Elektrotechnik Grundlagen
Bauteile der Elektrotechnik
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Was ist ein Kondensator? 

Ein Kondensator ist ein elektrisches Bauteil, mit dem Energie gespeichert werden kann. Grundsätzlich besteht der Kondensator aus zwei elektrischen Leitflächen, genauer gesagt Metallplatten. Dazwischen befindet sich ein nicht leitendes Material, das keine elektrische Verbindung zwischen den Flächen zulässt. Du bezeichnest es als Dielektrikum oder auch als Isolator. 

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Plattenkondensator

Wenn du eine Spannung am Kondensator anlegst, sammeln sich auf den Oberflächen getrennt voneinander positive und negative Ladungen an. Somit lädt sich eine Platte positiv und eine Platte negativ auf. Sie entladen sich erst, wenn du einen Verbraucher anschließt.

Wie viele Ladungen oder Energie ein Kondensator speichern kann, sagt dir seine sogenannte elektrische Kapazität . Einfach gesagt gibt sie dir Auskunft darüber, wie viel elektrische Ladung Q bei einer bestimmten Spannung U im Kondensator gespeichert werden kann. Den Zusammenhang kannst du so beschreiben:

Q = C • U.

Kondensator Aufbau 

Der Aufbau bei Kondensatoren ist im Grunde immer ähnlich.

  • Der Kondensator besteht aus zwei gegenüberliegenden Metallplatten, auch Elektroden genannt, die sich nicht berühren.
  • Das Dielektrikum ist das Material zwischen den beiden Metallplatten. Bei einem Plattenkondensator besteht es entweder aus Luft oder einem anderen Material, wie beispielsweise Plexiglas oder Keramik.
  • Durch die Anschlüsse kannst du den Kondensator mit einer Spannungsquelle verbinden.
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Kondensator Querschnitt und Schaltzeichen

Das Schaltzeichen in der Elektronik orientiert sich stark am Aufbau des Plattenkondensators. In einem Stromkreis kannst du ihn einfach mit zwei gleich großen, nebeneinander liegenden Strichen kennzeichnen.

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Kondensator Funktion 

Mit einem Kondensator kannst du, ähnlich wie bei einer Batterie, elektrische Ladungen und damit elektrische Energie  speichern. So funktioniert zum Beispiel der Blitz bei einem Fotoapparat. Der Kondensator speichert nämlich die Ladungen, die dann schnell entladen werden – so entsteht der Blitz. Das funktioniert folgendermaßen:

Wenn keine elektrische Spannung vorliegt, verteilen sich die Elektronen gleichmäßig im Kondensator auf den beiden Leiterflächen.

Sobald du eine Spannung anlegst, werden die Elektronen in Bewegung versetzt und der Kondensator lädt sich auf. Das heißt, die eine Leiterplatte nimmt positive, die andere Leiterplatte negative Ladungsträger auf.

  • Die Metallplatte, die mit dem positiven Pol der Spannungsquelle verbunden ist, lädt sich positiv auf (die Elektronen fließen ab).
  • Die Metallplatte, die mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbunden ist, lädt sich negativ auf (die Elektronen fließen hierhin).

Trotzdem haben die beiden Platten den gleichen Ladungsbetrag Q. Die positiv geladene Platte bezeichnest du jedoch mit der Ladung +Q, die negativ geladene Platte mit der Ladung -Q.

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Elektronenfluss am Kondensator

Nach einer bestimmten Zeit ist der Kondensator aufgeladen. Es können keine Ladungen mehr auf den Metallplatten gespeichert werden. Durch die unterschiedlichen Ladungen der beiden Platten hat sich eine Spannung zwischen ihnen aufgebaut. Sie entspricht dann der Spannung der elektrischen Quelle, nur entgegengerichtet.

Wenn du die Spannungsquelle vom Kondensator jetzt entfernst, bleiben die Metallplatten geladen. Der Kondensator kann also die elektrische Ladung speichern. Du kannst ihn entladen, indem du einen Verbraucher anschließt.

Kondensator und Kapazität 

Wie viel Ladung der Kondensator speichern kann, gibt dir die Kapazität an. Je nach Bauart des Kondensators und der Art des Dielektrikums erhältst du unterschiedliche Werte für die Kapazität. Dazu musst du sowohl die elektrische Spannung U im Stromkreis als auch den Ladungsbetrag Q, den jede Platte aufnimmt, berücksichtigen. Allgemein kannst du hierfür dann sagen: Die Ladung Q ist proportional zur Spannung U, also

Q = C • U.

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Zusammenhang zwischen Ladung Q und Spannung U

Den Proportionalitätsfaktor C bezeichnest du als die Kapazität C des Kondensators. Du kannst also sagen, die Ladung Q ist das Produkt aus der Spannung U und der Kapazität C. Das bedeutet, dass du nicht unendlich viel Energie speichern kannst, da die Kapazität an die Spannung gebunden ist. Wenn du die Formel nach der Kapazität auflöst erhältst du:

    \[C = \frac{Q}{U}\]

Die Einheit der elektrischen Kapazität ist das Farad F. Der Ladungsbetrag hat die Einheit Coulomb C und die Spannung die Einheit Volt V. Also kannst du auch schreiben:

    \[1 F = 1 \frac{C}{V}\]

Kapazität Formel

Die Kapazität C ist gleich der Ladung Q dividiert durch die Spannung U:

Größe (Kapazität): C = \frac{Q}{U}

Einheit (Farad): 1 F = 1 \frac{C}{V}

Kapazität vergrößern

Die Kapazität hängt von vielen Faktoren ab. Dementsprechend kannst du sie auch erhöhen. So zum Beispiel, wenn du die Metallplatten so nah wie möglich aneinander bringst. Dabei erhöht sich der Ladungsbetrag. Bleibt die Spannung konstant, muss sich nach C = \frac{Q}{U} die Kapazität erhöhen.

Ein Dielektrikum kann zusätzlich auch die Kapazität vergrößern. Bringst du einen Stoff zwischen die Platten nimmt die Spannung ab. Die Kapazität muss dann im Umkehrschluss größer sein. Denn bei geringerer Spannung U muss die Kapazität C größer werden, um denselben Ladungsbetrag Q zu erhalten. Das kannst du gut an der Formel Q = C • U erkennen.

Schau dir gerne unser Video zum Thema elektrische Kapazität an, um den Kondensator noch besser zu verstehen und herauszufinden, wie du die Kapazitäten berechnen kannst! 

Zum Video: Elektrische Kapazität
Zum Video: Elektrische Kapazität

Kondensatoren im Gleich- und Wechselstromkreis 

Die Kondensatoren verhalten sich im Gleichstrom kreis und im Wechselstrom kreis unterschiedlich. Sie können auch in einer Parallel- und in einer Reihenschaltung vorkommen.

Im Gleichstromkreis kannst du den Kondensator aufladen und als kurzfristigen Energiespeicher nutzen. Durch einen Verbraucher kann er entladen werden. In einem Wechselstromkreis lädt und entlädt sich der Kondensator immer direkt hintereinander. Daher kannst du ihn hier auch als Wechselstromwiderstand verstehen.

In Bezug auf die Parallel- und die Reihenschaltung verhalten sich die Kondensatoren ähnlich wie bei Widerständen . Deshalb kannst du die entsprechenden Gesetze auch hier anwenden.

Kondensator Arten

Neben dem Plattenkondensator gibt es zahlreiche andere Arten von Kondensatoren mit unterschiedlichen Bauformen. Du kannst demgemäß zwischen Kondensatoren mit einer festen Kapazität und Kondensatoren mit einer variablen Kapazität unterscheiden. Hier siehst du einige Beispiele:

  • Elektrolytkondensator (kurz Elkos): Er ist ein gepolter Kondensator. Die Anode besteht dabei aus einem Metall. Die Kathode besteht aus einem festen oder flüssigen Elektrolyt. Wird für das Metall beispielsweise das chemische Element Tantal verwendet, sprichst du auch von einem Tantal-Elektrolytkondensator.
  • Keramikkondensator (kurz Kerkos): Er besteht aus einem keramischen Dielektrikum. Er wird häufig in vielen elektronischen Baugruppen verwendet.
  • Folienkondensator (kurz Folkos): Hierbei besteht das Dielektrikum aus Kunstoff- oder auch Papierfolien.
  • Drehkondensator: Er besteht aus zwei unterschiedlichen Plattensätzen, einem festen und einem beweglich drehbaren. So können die zwei beweglichen Platten zwischen die zwei festen Platten geschoben werden. Die Kapazität ist regulierbar.

Plattenkondensator

Der angesprochene Plattenkondensator ist die einfachste Form eines Kondensators. Er wird im Gegensatz zu den anderen Kondensatoren vermehrt eingesetzt und als Standard angesehen.

In einem eigenen Beitrag erklären wird dir seine Kapazität, seine Ladung, sein elektrische Feld und alles rund um seine Energie. Schau unbedingt hier vorbei!

Zum Video: Plattenkondensator
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