Kondensator
Aus expliki
Als Kondensator bezeichnet man in der Elektrotechnik eine Vorrichtung zur Speicherung von elektrischen Ladungsträgern.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Herkunft der Bezeichnung
In der Anfangszeit war die Natur der Elektrizität noch völlig unbekannt. Man dachte zum Beispiel, daß die geheimnisvolle Elektrizität, wie bspw. Wasserdampf, kondensieren könne. Entsprechende Versuche mit leitenden Belägen auf der Innen- und Aussenseite von Flaschen verliefen erfolgreich. Daher der, auch heute noch bekannte, Name "Leidener Flasche" einer solchen Flasche, die in Leiden erfunden wurde.
[Bearbeiten] Funktion und Aufbau
Werden elektrische Ladungsträger getrennt, so bildet sich zwischen ihnen ein elektrisches Feld, welches versucht, die Ladungsträger wieder zu vereinigen. Gibt man zwischen die Ladungen einen Isolator (Dielektrikum), so werden die Ladungsträger ohne weiteres Zutun auf Abstand gehalten. Die dabei aufrecht erhaltene elektrische Spannung hat zur Folge, daß nun elektrische Energie gespeichert bleibt, die dann nach Belieben wieder entnommen werden kann. Um die Ladungsträger leicht zuführen oder entnehmen zu können, werden die Oberflächen der Isolatoren mit leitenden Belägen versehen. Da Isolatoren nicht beliebig ideal hergestellt werden können, findet auch durch den Isolator ein Stromfluß statt, d.h. der Kondensator entlädt sich über einen längeren Zeitraum auch von selbst wieder.
[Bearbeiten] Wichtige Beziehungen
Kapazitätswert, über die Abmessungen berechnet:
![C[F] = \frac {\epsilon_0[As/Vm] * \epsilon_r[1] * A[m^2]} {d[m]}](/w/images/math/2/f/7/2f75c033d298faa8c79d8b590d2ec8ec.png)
Kapazitätswert, über die gespeicherte Ladung berechnet:
![C[F] = \frac {Q[C]} {U[V]}](/w/images/math/e/c/a/ecab92ff5f0d8dc07c2ecc12600e8402.png)
Gespeicherte Energie im Kondensator:
![W[J] = \frac {U^2[V^2] * C[F]} {2}](/w/images/math/b/e/2/be2bf0dcf5b0756d19940b243eb0edd2.png)
Dabei ist:
- C der Kapazitätswert in Farad [F] = [As/V]
-
die Dielektrizitätskonstante des Vakuums: 8,86 * 10-12 [As/Vm]
-
die relative Dielektrizitätskonstante des Isolators
- A die Fläche des Isolators
- d die Dicke des Isolators
- Q die gespeicherte Ladungsmenge in Coulomb [C] = Ampere-Sekunde [As]
- U die elektrische Spannung zwischen den Platten in Volt [V]
- W die Energie in Joule [J]
- I der Strom in Ampere [A]
- t die Zeit in Sekunden [s]
[Bearbeiten] Berechnungsbeispiel
Plattenkondensator für Biefeld-Brown Versuch mit Plexiglas:
A: 0,1 * 0,1 m2
d: 0,02 m
: ca. 3
U: ca. 50 kV
![C[F] = \frac {8,86^{-12} As/Vm * 3 * 0,01 m^2} {0,02m} = 13pF](/w/images/math/e/d/0/ed0a7b69f0e4fb0179ba48f2b4a88429.png)
![W[J] = \frac {50000^2 V^2 * 13pF} {2} = 17mJ](/w/images/math/7/8/1/7818102c1ee050ce42016f2d3c80313e.png)
Die Zeit zum Aufladen beträgt bei einem Strom von 1mA:
![t[s] = \frac {C[F] * U[V]} {I[A]} = \frac {13pF * 50000V} {1mA} = 650 \mu s](/w/images/math/6/8/d/68d76d6d3837e54b52265b67cd66dbc7.png)
[Bearbeiten] Sicherheitshinweis
In der Freie Energie Szene wird oft mit hohen Spannungen an Kondensatoren gearbeitet. Für einen gesunden erwachsenen Menschen können schon 0,2 Joule einen schweren Schock verursachen. Hochspannungskondensatoren sollten immer kurzgeschlossen gelagert werden, es könnten sich sonst unbemerkt Aufladungen bilden.
