Auf dieser Hauptplatine sind mehrere Kondensatoren, winzige zylindrische elektrische Bauteile, aufgelötet. PETER DAZELEY/GETTY IMAGES

In gewisser Weise ist ein Kondensator ein wenig wie eine Batterie. Obwohl sie auf völlig unterschiedliche Weise funktionieren, speichern Kondensatoren und Batterien beide elektrische Energie. Wenn Sie „Wie Batterien funktionieren“ gelesen haben  , wissen Sie, dass eine Batterie zwei Pole hat. Im Inneren der Batterie erzeugen chemische Reaktionen an einem Pol Elektronen, die vom anderen Pol absorbiert werden, wenn ein Stromkreis entsteht. Ein Kondensator ist viel einfacher als eine Batterie, da er keine neuen Elektronen erzeugen kann, sondern diese nur speichert. Ein Kondensator wird so genannt, weil er die „Kapazität“ hat, Energie zu speichern.

Ein Kondensator ist ein bisschen wie eine Batterie.

In diesem Artikel erfahren wir genau, was ein Kondensator ist, was er tut und wie er in der Elektronik verwendet wird. 

Kondensatoren können für jeden Zweck hergestellt werden, vom kleinsten Kunststoffkondensator in Ihrem Taschenrechner bis hin zu einem Ultrakondensator, der einen Pendlerbus mit Strom versorgen kann. Hier sind einige der verschiedenen Arten von Kondensatoren und ihre Verwendung.

• Luft: Wird häufig in Radio-Tuning-Schaltkreisen verwendet
• Mylar: Wird am häufigsten für Zeitschaltkreise wie  Uhren, Alarme und Zähler verwendet
• Glas: Gut für Hochspannungsanwendungen
• Keramik: Wird für Hochfrequenzzwecke wie Antennen, Röntgen- und MRT-Geräte verwendet
• Superkondensator: Versorgt Elektro- und  Hybridautos mit Strom

Im Inneren eines Kondensators sind die Anschlüsse  mit zwei Metallplatten verbunden,  die durch eine nichtleitende Substanz oder  ein Dielektrikum getrennt sind. Sie können ganz einfach  einen Kondensator  aus zwei Stücken  Aluminiumfolie  und einem Stück Papier (und einigen Elektroklammern) herstellen. Von der Speicherkapazität her wird es kein besonders guter Kondensator sein, aber er wird funktionieren.

Theoretisch kann das Dielektrikum jede nichtleitende Substanz sein. Für praktische Anwendungen werden jedoch bestimmte Materialien verwendet, die der Funktion des Kondensators am besten entsprechen. Glimmer, Keramik, Zellulose, Porzellan, Mylar, Teflon und sogar Luft sind einige der verwendeten nichtleitenden Materialien. Das Dielektrikum bestimmt, um welche Art von Kondensator es sich handelt und wofür er am besten geeignet ist. Abhängig von der Größe und Art des Dielektrikums eignen sich einige Kondensatoren besser für Hochfrequenzanwendungen, andere wiederum besser für Hochspannungsanwendungen.

Kondensatorschaltung

Wenn Sie einen Kondensator an eine Batterie anschließen, passiert Folgendes:

• Die Platte am Kondensator, die am Minuspol der Batterie befestigt ist, nimmt die von der Batterie erzeugten Elektronen auf.
• Die Platte am Kondensator, die am Pluspol der Batterie befestigt ist, gibt Elektronen an die Batterie ab.

Sobald er aufgeladen ist, hat der Kondensator die gleiche  Spannung  wie die Batterie (1,5 Volt an der Batterie bedeuten 1,5 Volt am Kondensator). Bei einem kleinen Kondensator ist die Kapazität gering. Aber große Kondensatoren können eine ganze Menge Ladung aufnehmen. Es gibt Kondensatoren in der Größe von Getränkedosen, die genug Ladung haben, um eine Taschenlampe eine Minute oder länger anzuzünden.

Auch die Natur zeigt den Kondensator in Form von Blitzen bei der Arbeit. Eine Platte ist die  Wolke, die andere Platte ist der Boden und der Blitz ist die Ladung, die zwischen diesen beiden „Platten“ freigesetzt wird. Offensichtlich kann ein so großer Kondensator eine enorme Ladung aufnehmen!

Nehmen wir an, Sie schließen einen Kondensator wie folgt an:

Dieses Diagramm zeigt, wie ein Kondensator an eine Batterie angeschlossen wird.

Hier haben Sie eine Batterie, eine Glühbirne und einen Kondensator. Wenn der Kondensator ziemlich groß ist, werden Sie feststellen, dass beim Anschließen der Batterie die Glühbirne aufleuchtet, da Strom von der  Batterie  zum Kondensator fließt, um ihn aufzuladen. Die Glühbirne wird zunehmend dunkler und erlischt schließlich, sobald der Kondensator seine Kapazität erreicht hat. Wenn Sie dann die Batterie entfernen und durch ein Kabel ersetzen, fließt Strom von einer Platte des Kondensators zur anderen. Die Glühbirne leuchtet zunächst und wird dann dunkler, wenn sich der Kondensator entlädt, bis sie vollständig erloschen ist.

Im nächsten Abschnitt erfahren wir mehr über Kapazität und werfen einen detaillierten Blick auf die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten von Kondensatoren.

Wie ein Wasserturm

Eine Möglichkeit, sich die Wirkungsweise eines Kondensators vorzustellen, besteht darin, sich ihn als einen an ein Rohr angeschlossenen  Wasserturm vorzustellen  . Ein Wasserturm „speichert“ den Wasserdruck – wenn die Pumpen des Wassersystems mehr Wasser produzieren, als eine Stadt benötigt, wird der Überschuss im Wasserturm gespeichert. In Zeiten hoher Nachfrage fließt dann das überschüssige Wasser aus dem Turm, um den Druck aufrechtzuerhalten. Ein Kondensator speichert auf die gleiche Weise Elektronen und kann sie später wieder abgeben.

Farad

Eine Ansicht einer elektronischen Komponente, die als Filmkondensator bezeichnet wird. Ein Kondensator ist ein Gerät, das elektrische Energie in einem elektrischen Feld speichert. JAVIER ZAYAS FOTOGRAFIE/GETTY IMAGES

Das Speicherpotential oder  die Kapazität eines Kondensators wird in der Einheit  Farad gemessen. Ein 1-Farad-Kondensator kann ein Coulomb (Coo-Lomb) Ladung bei 1 Volt speichern. Ein Coulomb besteht aus 6,25e18 (6,25 * 10^18 oder 6,25 Milliarden Milliarden)  Elektronen. Ein  Ampere  entspricht einer Elektronenflussrate von 1 Coulomb Elektronen pro Sekunde, sodass ein 1-Farad-Kondensator 1 Ampere pro Sekunde Elektronen bei 1 Volt halten kann.

Ein 1-Farad-Kondensator wäre normalerweise ziemlich groß. Abhängig von der Spannung, die es aushält, kann es so groß sein wie eine Dose Thunfisch oder eine 1-Liter-Sodaflasche. Aus diesem Grund werden Kondensatoren typischerweise in Mikrofarad (Millionstel Farad) gemessen.

Um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie groß ein Farad ist, denken Sie darüber nach:

• Eine Standard-Alkali-AA-  Batterie  hat eine Kapazität von etwa 2,8 Amperestunden.
• Das bedeutet, dass eine AA-Batterie bei 1,5 Volt eine Stunde lang 2,8 Ampere erzeugen kann (etwa 4,2 Wattstunden – eine AA-Batterie kann eine 4-Watt-Glühbirne etwas mehr als eine Stunde lang zum Leuchten bringen).
• Nennen wir es 1 Volt, um die Mathematik einfacher zu machen. Um die Energie einer AA-Batterie in einem Kondensator zu speichern, benötigen Sie 3.600 * 2,8 = 10.080 Farad, da eine Amperestunde 3.600 Amperesekunden beträgt.

Wenn man etwas von der Größe einer Thunfischdose braucht, um einen Farad zu fassen, dann nehmen 10.080 Farad VIEL mehr Platz ein als eine einzelne AA-Batterie! Es ist unpraktisch, Kondensatoren zum Speichern einer größeren Energiemenge zu verwenden, es sei denn, Sie tun dies bei hoher Spannung.

Anwendungen

Der Unterschied zwischen einem Kondensator und einer Batterie besteht darin, dass ein Kondensator seine gesamte Ladung in einem winzigen Bruchteil einer Sekunde entladen kann, während die vollständige Entladung einer Batterie Minuten dauern würde.  Aus diesem Grund verwendet der elektronische Blitz einer Kamera einen Kondensator – der Akku lädt den Kondensator des Blitzes über mehrere Sekunden auf, und dann gibt der Kondensator fast augenblicklich die volle Ladung an die Blitzröhre ab.  Dies kann einen großen, geladenen Kondensator äußerst gefährlich machen – Blitzgeräte und  Fernseher  enthalten aus diesem Grund Warnungen vor dem Öffnen. Sie enthalten große Kondensatoren, deren Ladung Sie möglicherweise töten kann.

Kondensatoren werden in elektronischen Schaltkreisen auf unterschiedliche Weise eingesetzt:

Manchmal werden Kondensatoren verwendet, um Ladung für den Hochgeschwindigkeitsgebrauch zu speichern. Das ist es, was ein Blitz bewirkt. Auch große Laser nutzen diese Technik, um sehr helle, sofortige Blitze zu erzeugen.

Kondensatoren können auch elektrische Wellen beseitigen. Wenn eine Gleichspannungsleitung Wellen oder Spitzen aufweist, kann ein großer Kondensator die Spannung ausgleichen, indem er die Spitzen absorbiert und die Täler auffüllt.

Ein Kondensator kann Gleichspannung blockieren. Wenn Sie einen kleinen Kondensator an eine Batterie anschließen, fließt nach dem Laden des Kondensators kein Strom mehr zwischen den Polen der Batterie. Allerdings fließt jedes Wechselstromsignal ungehindert durch einen Kondensator. Das liegt daran, dass sich der Kondensator lädt und entlädt, wenn der Wechselstrom schwankt, sodass der Eindruck entsteht, dass Wechselstrom fließt.

Im nächsten Abschnitt werfen wir einen Blick auf die Geschichte des Kondensators und darauf, wie einige der brillantesten Köpfe zu seinem Fortschritt beigetragen haben.

Quelle: howstuffworks