Laden und Entladen 

Java Applet: Laden-Entladen

Ein einfacher Kondensator besteht aus zwei leitenden Stücken, normalerweise Metall, die eng beieinander sind, sich aber nicht berühren. Aufgabe des Kondensators ist die (meist kurzfristige) Speicherung von Energie.

Als Beispiel eines Kondensators wollen wir den Plattenkondensator behandeln

Der Kondensator besteht aus zwei leitfähigen Platten, die durch einen Isolierstoff (Dielektrikum) voneinander getrennt sind. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Dielektrikum um Luft. Die beiden Platten stehen aber so eng zusammen, dass die elektrischen Kräfte durch den Isolierstoff hindurch wirken können.

Aufladen des Plattenkondensators

Beim Aufladen des Kondensators wird eine Gleichspannung (z.B. einer Batterie) an die beiden Platten angeschlossen.

Bild 1

Bild 1: Auf Grund der angelegten Spannung wandern Elektronen vom Minuspol der Batterie zur unteren Platte. Sie können  nicht  über den Zwischenraum der Platten springen (Isolator) und sammeln sich and der Oberfläche der Platte.

Diese zusätzlichen  Elektronen erzeugen ein elektrisches Feld  zwischen den beiden Platten und eine gleich große Anzahl von Elektronen fließt von der oberen Platte ab.

Man könnte natürlich auch sagen es werden den zuerst neutralen Atomen der oberen Platte ( Pluspol des Kondensators) Elektronen entzogen  (sie werden vom positiven Pol  der Batterie "angesaugt") Dadurch entsteht eine Kraft, die die Elektronen aus der Leitung auf die untere  Platte zieht (Minuspol des Kondensators), so dass sich beide Platten gleichmäßig entgegengesetzt aufladen.


Bild 2


Bild 3

Bild 2: Bevor die Batterie angeschlossen wird, sind beide Platten neutral

Bild 3: Durch das Aufladen entsteht auf der einen Platte Elektronenmangel und auf der anderen Platte Elektronenüberschuss.

Achtung: Die Gesamtladung des Kondensators ist gleich Null ( die gleiche Anzahl von + und - Teilchen), egal ob er geladen ist oder nicht.

Daher ist es eigentlich missverständlich, wenn man vom Aufladen des Kondensators spricht. Es werden Ladungen getrennt. 

Aber ein "geladener" Kondensator hat ein bisschen mehr Energie als ein ungeladener. 

Die von der Ladespannungsquelle gelieferte Energie ist in einem geladenen Kondensator in Form eines elektrischen Feldes zwischen den Kondensatorplatten gespeichert.

Bei der Entladung eines Kondensators erhält man Energie zurück.

 

Bild 4: Schaltung

Befindet sich der Schalter in Stellung A wird der Kondensator geladen 

Während des Aufladens fließ Strom durch die  Led. Zuerst leuchtet sie hell, dann immer schwächer bis sie vollkommen ausgeht, wenn der Kondensator geladen ist

Die Elektronen fließen so lange, bis die Potentialdifferenz der oberen Platte und dem +Pol bzw. der unteren Platte und dem -Pol der Batterie Null ist. Dann sperrt der geladene Kondensator den Gleichstrom.

Zwischen den Platten des Kondensators besteht dann eine Spannung, die gleich groß wie die angelegten Spannung ist, ihr aber entgegenwirkt.(9 Volt an der Batterie bedeutet 9V am Kondensator).

Im ungeladenen Zustand besitzen Kondensatoren keinen Widerstandswert. Legt man einen Kondensator nun direkt an eine Spannungsquelle, würde es so für einen kurzen Augenblick zum Kurzschluss kommen. Der dabei fließende Strom würde nur vom Innenwiderstand der Spannungsquelle begrenzt werden und kann den Kondensator beschädigen. Daher sollten Kondensatoren stets über einen Vorwiderstand aufgeladen werden.

Klemmt man die Batterie ab so bleibt die elektrische Spannung des Kondensators bestehen und zwar so lange bis sich der Kondensator durch anschließen eines Widerstandes wieder entladen kann. Soweit zumindest die Theorie. In der Praxis entlädt sich der Kondensator nach einer bestimmten Zeit selbst. Das hängt mit dem Dielektrikum zusammen (kein Isolator ist perfekt) , das einen mehr oder weniger großen Widerstand darstellt und so einen Stromfluss zwischen den beiden Platten ermöglicht.

Entladen eines Kondensators

Beim Entladen des Kondensators fließt ein Entladestrom. 
Das elektrische Feld entlädt sich über einen Verbraucher. 
Ein aufgeladener Kondensator hat Spannungsquellencharakter. Sein Innenwiderstand ist sehr niedrig und daher sollten Kondensatoren stets über einen ausreichend großen Lastwiderstand entladen werden.

Schaltung zum Entladen eines Kondensators

Das Java Applet von Prof. Fu-Kwun Hwang zeigt die Vorgänge beim Auf- bzw. Entladen.

E-Mail: BRG Ried i. I - Physikauswahl Aktualisiert am 03.08.2003