Kondensatoren

A. Was ist ein Kondensator

B. Wie ist ein Kondensator aufgebaut

C. Arten von technischen Kondensatoren

D. Wie wird ein Kondensator verwendet

E. Schaltung von Kondensatoren

A.  Was ist ein Kondensator?

Es ist ein Gerät, zur Speicherung elektrischer Ladungen und Energie. Kondensatoren sind in ihrer Aufnahmefähigkeit an elektrischer Ladung begrenzt.

B. Wie ist ein Kondensator aufgebaut?

Kondensatoren bestehen aus zwei Metallfolien oder Metallplatten, die durch eine Isolationsschicht (Dielektrikum) voneinander getrennt sind.
Dennoch sind sie in ihrer Aufnahmefähigkeit begrenzt. Sie sperren Gleichstrom, aber sind sehr gute Leiter für Wechselstromschaltungen. Diese Eigenschaft kann zum Schutz bestimmter Teile einer Schaltung vor Gleichstrom nützlich sein.

C. Arten von technischen Kondensatoren

Wickelkondensator: Zwei dünne Aluminiumschichten werden von einem dünnen Papierstreifen etwa 0,1 mm voneinander getrennt. Die zwei Schichten gelten hier als Kondensatorplatten. Des weiteren benötigt man zur Hilfe eine Kunststoffolie. Durch diese läßt sich die Anordnung auf engstem Raum aufwickeln. Eine sogenannte Sonderform dieses Kondensators ist der MP-Kondensator. Auf der Papierisolationsschicht befindet sich eine dünne Metallschicht z.B. Aluminium. Kommt es beim MP-Kondensator zu einem Überschlag, so verbrennt die Metallschicht (durch den Lichtbogen) stärker als das Dielektrium. So kann die defekte Stelle isoliert werden. Diesen Vorgang kann man Selbstheilung nennen.

Elektrolytkondensator: Dies ist ein Kondensator mit einer höheren Kapazität. Dabei besteht die positive Elektrode aus Aluminium und die negative aus einem Elektrolyten der über einen metallischen Anschluß nach außen gebracht wird. Die dünne Oxidschicht wird zwischen den Elektroden elektrolytisch aufgebaut. Dabei liefert sie eine sehr große Kapazität auf engem Raum. Wenn dieser Kondensator falsch gepolt wird, kommt es zu der Zerstörung der Oxidschicht und es entsteht dabei Explosionsgefahr.

Drehkondensator: Hierbei handelt es sich um ein Kondensator mit variabler Kapazität. Dieser Kondensator besteht aus zwei Plattensystemen die gegeneinander verdreht werden können. Da die Fläche der gegenüberliegenden Platten proportional zum Drehwinkel ist, besteht auch eine Proportionalität zwischen Drehwinkel und Kapazität. Vorfinden kann man sie in älteren Rundfunkgeräten, wo sie zur genauen Abstimmung auf den zu empfangenden Sender dienen.

Leidener Flasche: Die Leidener Flasche ist die Urform der heutigen Kondensatoren. Sie wurde ca. 1745 von dem Physiker Pieter van Musschenbroek an der Universität Leiden und von Ewald Georg von Kleist aus Pommern, die unabhängig voneinander agierten, erfunden. Die orginale Leidener Flasche war eine verschließbare, mit Wasser gefüllte Glasflasche, bei der ein Draht oder Nagel durch den Verschluß in das Wasser hineinragte. Die Aufladung gelang dadurch, daß man eine schwache Stromquelle in Kontakt brachte. Nach der Unterbrechung des Kontakts zwischen dem Draht und der Elektrizitätsquelle wurde der Draht mit der anderen Hand zwecks Entladung berührt, die derjenige dann als heftiger Schlag empfand.

D. Wie wird ein Kondensator verwendet?

Kondensatoren mit fester und regelbarer Kapazität werden mit Spulen als Schwingkreise in Radios und anderen elektronischen Geräten eingebaut.
Größere Kondensatoren werden außerdem für Stromleitungen verwendet, um die Belastung zu dämpfen und mehr Strom mit den Leitungen zu übertragen.

E. Schaltung von Kondensatoren

Parallelschaltung:

An zwei parallel geschaltete Kondensatoren C₁ und C₂ wird eine Spannung U angelegt, wobei U jeweils gleich ist. Die Kondensatoren tragen die Ladungen Q₁ und Q₂. Beide Kondensatoren werden durch einen Kondensator mit der Kapazität C ersetzt, somit müssen die Platten des Ersatzkondensators Ladungen vom Betrag aufnehmen.
Somit gilt:
Am Ersatzkondensator liegt ebenfalls eine Spannung U an. Daraus ergibt sich .
Bei einer Parallelschaltung von Kondensatoren ist die Gesamtkapazität gleich der Summe der Einzelkapazitäten.
Daher gilt:

Reihenschaltung:

In jedem Kondensator befindet sich ein gleicher Ladestrom, d.h. es wird auch eine gleiche Ladung Q aufgenommen. Diese Ladung nimmt auch der Ersatzkondensator auf.
An jedem Kondensator liegt eine Teilspannung an. Die Summe dieser Teilspannungen ergibt die Gesamtspannung: .
Der Kehrwert der Gesamtkapazität einer Reihenschaltung von Kondensatoren ist die Summe der Kehrwerte der Einzelkapazitäten:

Die Kapazität eines Plattenkondensators ist zur Plattenfläche A und zum Kehrwert des Abstandes der Kondensatorplatten d proportional: .

Die Kapazität C eines Kondensators ist Quotient aus der Ladung Q und der Spannung U: .

Die Einbringung eines Isolators in das elektrische Feld eines Plattenkondensators erhöht dessen Kapazität: .