Metallplatten verwendeten isolierenden Materials, also des Dielektrikums. Die Permittivität gibt also die Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder an.
  • elektrische Feldlinien - Imaginäre Linien zur Veranschaulichung der Struktur elektrischer Felder. Die Dichte der Linien gibt die Stärke des elektrischen Feldes an.
  • Ladung (Q)
  • Spannung (U)
  • Kapazität (C)
  • C=Q/U

Der Kondensator kann über eine externe Stromquelle aufgeladen werden. Während der Aufladung werden negative Ladungen von der einen Elektrode zur anderen verschoben. Aufgrund des Ladungsunterschiedes entsteht zwischen den beiden Elektroden ein elektrisches Feld und damit elektrische Spannung.

Die elektrische Spannung zwischen zwei Metallplatten hängt von der Arbeit ab, die für die Verschiebung einer Ladungsmenge von einer Metallplatte zur anderen benötigt wird.

Fläche der Metallplatten

  • Ladung (Q)
  • Spannung (U)
  • Kapazität (C)
  • C=Q/U

Die Kapazität des Kondensators hängt von der Form, Größe, dem Abstand zwischen den Platten und dem Material des Dielektrikums ab. Die Kapazität bezieht sich nicht nur auf die Menge der Ladung, die der Kondensator speichern kann, sondern auch auf die Spannung, die zum Speichern einer bestimmten Ladungsmenge notwendig ist.

Da die Spannung zwischen den Platten direkt proportional zur gespeicherten Ladungsmenge ist, ist der Quotient dieser beiden Werte konstant. Dieser Quotient ist die Kapazität, d. h.: C=Q/U

Die Kapazität kann auf verschiedene Arten geändert werden. Eine Möglichkeit für die Erhöhung der Kapazität ist die Erhöhung der Oberfläche der Platten.
Die Kapazität ist direkt proportional zur Oberfläche der Platten, d. h., wenn die Oberfläche der Platten verdoppelt wird, wird auch die Kapazität verdoppelt.

Abstand zwischen den Metallplatten

  • Ladung (Q)
  • Spannung (U)
  • Kapazität (C)
  • C=Q/U

Eine weitere Möglichkeit die Kapazität zu erhöhen, besteht darin, den Abstand zwischen den Platten zu verringern. Auf diese Weise sinkt die Spannung bei gleichbleibender Ladungsmenge.

Dielektrikum

  • Ladung (Q)
  • Spannung (U)
  • Kapazität (C)
  • C=Q/U

Die Kapazität hängt auch stark von der Permittivität ab. Die Permittivität ist die dielektrische Leitfähigkeit des zwischen den Metallplatten verwendeten isolierenden Materials, also des Dielektrikums.
Wenn das Dielektrikum zwischen den Platten kein Vakuum, sondern ein isolierendes Material ist, nimmt die elektrische Feldstärke mit der Spannung ab, obwohl sich die Ladungsmenge nicht ändert.
Das liegt daran, dass Ladungen auf den Platten eine Ladungsverteilung im Dielektrikum erzeugen, die anschließend Spannung induzieren. Die Richtung der Spannung im Dielektrikum ist entgegengesetzt zur Richtung der Spannung zwischen den Platten. Die Verwendung des Dielektrikums führt daher zu einer Abnahme der Spannung zwischen den Platten und damit zur Erhöhung der Kapazität.

Die Permittivität der Luft stimmt mit der des Vakuums überein und beträgt 1. Die Permittivität von Polyethylen beträgt 2, was bedeutet, dass verglichen mit der Luft die doppelte Menge an Ladung gespeichert werden kann. Die Permittivität von Papier beträgt 3,3 - die Kapazität des Kondensators wird folglich, verglichen mit Luft, auf das mehr als dreifache erhöht.

Kondensatoren in der Praxis

  • Blitzlicht - Da Kondensatoren die gespeicherte Energie schnell freisetzen können, werden sie eingesetzt, wenn in einem Gerät ein plötzlicher Impuls mit hoher elektrischer Stromstärke benötigt wird, z. B. zum Starten eines Autos oder eines großen Lautsprechers oder bei der Verwendung eines Kamerablitzes. Da das Laden des Kondensators etwas dauert, müssen wir warten, bis wir den Kamerablitz wieder verwenden können.
  • Handy - Kondensatoren werden auch in Netzteilen (z. B. Handyladegeräten) verwendet, um bei der Gleichrichtung von Wechselstrom die pulsierende Spannung zu glätten. In Empfängern von Funkgeräten und Mobiltelefonen werden Kondensatoren mit variabler Kapazität verwendet, um den mit der Antenne verbundenen Schwingkreis auf die gewünschte Frequenz einzustellen.
  • Computerspeicher - Kondensatoren sind in den meisten elektrischen Geräten vorhanden. Computer-Speichermodule (RAM) und einige Speicherkarten (z. B. SD) bestehen aus Milliarden von mikroskopischen Kondensatoren. Diese speichern Informationen in Form von Ladungen.

Kondensatoren sind in den meisten elektrischen Geräten vorhanden. Hier sind einige Beispiele:

Computer-Speichermodule (RAM) und einige Speicherkarten (z. B. SD) bestehen aus Milliarden von mikroskopischen Kondensatoren. Diese speichern Informationen in Form von Ladungen.

Da Kondensatoren die gespeicherte Energie schneller freisetzen können als ein Akkumulator, werden sie eingesetzt, wenn in einem Gerät ein plötzlicher Impuls mit hoher elektrischer Stromstärke benötigt wird, z. B. zum Starten eines Autos oder eines großen Lautsprechers oder bei der Verwendung eines Kamerablitzes. Das Laden des Kondensators nimmt einige Zeit in Anspruch, weshalb wir warten müssen, bis wir den Kamerablitz wieder verwenden können.

Kondensatoren werden auch in Netzteilen (z. B. Handyladegeräten) verwendet, um bei der Gleichrichtung von Wechselstrom die pulsierende Spannung zu glätten.

Im Empfänger von Funkgeräten und Mobiltelefonen wird ein Kondensator mit variabler Kapazität verwendet, um den mit der Antenne verbundenen Schwingkreis auf die gewünschte Frequenz einzustellen.

Narration

Der Kondensator ist ein elektrisches Bauelement, in dem elektrische Energie in Form einer elektrischen Ladung gesammelt und gespeichert werden kann. Der einfachste Kondensator ist der Plattenkondensator, der aus zwei gegenüberliegenden Metallplatten besteht. Die Metallplatten sind die Elektroden des Kondensators. Zwischen den Elektroden befindet sich das Dielektrikum, ein Isoliermaterial, das einerseits die beiden Elektroden gegeneinander isoliert, andererseits die Kapazität des Kondensators, d. h. die Menge der speicherbaren Ladung, erhöht.

Der Kondensator kann über eine externe Stromquelle aufgeladen werden. Während der Aufladung werden negative Ladungen von der einen Elektrode zur anderen verschoben. Aufgrund des Ladungsunterschiedes entsteht zwischen den beiden Elektroden ein elektrisches Feld und damit elektrische Spannung.

Die elektrische Spannung zwischen zwei Metallplatten hängt von der Arbeit ab, die für die Verschiebung einer Ladungsmenge von einer Metallplatte zur anderen benötigt wird.

Die Kapazität des Kondensators hängt von der Form, Größe, dem Abstand zwischen den Platten und dem Material des Dielektrikums ab. Die Kapazität bezieht sich nicht nur auf die Menge der Ladung, die der Kondensator speichern kann, sondern auch auf die Spannung, die zum Speichern einer bestimmten Ladungsmenge notwendig ist.

Da die Spannung zwischen den Platten direkt proportional zur gespeicherten Ladungsmenge ist, ist der Quotient dieser beiden Werte konstant. Dieser Quotient ist die Kapazität, d. h.: C=Q/U

Die Kapazität kann auf verschiedene Arten geändert werden. Eine Möglichkeit für die Erhöhung der Kapazität ist die Erhöhung der Oberfläche der Platten.
Die Kapazität ist direkt proportional zur Oberfläche der Platten, d. h., wenn die Oberfläche der Platten verdoppelt wird, wird auch die Kapazität verdoppelt.

Eine weitere Möglichkeit die Kapazität zu erhöhen, besteht darin, den Abstand zwischen den Platten zu verringern. Auf diese Weise sinkt die Spannung bei gleichbleibender Ladungsmenge.

Die Kapazität hängt auch stark von der Permittivität ab. Die Permittivität ist die dielektrische Leitfähigkeit des zwischen den Metallplatten verwendeten isolierenden Materials, also des Dielektrikums.
Wenn das Dielektrikum zwischen den Platten kein Vakuum, sondern ein isolierendes Material ist, nimmt die elektrische Feldstärke mit der Spannung ab, obwohl sich die Ladungsmenge nicht ändert.
Das liegt daran, dass Ladungen auf den Platten eine Ladungsverteilung im Dielektrikum erzeugen, die anschließend Spannung induzieren. Die Richtung der Spannung im Dielektrikum ist entgegengesetzt zur Richtung der Spannung zwischen den Platten. Die Verwendung des Dielektrikums führt daher zu einer Abnahme der Spannung zwischen den Platten und damit zur Erhöhung der Kapazität.

Die Permittivität der Luft stimmt mit der des Vakuums überein und beträgt 1. Die Permittivität von Polyethylen beträgt 2, was bedeutet, dass verglichen mit der Luft die doppelte Menge an Ladung gespeichert werden kann. Die Permittivität von Papier beträgt 3,3 - die Kapazität des Kondensators wird folglich, verglichen mit Luft, auf das mehr als dreifache erhöht.

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