Kondensator
Kondensator
Der Kondensator ist eines der wichtigsten passiven Bauelemente. Er speichert elektrische Energie in einem elektrischen Feld und wird in nahezu jeder Schaltung eingesetzt.
Aufbau eines Plattenkondensators
Ein einfacher Kondensator besteht aus zwei leitenden Platten, die durch ein isolierendes Material (das Dielektrikum) getrennt sind.
Die Kapazitätsformel
Fragen EC203, EC204, EC205: Die Kapazität C eines Plattenkondensators:
$C = \varepsilon_0 \cdot \varepsilon_r \cdot \frac{A}{d}$| Symbol | Bedeutung | Einfluss auf C |
|---|---|---|
| $A$ | Plattenfläche | Größere Fläche → höhere Kapazität |
| $d$ | Plattenabstand | Größerer Abstand → niedrigere Kapazität |
| $\varepsilon_r$ | Dielektrizitätszahl | Größere Zahl → höhere Kapazität |
| $\varepsilon_0$ | Elektrische Feldkonstante | Naturkonstante (fest) |
⚠️ Wichtig: Die angelegte Spannung hat keinen Einfluss auf die Kapazität! Sie bestimmt nur, wie viel Ladung gespeichert wird, nicht die Speicherfähigkeit selbst.
Dielektrizitätszahlen
| Material | $\varepsilon_r$ |
|---|---|
| Luft / Vakuum | 1,0 |
| PTFE (Teflon) | 2,0 |
| Polyethylen | 2,3 |
| Keramik | 10 - 10.000 |
Ladeverhalten eines Kondensators
Frage EC201: Der Kondensator lädt sich nicht schlagartig auf, sondern folgt einer e-Funktion:
Richtig: Exponentialfunktion (e-Funktion)
- Startet bei 0 V
- Steigt zunächst steil an
- Flacht dann ab
- Nähert sich dem Endwert asymptotisch
Falsch wären:
- Lineare Gerade (konstante Steigung)
- Sprunghafte Änderung
- Überschwingen über Endwert
- Abfallende Kurve
Antwortbilder unterscheiden:
- Richtig: Kurve startet unten bei 0, steigt zunächst steil, flacht dann ab (typische Ladekurve)
- Falsch - Entladekurve: Startet oben und fällt steil ab (das wäre Entladen, nicht Laden)
- Falsch - Immer steiler: Startet unten, steigt langsam, dann immer steiler (keine RC-Ladekurve)
- Falsch - Verzögerter Abfall: Bleibt erst oben fast konstant, dann zunehmend schneller Abfall
💡 Merkhilfe: Die Ladekurve sieht aus wie ein "weiches Ankommen" - schnell los, dann immer langsamer zum Ziel.
Kapazitiver Blindwiderstand
Frage EC202: Bei Wechselspannung zeigt der Kondensator einen frequenzabhängigen Widerstand:
$X_C = \frac{1}{2\pi \cdot f \cdot C}$Merke: Der Wechselstromwiderstand eines Kondensators sinkt mit zunehmender Frequenz.
Warum? Bei höherer Frequenz wird der Kondensator ständig umgeladen → mehr Strom fließt → kleinerer Widerstand.
Kondensator-Bauformen
Fragen EC206, EC207: Verschiedene Bauformen für verschiedene Anwendungen:
Drehkondensator
- Drehbare Platten auf isolierter Achse
- Greifen in feststehende Platten ein
- Kapazität durch Drehen variabel
Elektrolytkondensator (Elko)
- Sehr hohe Kapazität
- Dünne Oxidschicht als Dielektrikum
• Verpolung → Zerstörung
⚠️ Warum ist die Polarität beim Elko wichtig?
- Die Oxidschicht bildet sich nur bei korrekter Polung
- Bei Verpolung: Oxidschicht wird geschädigt → starker Stromanstieg, Überhitzung, Zerstörung möglich
- Der Kondensator kann explodieren!
Weitere Kondensatortypen (ohne Polarität)
| Typ | Eigenschaften | Anwendung |
|---|---|---|
| Keramikkondensator | Klein, billig, hohe Frequenzen | HF-Abblocken |
| Folienkondensator | Stabil, geringe Verluste | Schwingkreise |
| Styroflexkondensator | Sehr temperaturstabil | Präzisionsanwendungen |
Zusammenfassung für die Prüfung
| Frage | Thema | Richtige Antwort |
|---|---|---|
| EC201 | Ladekurve Kondensator | Exponentialfunktion (erst steil, dann flach) |
| EC202 | Blindwiderstand bei steigender Frequenz | Er sinkt |
| EC203 | Kapazität verringern | Größerer Plattenabstand |
| EC204 | Kapazität sinkt bei... | Vergrößerung des Plattenabstandes |
| EC205 | Kapazität nicht abhängig von... | Spannung |
| EC206 | Platten auf rotierender Achse | Drehkondensator |
| EC207 | Polarität beachten bei... | Elektrolytkondensator |
Wissenskontrolle
0 / 7 Fragen richtigWelchen zeitlichen Verlauf hat die Spannung an einem entladenen Kondensator, wenn dieser über einen Widerstand an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen wird?