Kapazität Definition

Neben Widerstand und Induktivität ist Kapazität eine weitere wichtige Eigenschaft in Wechselstrom-Schaltkreisen. Kapazität wird in Einheiten gemessen. Die Einheit der Kapazität ist das Farad. Während Induktivität in einem Schaltkreis durch eine Spule dargestellt wird, wird Kapazität durch einen Kondensator repräsentiert. In seiner einfachsten Form besteht der Kondensator aus zwei parallelen Platten, die durch einen Nichtleiter, genannt Dielektrikum, getrennt sind. In einem elektrischen Schaltkreis dient ein Kondensator als Reservoir oder Speicher für Elektrizität.

Kapazitätsdefinition im Gleichstrom

Wenn ein Kondensator an eine Quelle von Gleichstrom, wie zum Beispiel eine Batterie im in Abbildung 1A gezeigten Schaltkreis, angeschlossen wird und der Schalter geschlossen wird, wird die mit B gekennzeichnete Platte positiv geladen, und die A-Platte negativ geladen. Der Strom fließt im äußeren Schaltkreis, wenn die Elektronen von B zu A bewegen. Der Stromfluss im Schaltkreis ist maximal, wenn der Schalter geschlossen wird, nimmt aber ständig ab, bis er Null erreicht. Der Strom wird Null, sobald die Spannungsdifferenz zwischen A und B die gleiche ist wie die angelegte Spannung der Batterie. Die Platten bleiben geladen, wenn der Schalter geöffnet wird, wie in Abbildung 1B gezeigt. Sobald der Kondensator kurzgeschlossen wird, entlädt er sich schnell, wie in Abbildung 1C gezeigt. Es sollte klar sein, dass, wenn der Kondensator geladen oder entladen wird, Strom im Schaltkreis vorhanden ist, obwohl die Lücke zwischen den Kondensatorplatten den Schaltkreis unterbricht. Strom ist nur während der Zeit des Laden und Entladen vorhanden, was in der Regel kurz ist.

Abbildung 1 - Kapazitätsdefinition im Gleichstrom.

Die RC-Zeitkonstante Die Zeit, die ein Kondensator benötigt, um eine volle elektrische Ladung aufzunehmen, ist proportional zur Kapazität und dem Widerstand des Schaltkreises. Der Widerstand des Schaltkreises führt das Element Zeit in das Laden und Entladen eines Kondensators ein.

Wenn ein Kondensator durch einen Widerstand geladen oder entladen wird, ist eine bestimmte Menge an Zeit erforderlich, um eine vollständige Ladung oder Entladung zu erreichen. Die Spannung über dem Kondensator ändert sich nicht sofort. Die Geschwindigkeit des Laden oder Entladens wird durch die Zeitkonstante des Schaltkreises bestimmt. Die Zeitkonstante eines seriellen RC (Widerstand/Kondensator)-Schaltkreises ist ein Zeitintervall, das dem Produkt des Widerstands in Ohm und der Kapazität in Farad entspricht und durch den griechischen Buchstaben Tau (τ) symbolisiert wird.

τ = RC

Die Zeit in der Formel ist erforderlich, um 63 % der Spannung der Quelle zu laden. Die Zeit, die benötigt wird, um die Ladung auf etwa 99 % der Quellspannung zu bringen, beträgt etwa 5 τ. Abbildung 2 illustriert diese Beziehung der Zeitkonstanten-Eigenschaften beim Laden.

Abbildung 2 - Kapazitätsdefinition Entladekurve.

Wenn nach einer Kapazitätsdefinition gefragt wird, erkläre ich oft, dass Kapazität die Fähigkeit eines Kondensators ist, elektrische Ladung zu speichern. Das Symbol für Kapazität ist der Buchstabe C. Sie können das elektrische Potential des Dielektrikums in einer elektronischen Komponente messen, wo es Energie speichern kann.

Wie aus der Illustration der Zeitkonstante zu sehen ist, kann es keinen kontinuierlichen Gleichstromdurchgang durch einen Kondensator geben. Ein guter Kondensator blockiert Gleichstrom und lässt die Effekte pulsierenden Gleichstroms oder Wechselstroms passieren.

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