Techniklexikon

Kondensator

Elektr. Bauelement zur Speicherung von Elektrizität. Er besteht aus zwei flächigen Leitern (Beläge), die durch ein isolierendes Dielektrikum voneinander getrennt sind. Wird eine der Platten aufgeladen, entsteht in der anderen durch Influenz eine gleich große Ladung mit entgegengesetztem Vorzeichen. Die Menge der Elektrizität, die ein K. speichern kann, nennt man »Kapazität«. Sie ist vor allem von der Spannung, dem Plattenabstand und der Art des Dielektrikums abhängig, für das u. a. getränkte Papiere, metallisierte Papiere, Kunststoffolien (Kunststoffe) und keramische (Keramik) Massen in Frage kommen. In der Fahrzeugtechnik: Zum Sammeln und Speichern elektrischer Ladungen. Funkenlöschkondensator, Zündverteiler. Elektrodynamik und Elektrotechnik, 1) Elektrostatik, Elektrotechnik: Kapazität, Bauteil, das der Speicherung von elektrischer Ladung dient. In seiner Grundform besteht ein Kondensator aus zwei durch ein (isolierendes) Dielektrikum getrennten elektrischen Leiteranordnungen, z.B. Metallplatten, die Elektroden, Belegungen oder Beläge gennant werden. Formal kann auch ein isolierter Leiter (Konduktor) als Kondensator mit zweitem Belag im Unendlichen aufgefasst werden.

Je nach geometrischer Anordnung unterscheidet man u.a. Platten-, Kugel- und Zylinderkondensatoren. Die Ladungsmenge Q, die pro Spannungseinheit an den Belägen des Kondensators aufgenommen werden kann, heisst Kapazität C des Kondensators: C = Q / U (besonders in der Elektrotechnik wird das Wort "Kapazität" gleichzeitig als Synonym für Kondensator gebraucht). Beim Plattenkondensator (A: Fläche, d: Plattenabstand, |E| = E = Q / e₀A: elektrische Feldstärke zwischen den Platten, senkrecht zu den Platten) gilt U = E × d; daraus ergibt sich C = e₀A / d. Zwischen den Kondensatorbelägen wird das E-Feld verstärkt, im Aussenraum verschwindet es bei idealen Kondensatoren (Abb. 1). Bei realen Kondensatoren kommt es zu Randeffekten (Abb. 2), diese können durch Verwendung eines Schutzringes reduziert werden (Schutzringkondensator).

Bei einer Parallelschaltung von n Kondensatoren mit Kapazitäten C_i ergibt sich die Gesamtkapazität C als Kehrwert der Summe der inversen Einzelkapazitäten:

 

(Abb. 3), bei Reihenschaltung als Summe der Einzelkapazitäten:

 (Abb. 4).

Kondensatoren sperren Gleichstrom; bei Wechselstrom verhält sich ein idealer Kondensator wie ein rein kapazitiver Widerstand, d.h. es kommt zu keinem Leistungsverlust, sondern nur zu einer Phasenverschiebung von 90° (Spannungsabfall läuft dem Strom um 90° nach). Der rein imaginäre Blindwiderstand (Reaktanz, bei Kondensatoren auch: Kapazitanz) beträgt X_C = 1 / (iwC), der Blindleitwert (Suszeptanz) B_C = (iwC). Reale Kondensatoren haben immer auch einen Wirkwiderstand (Resistanz) und eine Eigeninduktivität L (Wechselstromwiderstand). Zusammen mit ohmschen Widerständen und Spulen lassen sich mit Kondensatoren elektrische Schwingkreise aufbauen, die in Forschung und Technik eine überwältigende Zahl von Anwendungen gefunden haben.

Historisch von Bedeutung sind als Kondensatoren die Leidener Flasche, die Kirchhoffsche Potentialwaage und der Schwebkondensator, mit dem der Millikan-Versuch zur Bestimmung der Elementarladung durchgeführt wurde. Auch verschiedene elektrische Messinstrumente, z.B. Elektrometer, können als Kondensatoren aufgefasst werden. Moderne Kondensatoren besitzen z.B. Dielektrika aus Papier und können aufgerollt und damit sehr kompakt ausgeführt werden (Blockkondensator, Ölpapierkondensator), eine weitere wichtige Bauart ist der Elektrolytkondensator. Minaturisierte Kondensatoren sind in der Mikroelektronik allgegenwärtig. In der Messtechnik haben ausserdem Kondensatoren Bedeutung als Kapazitätsnormale (Normalkondensatoren).

2) Motor- und Vakuumtechnik: Vorrichtung zur Herabsetzung des Dampfdrucks eines Arbeitsfluids bis zur Kondensation. Bei Dampfmaschinen wird der Abdampf im Kondensator mit Kühlwasser gekühlt, das gebildete Kondensat wird abgepumpt und meist wieder als Kesselspeisewasser verwendet; hierdurch erhöht sich die Leistung der Maschine. In der Vakuumtechnik wird die mit der Kondensation verbundene Pump- bzw. Absaugwirkung benutzt (Kondensationspumpe). Am weitesten verbreitet ist der Rohrschlangenoberfächenkondensator (siehe Abb. 5 ), der einfache Herstellung und grosse Austauschflächen (» m²) mit einer hohen Dichtheit und langen Lebensdauer. Ebenfalls einfach in Herstellung und Anwendung und darüber hinaus mit guter Ausnutzung des Kühlmitteles arbeiten Mischkondensatoren (siehe Abb. 6), bei denen das Kühlmittel direkt dem Arbeitsfluid zugeführt wird.

Kondensator 1: Jede der geladenen Ebenen erzeugt ein abstandsunabhängiges elektrisches Feld E_1,2. Im Innenraum verstärken sich die beiden Felder, im Aussenraum heben sie einander auf.

Kondensator 2: Das elektische Feld eines geladenen Plattenkondensators (ohne Angabe der Feldrichtung).

Kondensator 3: Bei Parallelschaltung addieren sich die Ladungen und damit die Kapazitäten.

Kondensator 4: Bei Reihenschaltung addieren sich die Spannungen, mithin die Kehrwerte der Kapazitäten.

character:line-break\'>
character:line-break\'>

Kondensator 5: Rohrschlangenoberflächenkondensator; 1: Dampfeintritt, 2: Restgasaustritt, 3: Kondensataustritt, 4: Kühlmitteleintritt, 5: Kühlmittelaustritt.

Kondensator 6: Mischkondensator.