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Kondensator

Kondensator
Kondensator

Ein Kondensator ist ein passives elektronisches Bauelement, das elektrische Energie in einem elektrischen Feld speichert. Er besteht aus zwei leitenden Flächen (Elektroden), die durch ein Dielektrikum (Isolator) getrennt sind.

Anschaulich betrachtet funktioniert ein Kondensator wie ein temporärer Energiespeicher:

  • Beim Anlegen einer Spannung sammeln sich Elektronen auf der einen Platte an (negative Ladung)
  • Auf der anderen Platte entsteht ein Elektronenmangel (positive Ladung)
  • Das Dielektrikum verhindert den Ladungsausgleich
  • Die gespeicherte Energie kann später wieder abgegeben werden

1. Kapazität

Die Kapazität CC eines Kondensators gibt an, wie viel elektrische Ladung QQ bei einer bestimmten Spannung UU gespeichert werden kann:

C=QUC = \frac{Q}{U}

Die Einheit der Kapazität ist Farad (F).

2. Plattenkondensator

Für einen Plattenkondensator gilt:

C=ε0⋅εr⋅AdC = \varepsilon_0 \cdot \varepsilon_r \cdot \frac{A}{d}

wobei:

  • ε0\varepsilon_0 = elektrische Feldkonstante
  • εr\varepsilon_r = relative Permittivität des Dielektrikums
  • AA = Fläche der Platten
  • dd = Abstand zwischen den Platten

3. Energie

Die im Kondensator gespeicherte Energie EE beträgt:

E=12⋅C⋅U2E = \frac{1}{2} \cdot C \cdot U^2

4. Zeitverhalten

Beim Laden und Entladen über einen Widerstand RR folgt die Spannung einer Exponentialfunktion:

U(t)=U0⋅(1−e−tR⋅C)(Laden)U(t)=U0⋅e−tR⋅C(Entladen)\begin{aligned} U(t) = U_0 \cdot (1 - e^{-\frac{t}{R \cdot C}}) & \quad \text{(Laden)} \\ U(t) = U_0 \cdot e^{-\frac{t}{R \cdot C}} & \quad \text{(Entladen)} \end{aligned}

Die Zeitkonstante τ=R⋅C\tau = R \cdot C bestimmt dabei die Geschwindigkeit des Vorgangs.

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