Arbeitsprinzip eines Kondensators

Um zu demonstrieren wie ein Kondensator funktioniert, betrachten wir die einfachste Struktur eines Kondensators. Er besteht aus zwei parallelen leitenden Platten, die durch ein Dielektrikum getrennt sind, das ein Parallelplattenkondensator ist. Wenn wir eine Batterie (Gleichstrom-Spannungsquelle) an den Kondensator anschließen, wird eine Platte (Platte-I) an der positiven Seite und die andere Platte (Platte-II) an der negativen Seite der Batterie angeordnet. Nun wird die Spannung der Batterie auf den Kondensator angewendet. In dieser Situation hat Platte-I eine positive Spannung im Vergleich zu Platte-II. Im stationären Zustand versucht der Strom von der Batterie, durch diesen Kondensator von seiner positiven Platte (Platte-I) zur negativen Platte (Platte-II) zu fließen, kann aber aufgrund der Trennung der Platten durch ein isolierendes Material nicht fließen.

Ein elektrisches Feld erscheint über dem Kondensator. Mit der Zeit sammelt die positive Platte (Platte I) positive Ladung von der Batterie, und die negative Platte (Platte II) sammelt negative Ladung von der Batterie. Nach einer bestimmten Zeit hält der Kondensator die maximale Menge an Ladung gemäß seiner Kapazität in Bezug auf diese Spannung. Diese Zeitspanne wird als Ladezeit dieses Kondensators bezeichnet.

Nachdem diese Batterie vom Kondensator entfernt wurde, halten diese beiden Platten für eine bestimmte Zeit positive und negative Ladung. Somit wirkt dieser Kondensator als Energiequelle.

Wenn beide Enden (Platte I und Platte II) mit einer Last verbunden werden, fließt ein Strom durch diese Last von Platte-I zu Platte-II, bis alle Ladungen von beiden Platten verschwunden sind. Diese Zeitspanne wird als Entladezeit des Kondensators bezeichnet.

Kondensator in einem Gleichstromkreis

Angenommen, ein Kondensator ist über einen Schalter an eine Batterie angeschlossen.

Wenn der Schalter eingeschaltet wird, d.h. bei t = +0, beginnt ein Strom durch diesen Kondensator zu fließen. Nach einer bestimmten Zeit (d.h. Ladezeit) lässt der Kondensator keinen weiteren Strom durch sich fließen. Das liegt daran, dass die maximale Ladung auf beiden Platten gespeichert ist und der Kondensator als Quelle wirkt, die eine positive Seite an die positive Seite der Batterie und eine negative Seite an die negative Seite der Batterie mit gleicher Spannung verbindet.

Aufgrund der Null-Spannungsdifferenz zwischen Batterie und Kondensator fließt kein Strom mehr durch ihn. Daher kann man sagen, dass der Kondensator zunächst kurzgeschlossen und schließlich offen geschaltet ist, wenn er an eine Batterie oder eine Gleichstromquelle angeschlossen wird.

Kondensator in einem Wechselstromkreis

Angenommen, ein Kondensator ist an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen. Betrachten wir einen bestimmten Moment des positiven Halbwerts dieser Wechselspannung, bei dem Platte-I eine positive Polarität und Platte-II eine negative Polarität erhält. Genau in diesem Moment sammelt Platte-I positive Ladung und Platte-II negative Ladung.