Kapazität eines Kondensators

Sie wollen mehr über Kondensatoren von elektronischen Geräten erfahren, um kleinere Wartungs- oder Reparaturarbeiten selbst durchführen zu können? Dann ist der Hilfreiche-Tools-Kondensatorkapazität-Rechner genau das Richtige für Sie.

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Die Kapazität eines Kondensators berechnen

Kondensatoren sind ein wesentlicher Bestandteil von elektrischen Anlagen und nahezu allen elektronischen Geräten, welche fest in unser Alltagsleben eingebunden sind. Ein Kondensator ist ein passives elektrisches Bauelement mit der grundsätzlichen Fähigkeit, eine elektrische Ladung zu speichern. Die einfachste Form eines Kondensators, eines sogenannten Plattenkondensators, sind zwei gegenüberliegende Metallplatten mit einem Isolator, dem sogenannten Dielektrikum, dazwischen. Diese Metallflächen oder Kondensatorplatten sind jeweils an die Pole einer Spannungsquelle angeschlossen.

Es gibt unzählige Bauformen und Technologien für Kondensatoren für deren unterschiedliche Einsatzgebiete. In einem Wechselstromkreis verhält sich ein Kondensator wie ein Wechselstromwiderstand. In einem Gleichstromkreis speichert ein Kondensator die elektrische Energie statisch in einem elektrischen Feld. Diese gespeicherte Ladung ist abhängig von der elektrischen Spannung und wird als elektrische Kapazität, gemessen in Farad bezeichnet.

Der Hilfreiche-Tools-Rechner kann Ihnen dabei helfen, diese Kapazität eines Kondensators zu berechnen.

 

Wie der Kondensatorkapazität-Rechner funktioniert

Die Kapazität, also die Aufnahmefähigkeit von elektrischer Energie von Kondensatorenplatten, wird mit der Ladung in der Einheit Coulomb und der Spannung in Volt in Beziehung gesetzt. Diese Formel kann als Farad (F) = Coulomb (C) / Volt (V) beschrieben werden. Die Formel zur Berechnung von der Einheit Coulomb (C) der Ladungsmenge (Q) ist: C = Q/V in F
Tragen Sie in der ersten Zeile die Ladung dieser Platten in Coulomb und in der Zeile darunter die Spannung in Volt ein. Nach Betätigung der Taste Berechnen erscheint im Textfeld das Ergebnis.

Ein Beispiel:

Ein geladener Kondensator hat die Ladung von 0,001 Coulomb bei der elektrischen Spannung von 1 Volt gespeichert.

Das Ergebnis der Berechnung lautet 0,001 Farad oder 1 Mikrofarad.

Es muss angemerkt werden, dass typische Kapazitäten von Kondensatoren im Bereich von Piko-Farad, Nano-Farad oder Mikro-Farad liegen. Mittlerweile gibt es jedoch bereits Goldcap-Kondensatoren mit Kapazitäten von 1 Farad, die noch vor wenigen Jahren als technisch unrealisierbar galten. Weiter sei angemerkt, dass in dieser Berechnung die Dielektrizitätszahl, also inwieweit ein Isolierstoff die Kondensatorkapazität beeinflussen kann, nicht berücksichtigt wird.

 

Arten von Kondensatoren

• Es gibt Kondensatoren mit fester und mit veränderbarer Kapazität.
• Festkondensatoren können gepolte oder ungepolte Kondensatoren sein.
• Unter ungepolte Kondensatoren fallen beispielsweise der Folien-, Keramik-, Styroflexkondensator sowie Elektrolytkondensatoren und der Multilayer Ceramic Chip Capacitor (MLCC).
• Gepolte Kondensatoren sind beispielsweise Aluminium-, Tantal-, Low-ESR-Elektrolytkondensatoren sowie der Gold-Cap / Doppelschicht-Kondensator.
• Kondensatoren mit veränderbarer Kapazität sind Dreh- und Trimmkondensatoren

Wo Kondensatoren eingesetzt werden

Die wichtigste Nutzung von Kondensatoren ist als Energie- und Ladungsspeicher sowie Energieumwandler. Zwischenkreiskondensatoren werden beispielsweise zur Gleichrichtung von Wechselstrom eingesetzt. Sie übernehmen dort die Funktion als Stromquelle. Der pulsierende Strom aus dem Gleichrichter wird vom Kondensator aufgenommen und dem Wechselrichter als ausreichend konstante Spannung zugeführt. Je größer die Kapazität des Kondensators, desto kleiner die Spannungsänderung bei Stromentnahme.

Stützkondensatoren sind zur Stabilisierung der Versorgungsspannung von digitalen Schaltungen gedacht. Dort dienen sie als Spannungs- oder Energiequelle bei kurzzeitigem hohem Strom- bzw. Leistungsbedarf. Glättungskondensatoren zeichnen sich durch hohe Kapazitäten aus und werden häufig in Netzteilen empfindlicher Elektroniken eingesetzt.

Schäden verhindern

Kondensatoren können auch störende kurze Überspannungen in elektronischen Schaltungen aufnehmen und deren schädliche Auswirkung verhindern. Mehrere Kondensatoren in einer Schaltungskombination können ebenso zum Herauf-, Herabsetzen und zum Invertieren von Versorgungsspannungen genutzt werden.

In der Nachrichtentechnik sowie der Analog- und Digitaltechnik, werden Kondensatoren als frequenzabhängige Blindwiderstände benutzt. Dabei muss jeder Kondensator eine bekannte Kapazität haben.

Abblockkondensatoren wie induktionsarme Keramik-Kondensatoren, dienen dazu, den dynamischen Innenwiderstand der Stromversorgung zu vermindern.

 

Blitzlicht und Defibrillatoren

Kondensatoren können kurzzeitig eine hohe Leistung bereitstellen. Beispiele zur Nutzung sind etwa die Hochspannungs-Kondensatorzündung bei Verbrennungsmotoren oder in Blitzlichtgeräten. Hier wird der Kondensator mittels Batterie auf eine hohe Spannung aufgeladen, die sich nach Auslösung des Blitzschalters innerhalb einiger Mikrosekunden entlädt und dabei eine Leistung von einigen Kilowatt abliefert. Eine Batterie alleine könnte so eine hohe Leistung nicht selbst liefern.

Auf ähnlichem Prinzip basiert die Funktionsweise von Defibrillatoren, die in der Medizin und bei der Ersten-Hilfe-Leistung eingesetzt werden. Es gibt auch implantierbare Defibrillatoren. Dort liegen die Kapazitäten der Kondensatoren bei etwa 100 bis 170 Mikro-Farad.

 

Wandlerschaltung

Da sich in einem Kondensator über eine bestimmte Zeit hinweg eine bestimmte Spannung aufbaut, werden Kondensatoren zur Festlegung von Schaltzeiten genutzt. Sobald die Spannung einen bestimmten Wert überschreitet, erfolgt ein Zustandswechsel der Schaltung. Das kann eine bestimmte Eingangsspannung sein, die in eine Frequenz umgewandelt wird. Diese Kondensatoren können Spannungs-Frequenz-Umformer oder sogenannte Analog-Digital-Umsetzer sein.

 

Zeitmessung

Kondensatoren als Zeitmesser können entweder durch eine Stromquelle, einen Impuls unbekannter Länge oder einen bestimmten Frequenz-Impuls angesteuert werden. Die Spannung am Kondensator ist das Ausgangssignal.

 

Umwandlung von Wechselstrom

• Kondensatoren finden in der Energietechnik Anwendung, um die Phasenlage zwischen Strom und Spannung eines Wechselstromes zu ändern.
• Damit werden Auswirkungen des sogenannten Blindstroms abgewendet, der in mittleren und großen Industrie- und Werksanlagen durch leistungsstarke Elektromotoren, Leuchtstoffröhrendrosseln und Transformatoren erzeugt wird.
• Kondensatoren kompensieren diese Phasenverschiebungen durch Motoren und Trafos, welche durch Induktionswirkungen ausgelöst werden.
• Eine weitere Anwendung ist der Kondensatormotor, wo durch die Phasenverschiebung des Wechselstroms ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird.
• Kondensatoren dienen auch zur Herabsetzung von Spannungen in der Rolle als Vorwiderstand. Anstelle eines Wärme erzeugenden, realen Widerstandes oder eines teuren Transformators wird der Kondensator in einem Kondensatornetzteil verwendet.

 

Kondensatoren als Filter

Da die Wirkung von Kondensatoren von Frequenzen abhängt (Wechselstromwiderstand), können Wechselspannungen frequenzabhängig gefiltert, also angehoben oder abgesenkt werden. Das wirkt sich beispielsweise bei Analogverstärkern aus.

 

Lautsprecher

Zusammen mit Spulen, die auf eine bestimmte Induktivität eingestellt sind, oder auch gemeinsam mit ohmschen Widerständen können Kondensatoren als Schwingkreise, Bandfilter und Frequenzweichen verwendet werden. Entscheidend dabei ist eine bestimmte Resonanzfrequenz. Diese Technik findet bei Frequenzweichen in Lautsprechern Anwendung.

 

Informationsspeicher

Information in digitaler oder analoger Form kann als Ladungszustand eines Kondensators dargestellt werden. Diese Technik findet Anwendung beispielsweise als Abtast-Halte-Schaltung in der Analog-Digital-Wandlung (ADC) oder als sogenannter Eimerkettenspeicher. Weitere Anwendungsmöglichkeiten bieten die integrierte Schaltung als dynamisches RAM (DRAM), Eraseable Programmable Read Only Memory (EPROM) und Flash-Speicher.

 

Sensoren

Kondensatoren in Sonderbauform sind als Sensoren für physikalische Größen geeignet, welche sich auf die Kapazität oder die enthaltene Ladung auswirken. Beispiele sind Temperaturänderungen und Alterung.

Grundsätzlich können Festkondensatoren nur bis zu einer maximal zulässigen Spannung, die sich aus der Durchschlagsfestigkeit des Dielektrikums oder Isolationsmaterials ergibt, geladen werden.

 

Wichtig: Den Kondensatorkapazität-Rechner sowie alle in diesem Artikel enthaltenen Informationen haben wir zwar gründlich recherchiert, aber wir erheben keinerlei Anspruch auf Richtigkeit und Vollständigkeit. Wir beantworten gerne Fragen zum Kondensatorkapazität-Rechner, übernehmen jedoch keinerlei Haftung, Verantwortung und Gewährleistung für die Ergebnisse.

Häufig gestellte Fragen

Was ist überhaupt ein Kondensator?

Wie berechnet man die Kapazität eines Kondensators?

Einsatzgebiete von elektrischen Kondensatoren

Beispielberechnung aus der Praxis

Häufig gestellte Fragen

Was ist überhaupt ein Kondensator?

Ein Kondensator kann als Speicher für elektrische Energie verstanden werden. Die einfachste Form eines Kondensators ist der Plattenkondensator. Er besteht aus zwei parallel zu einander angeordneten Metallflächen, die an die beiden Pole einer Spannungsquelle angeschlossen sind. Als Spannungsquelle kommen dabei nicht nur Batterien in Frage, sondern auch Teile elektrischer Netzwerke, die Spannungsdifferenzen zwischen den Anschlüssen des Kondensators hervorrufen.

Zwischen den beiden Platten befindet sich ein sogenanntes Dielektrikum, ein isolierendes Material. Geometrisch wird der Plattenkondensator durch die Größe (Fläche) der beiden Platten und deren Abstand beschrieben. Elektrisch spielt auch die Materialkomposition des Dielektrikum noch eine Rolle für die zu erreichende Kapazität.

Wie berechnet man die Kapazität eines Kondensators?

Die Kapazität eines Kondensators (Formelzeichen C, SI-Einheit Farad) ist umso größer, je größer die beiden metallischen Platten sind und je kleiner der Abstand zwischen diesen Platten ist. Da beide Werte in der Praxis selten noch durch Messungen bestimmt werden können, wird die Kapazität (also die Aufnahmefähigkeit hinsichtlich elektrischer Energie) durch eine andere Formel beschrieben:

C = Q / U (in F = Coulomb / Volt)

Q … Ladung (in C)

U … Spannung (in V)

Einsatzgebiete von elektrischen Kondensatoren

Elektrische Kondensatoren sind aus elektronischen Geräten heute nicht mehr wegzudenken. Es gibt mittlerweile unzählige Bauformen und Technologien, die jeweils auf spezifische Einsatzgebiete hin optimiert wurden. Als Beispiele seien hier exemplarisch genannt:

• Kondensatoren zur Spannungsstabilisierung (sogenannte Pufferkondensatoren)
  
  Diese meist mit einem Elektrolyt als Dielektrikum ausgestatteten Kondensatoren zeichnen sich durch hohe Kapazitäten aus und werden häufig in Netzteilen empfindlicher Elektroniken eingesetzt um die Restwelligkeit der ursprünglich sinusförmigen Versorgungsspannung weitgehend zu glätten und damit eine Gleichspannung zu erhalten.

• Kondensatoren in Schwingkreisen
  
  Konventionelle, also analoge Radioempfänger filtern mithilfe sogenannter abgestimmter Schwingkreise aus der Durcheinander der Radiowellen diejenige heraus, die dem gewünschten Sender entspricht. Klassisch wurde der Kondensator dabei meist so konstruiert, dass seine Kapazität durch Verschiebung der Platten zueinander verändert werden und somit die Resonanzfrequenz des Schwingkreises auf die gewünschte Empfangsfrequenz eingestellt werden konnte.

• Kondensator als zeitbestimmendes Element
  
  Im Alltag häufig anzutreffen sind in Badezimmern Entlüftungssysteme, die nach Ausschalten der Badezimmerbeleuchtung noch für einige Minuten nachlaufen. Diese Funktion wird durch eine einfache Elektronik realisiert, in der der Kondensator bei eingeschaltetem Licht (also angelegter Spannung) aufgeladen wird und seine Ladung nach Abschalten der Versorgungsspannung langsam wieder abgibt. Erst wenn er ein bestimmtes Lade-Niveau unterschritten hat, schaltet ein Relais den Lüfter wieder aus.

Beispielberechnung aus der Praxis

In einem Plattenkondensator wird pro angelegtem Volt elektrischer Spannung eine Ladung von 0,001 Coulomb gespeichert. Wie groß ist seine Kapazität?

C = Q / U

= 0,001 C / 1 V

= 1 mF

Es sei abschließend angemerkt, dass typische Kapazitäten von Kondensatoren im Bereich von Piko-Farad, Nano-Farad oder Mikro-Farad liegen. Die mittlerweile mit Kapazitäten von 1 Farad erhältlichen Goldcap-Kondensatoren galten bis vor zehn Jahren noch als technisch unrealisierbar!