Der Kondensator ist eine der wichtigsten elektronischen Bauelemente. Seine Bedeutung beruht in der Fähigkeit, elektrische Ladung und damit Energie zu speichern. In der Regel bestehen Kondensatoren aus zwei Metallplatten, die durch eine Isolationsschicht (dem sog. Dielektrikum) voneinander getrennt sind. Da ein Kondensator ein elektrisches Signal nicht verstärkt handelt sich bei Kondensatoren um sogenannte passive Bauelemente. Die Kapazität eines Kondensators gibt an, wie viel Ladung ein Kondensator bei einer Spannung speichern kann und wird in der Einheit F (Farad) angegeben.
Wie bereits erwähnt, besteht ein typischer Kondensator aus zwei Metallplatten, welche durch einen Isolator, dem sogenannten Dielektrikum, getrennt sind. Mit dem Wort “Isolator” fällt bereits das erste Wort, dass zu einer falschen Vorstellung eines Kondensators führen kann. Nämlich, dass ein Kondensator eine Unterbrechung des Stromkreises (Gleichstrom) darstellt, so “können” die Elektronen von der einen Metallplatte (aufgrund des Dielektrikums) nicht auf die andere Metallplatte übertragen werden, so dass man meinen könnte, es fließt kein Strom.
Dennoch ist die Sache ein wenig komplizierter. Damit man sich dies besser vorstellen kann, nimmt man wieder ein bekanntes Modell her, dass schon bei der Vorstellung von Stromstärke und Spannung gedient hat. So stellen wir uns einen vier Wasserrohre (wie eine O- Formation) vor, die einen geschlossenen Wasserkreislauf bilden. In diesem Wasserkreislauf gibt es eine Pumpe (= Spannungsquelle), die das Wasser (= Elektronen) durch den geschlossenen Wasserkreislauf pumpt. Zusätzlich wird, um das Modell des Kondensators besser zu verstehen, in einem Rohr eine Membran eingebaut, die wasserundurchlässig (aber verformbar ist) eingebaut.
Was wird man beobachten?
Die Pumpe wird weiterlaufen und Wasser, dass hinter der Membran ist, abpumpen und bis zur Membran wieder hinpumpen. Außerdem beobachtet man, dass kein Wasser die Membran passieren kann und so baut sich an der Membran ein Differenzdruck auf. Genau dies passiert bei einem Kondensator in einem geschlossenen Stromkreis.
Aufgrund des Elektronenüberschusses lädt sich die eine Platte negativ auf und infolge des Elektronenmangels die andere Platte positiv, da bei Elektronenmangel die positive Ladung der Metallionen übrig bleibt. Dieses Prinzip führt dazu, dass durch eine Spannungsquelle gegensätzliche Ladungen auf die Platten gebracht wird. Solange zwischen den beiden Platten die Durchschlagfeldstärke nicht überschritten wird, fließen keine Ladungen zwischen den beiden Metallplatten.
Die Funktion von Kondensatoren (in Stromkreisen) ist aber nicht nur die Energiespeicherung, sondern man verwendet Kondensatoren auch für Schwingkreise, frequenzabhängige Baugruppen und zur Trennung von Gleich- und Wechselspannungen. Im Prinzip beruhen alle Funktionen darauf, dass, wen man die Spannung am Kondensator ändert, so wird er entweder Ladung aufnehmen oder abgeben. Dies führt zu “Glättung von Spannungen” oder “Frequenzabhängige Dämpfung”.
In der Regel unterscheidet man Kondensatoren nach Bauform und verwendeten Materialien. Grundprinzip eines Kondensators sind zwei sich gegenüberstehende Metallplatten. Der Abstand zwischen den beiden Platten dient als Isolator. Dieser Abstand kann verringert werden, indem man die Luft zwischen den Platten durch einen Isolator ersetzt.
Wie bereits erwähnt, gibt die Kapazität C eines Kondensators gibt an, wie viel Ladung Q ein Kondensator bei einer gegebenen Spannung U speichern kann.
Allgemein gilt, dass der Kapazität C eines Kondensators umso größer ist, je größer die Flächen der Metallplatten sind. Die Kapazität nimmt aber ab, je größer der Abstand der beiden Metallplatten ist (dies lässt sich auf die kleinere Wechselwirkung zwischen beiden Platten zurückführen). Zusätzlich ist natürlich der Zwischenraum (Dielektrikum mit einer Dielektrizitätskonstante) zwischen beiden Metallplatten von Bedeutung. So kann man für die Kapazität C eine weitere Formel angeben.
Beim Ladevorgang eines Kondensators nimmt die Spannung (aufgrund der Ladungstrennung) zunächst schnell zu und steigt dann immer langsamer (das im Kondensator entstehende elektrische Feld wirkt dem Ladevorgang entgegen).
Beim Entladevorgang nimmt die Spannung am Kondensator zunächst schnell ab und sinkt dann immer langsamer (das im Kondensator bestehende elektrische Feld wird beim Entladen immer schwächer).
Ein Kondensator ist ein elektronisches Bauelement, das Energie in einem elektrischen Feld speichern kann.
Ein Kondensator besteht hauptsächlich aus zwei elektrischen Leitern (Platten), die durch ein Dielektrikum (Isolator) getrennt sind.
Die Kapazität wird in der Einheit Farad (F) gemessen. Ein Farad entspricht der Kapazität eines Kondensators, der bei einer angelegten Spannung von einem Volt eine Ladung von einem Coulomb speichert.
Wenn eine elektrische Spannung an einen Kondensator angelegt wird, sammelt sich auf der einen Platte eine positive und auf der anderen eine negative Ladung. Die Menge der Ladung ist proportional zur angelegten Spannung.
Die Menge der Ladung in einem Kondensator wird durch das Coulombsche Gesetz gemessen.
Die Kapazität eines Kondensators ist eine Maßeinheit, die angibt, wie viel elektrische Ladung er bei einer bestimmten Spannung speichern kann.
Bei Änderung der Spannung fließt ein Strom in den Kondensator hinein oder hinaus. Dieser Vorgang wird als Aufladen bzw. Entladen bezeichnet.
Kondensatoren spielen eine wichtige Rolle in elektrischen Schaltkreisen, wie z. B. in Wechselstromkreisen, Oszillatoren, Verstärkern, Filtern und Energiespeichergeräten.
Der Leckstrom eines Kondensators ist ein unerwünschter Stromfluss durch das Dielektrikum, der dazu führt, dass der Kondensator langsam seine Ladung verliert.
Ein idealer Kondensator speichert unbegrenzte Energie ohne Verluste. Ein realer Kondensator hat dagegen eine begrenzte Kapazität und ist mit Energieverlusten durch Leckstrom und Dielektrikumsverluste verbunden.