Was ist ein elektrischer Kondensator?

Kondensatoren speichern elektrische Ladungen. Kann man sie dann auch als Batterie verwenden?

Was ist ein elektrischer Kondensator?

Kondensatoren speichern elektrische Ladungen

Was ist ein elektrischer Kondensator?

Das elektrische Schaltbild eines Kondensators - hier mit einer Kapazität von 100 nF ('Nanofarad')

Was ist ein elektrischer Kondensator?

Ein Elektrolytkondensator mit einer Kapazität von 470 µF ('Mikrofarad')

Was ist ein elektrischer Kondensator?

Ein Drehkondensator: ein Paket Metallplatten kann in ein zweites mit einer Drehung versenkt werden...

Was ist ein elektrischer Kondensator?

...je mehr die Plattenpakete ineinander tauchen, desto höher wird die Kapazität.

Was ist ein elektrischer Kondensator?

Diese Platten sind vollständig eingetaucht: volle Kapazität ist erreicht.

Ladungsträger in einem Metall, die Elektronen, werden bewegt, wenn sie durch ein elektrisches Feld angetrieben werden. Ist das der Fall, sprechen wir von einem "elektrischen Strom". Das elektrische Feld ist dabei der "Motor" der Elektronen. Haben wir an einem Punkt viele positive Ladungen, dann wirkt deren elektrisches Feld anziehend auf die Elektronen, sie wollen zu den positiven Ladungen wandern. Je mehr positive Ladungen dort sind, desto stärker ist die Kraft, die die Elektronen treibt.

Für die Anzahl der elektrischen Ladungen wurde ein Maß definiert, es ist die "elektrische Spannung". Sie gibt einfach an, wie groß der Unterschied der elektrischen Ladungen zwischen zwei Punkten ist. Ein Kondensator ist ein einfaches elektrisches Bauelement, welches in der Lage ist, elektrische Ladungen zu speichern. Ein einfacher Kondensator besteht aus 2 Metallplatten, die sich sehr dicht gegenüber stehen, sich aber nicht berühren dürfen. Je größer die Platten und je kleiner der Abstand zwischen ihnen ist, desto mehr elektrische Ladungen kann ein Kondensator aufnehmen.   

Wenn an einen Kondensator eine elektrische Spannung angelegt wird, so fließt ganz kurz ein Strom, es entsteht zwischen den Kondensatorplatten ein elektrisches Feld. Man sagt dann auch, der Kondensator ist "aufgeladen". Die Spannung am Kondensator ist genauso groß wie die der Spannungsquelle, auch wenn man die Spannungsquelle vom Kondensator wieder entfernt. Die elektrische Spannung an einem Kondensator kann mit einem Spannungsmeßgerät, einem "Voltmeter", gemessen werden.

Die Ladung, die der Kondensator aufnehmen kann, hängt von der verwendeten Spannung und der "Kapazität" des Kondensators ab. Das Formelzeichen für die Kapazität ist ein "C", die Maßeinheit für die Kapazität ist das "Farad", abgekürzt "F". Das Schaltzeichen eines Kondensators symbolisiert übrigens die zwei sich gegenüber stehenden Metallplatten.

Was unterscheidet den Kondensator von einer Batterie?

In einer Batterie reagieren Anode und Kathode miteinander und es werden elektrische Ladungen zwischen ihnen übertragen. Ein Ionenstrom im Elektrolyt fließt von der Kathode zur Anode, dabei handelt es sich um einen kontinuierlichen Prozeß. Ein Kondensator kann nur exakt die elektrischen Ladungen abgeben, welche vorher auf die Metallplatten übertragen wurden.

Schließt man die Platten kurz, d.h. werden sie elektrisch verbunden, kommt es zu einem Ladungsausgleich, der Kondensator ist "entladen". Weitere Ladungsträger stehen nicht mehr zur Verfügung. Ein Kondensator ist bei genügend großer Ladung in der Lage, eine Glühbirne kurz aufblitzen zu lassen oder einen Elektromotor kurz anzutreiben. Eine Batterie ersetzen kann er aber nicht!

Parallelschaltung von Kondensatoren


Einzelne Kondensatoren lassen sich zu größeren Kapazitäten zusammenfassen, indem man sie einfach parallel schaltet. Die Gesamtkapzität des entstandenen großen Kondensators entspricht dann der Summe der einzelnen Kapazitäten.

Drehkondensator

Es gibt Kondensatoren, deren Kapazität variabel ist. Dazu verwendet man ein Metallplattenpaket, welches in ein feststehendes Plattenpaket "eintaucht". Je größer die überlappende Fläche der Plattenpakete ist, desto größer wird die Kapazität. Solche Drehkondensatoren wurden früher in Radios zur Senderabstimmung verwendet.

Von Metallplatten zu Folien


In der Praxis sind Metallplatten mit Luft als Isolator dazwischen sehr unpraktisch. Für eine große Kapazität wären riesige Metallplatten notwendig. Man hat daher zwei intelligente Tricks entwickelt, um die Kapazität eines Kondensators zu erhöhen und gleichzeitig seine Abmessungen klein zu halten.

Trick 1: Die Luft zwischen den Platten wird durch eine dünne Isolatorschicht ersetzt. Je besser diese isoliert, desto größer kann die Kapazität eines Kondensators sein. Man spricht bei diesen Schichten auch von einem "Dielektrikum".

Trick 2: Die starren, großen Platten werden durch Metallfolien ersetzt, welche sich eng umeinander wickeln lassen. In der Anfangszeit der Entwicklung solcher Kondensatoren verwendete man Papier als Isolator. Manche nennen solche Kondensatoren heute noch "Wickelkondensatoren". Es gibt sie heute als "Kunststoff-Folienkondensatoren".

Elektrolytkondensator
Eine Weiterentwicklung der Folienkondensatoren ist der Elektrolytkondensator: Hier wird auf einer Metallschicht eine Isolatorschicht aufgebracht. Die zweite "Metallplatte" wird durch eine elektrisch leitende Flüssigkeit ("Elektrolyt") ersetzt. Die Haupteigenschaften von solchen Elektrolytkondensatoren sind hohe Kapazitäten und die Tatsache, daß sie eine Polarität besitzen.

 

Foto 1: © Evgeny Lipskiy - Fotolia.com



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