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, gibt die Kapazität C eines Kondensators gibt an, wie viel Ladung Q ein Kondensator bei einer gegebenen Spannung U speichern kann.
In der Elektrotechnik werden oft mehrere Kondensatoren in einen Stromkreis eingebaut. Hier gibt sich -wie bei anderen elektronischen Bauelementen auch- die Möglichkeit, mehrere Kondensatoren parallel oder in Reihe zu schalten. Die Herleitung für die Parallelschaltung von Kondensatoren gelingt relativ einfach: Das Parallelschalten von Kondensatoren wirkt wie eine Vergrößerung der Kondensatorfläche und ist daher eine Addition von Kapazitäten.
In der Elektrotechnik werden oft mehrere Kondensatoren in einen Stromkreis eingebaut. Hier gibt sich -wie bei anderen elektronischen Bauelementen auch- die Möglichkeit, mehrere Kondensatoren parallel oder in Reihe zu schalten. Die Herleitung für die Reihenschaltung von Kondensatoren gelingt relativ einfach: Das Reihenschalten von Kondensatoren wirkt wie eine Vergrößerung des Abstandes zwischen der negativ geladenen und der positiv geladenen Kondensatorfläche und daher zu einer Verringerung der Kapazität.
Hat man einen geschlossenen Stromkreis mit einer Gleichspannungsquelle, so passiert folgendes:
Sobald man die Spannungsquelle mit dem ungeladenen Kondensator verbindet, werden Elektronen auf die mit dem Minuspol verbundene Platte gebracht. Die Elektronen sammeln sich dabei auf der Oberfläche der Kondensatorplatte, weshalb diese negativ (auf)geladen wird. Gleichzeitig aber werden durch die Spannungsquelle auf der anderen Platte die Elektronen “abgepumpt”. Durch den Elektronenmangel wird diese Platte nun positiv geladen. Dieses Aufladen mit Elektronen (Spannungsquelle pumpt Elektronen auf die Platte) der einen (negativen) Platte und dem “Entzug ” von Elektronen der anderen (positiven) Platte (Spannungsquelle pumpt Elektronen von der Platte weg) führt zum “Laden eines Kondensators”.
Wie sicher viele wissen, lädt sich ein Kondensator im Wechselstromkreis nicht auf. Um dies näher zu verstehen, benötigt man etwas Hintergrundwissen:
Der Verlauf unserer Netzspannung ist sinusförmig, d.h. ihr Verlauf kann mathematisch mit einer Sinusfunktion beschrieben werden (Frequenz der Netzspannung 50 Hz). Der Strom besitzt einen cosinusförmigen Verlauf und hat die gleiche Frequenz wie die Spannung.
Einfacher kann man sich vorstellen, dass die Elektronen sich im Wechselstromkreis nicht in eine Richtung bewegen (auf die eine Platte “gepumpt” und von der anderen Platte “entfernt”), sondern mit gleicher Frequenz sich die Richtung des Stromflusses ändert. So wird einmal die Metallplatte negativ aufgeladen (die andere gleichzeitig positiv aufgeladen) und durch die Richtungsänderung anschließend positiv (und die andere Platte negativ) aufgeladen.
Der Kondensator nimmt daher im zeitlichen Mittel keinerlei Leistung auf, obwohl permanent eine Wechselspannung anliegt und somit auch ein (Wechsel)Strom fließt. Der Kondensator nimmt also zyklisch Leistung auf und gibt sie anschließend wieder ab, nimmt Leistung wieder auf, gibt sie wieder ab … u.s.w.