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Lexikon Physik

Kondensator

Ein Kondensator ist ein elektronisches Bauelement zum (kurzzeitigen) Speichern von elektrischer Ladung bzw. Energie. Ein Kondensator besteht aus zwei elektrischen Leitern, die durch ein Dielektrikum (einen Isolator) voneinander getrennt sind. Die einfachste Bauform ist der Plattenkondensator mit zwei parallelen Metallplatten und Luft als Dielektrikum. 

Die beiden Platten (allgemeiner: Elektroden) eines Kondensators speichern entgegengesetzt gleiche Ladungen +Q bzw. –Q. Diese Ladungsmenge ist proportional zur anliegenden Spannung:

\(Q=C\cdot U\)

Der Proportionalitätsfaktor C ist die Kapazität des Kondensators. Man kann die Kapazität erhöhen, indem man ein Dielektrikum mit einer möglichst großen Dielektrizitätszahl verwendet.

Die elektrische Arbeit Wel, die man leisten muss, um einen Kondensator mit der Ladungsmenge \(\Delta Q\) zu beladen, beträgt

\(W_\text{el} = \dfrac 1 2 \cdot U \cdot \Delta Q = \dfrac 1 2 \cdot C \cdot U^2\)

Der Faktor 1/2 rührt daher, dass sich die Spannung während des Aufladevorgangs vom Wert Null bis zum Maximalwert aufbaut, im Mittel also nur halb so groß ist wie der Endwert U.

Be- und Entladen eines Kondensators erfolgen nicht augenblicklich. Vielmehr baut sich die Spannung im Kondensator beim Aufladevorgang exponentiell auf, während der Ladestrom exponentiell abfällt (Abbildung):

\(I = I_0 \cdot \text e^{-t/RC} \\ U_\text C = U_0 \cdot \left(1 - \text e^{-t/RC} \right)\)

Kondensator - Abbildung 1

Beim Entladevorgang fallen Strom und Spannung exponentiell ab.

Im Gleichstromkreis ist ein geladener Kondensator ein unendlich großer Widerstand. Beim Anlegen einer Wechselspannung fließt dagegen ein Strom, da sich die Ladungsmenge an den Kondensatorplatten fortwährend ändert. Bei hohen Frequenzen leitet ein Kondensator gut, hat also einen kleinen Wechselstromwiderstand.

Kondensatoren dienen unter anderem in der Hochfrequenztechnik als Bestandteile von Schwingkreisen. In der Mikroelektronik nutzt man sie als Speicherbaustein für den Arbeitsspeicher von Computerchips. An der Verwendung von Kondensatoren als Zwischenspeicher für die Energieversorgung, insbesondere im Zusammenhang mit erneuerbaren Energiequellen, wird intensiv geforscht.

Achtung:  Vor allem in der Elektrotechnik werden Kondensatoren oft „Kapazitäten“ genannt. Man muss dann immer prüfen, ob das Bauteil oder die physikalische Größe gemeint ist!

 

In der Verfahrenstechnik versteht man unter einem Kondensator ein Bauteil, in dem ein gasförmiges Arbeitsfluid zum Kondensieren gebracht wird, z. B. in einem Kühlschrank.

 

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