Kondensator und Spule

Der Kondensator
• Bauelement zur Speicherung elektrischer Energie
Aufbau:
Kondensator und Spule
Elektroden (Platten)
Dielektrikum (Isolator)
• Das Dielektrikum verstärkt durch Polarisation die Stärke
des elektrischen Feldes.
besondere Bauformen:
• Elektrolytkondensator (Elko)
• Drehkondensator (Drehko)
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Bilder: Elektronik-Kompendium
Die Kapazität
Entladekurve eines Kondensators
Die Kapazität C eines Kondensators gibt an, wie viele
elektrische Ladungen er speichern kann.
Q
(homogenes Feld)
[C] = F
C
U
∆Q = I · ∆t
I ≠ konstant
Q = ???
(I = konstant)
Die Kapazität eines Plattenkondensators ist umso größer,
• je größer die Plattenoberfläche (A)
• je kleiner der Plattenabstand (d)
• je besser die Dipolbildung im Dielektrikum (je größer die
relative Dielektrizitätszahl εr)
A
C   0  r 
d
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I
Zeitkonstante:  = R ‫ڄ‬C
Halbwertszeit: Th =  ‫ڄ‬ln(2)
ε0 … elektrische Feldkonstante
t
ε0 = 8,854 · 10-12 As/Vm
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http://schulen.eduhi.at/riedgym/physik/10/elektrizitaet/kondensator/applet/circuit_rc.htm
Spule
Selbstinduktion
•
• In der Spule baut sich beim
Einschalten ein M-Feld auf 
Änderung  Induktion einer
Spannung  Strom
• Dieser ist laut Lenz der Ursache
seiner Entstehung entgegengerichtet
 Behinderung des Aufbaus des MFeldes  Behinderung des
ursprünglichen Stromes
•  Lampe leuchtet später
Eisenkern, welcher mit Draht umwickelt wird
Bilder: wikipedia
http://www.elektronikinfo.de/strom/spulen.htm
Induktionsgesetz:
• In einer Spule wird eine Spannung induziert, solange sich das von
ihr umschlossen M-Feld ändert.
Applet1; Applet2
• Je schneller die Änderung des M-Feldes erfolgt, desto größer ist der
Betrag der Induktiosspannung. (schnellere Bewegung, schnellere
Änderung des Stromes der Feldspule)
Applet
• Lenzsches Gesetz: Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass er
der Ursache seiner Entstehung entgegen wirkt.
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Selbstinduktion
Induktivität
• Die Induktivität L einer Spule gibt an, wie stark diese
einer Änderung der Stromstärke entgegenwirkt.
• [L] = H (Henry)
1 H = 1 Vs · A-1
N2  A
• Für eine lange Spule gilt:
L   0   rel
l
dI
• Selbstinduktionsspannung: U i   L 
dt
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Vergleich Gleich-, Wechselstromkreis
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Ohmsches Bauelement
Ohmsches Bauelement:
• R_ = R~
keine Phasenverschiebung
ohmscher Widerstand:
Spule:
• R_ < R~
• Selbstinduktion
S lb ti d kti  Strom
St
entgegen
t
der
d Ursache
U
h
R
U
I
Kondensator:
• R_ >> R~
• Im Gleichstromkreis nur kurzer Lade- bzw. Entladestrom
• Im Wechselstromkreis ständiges Laden und Entladen
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Spule
Kondensator
Spannung eilt dem Strom
um eine Viertelperiode vor
Spannung bleibt hinter dem
Strom eine Viertelperiode
zurück.
Phasenverschiebung:
Phasenverschiebung:

Ursache:
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
  90
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
Die Phasenverschiebung
ist unabhängig von der
Frequenz und der
Amplitude.
Induktivität der Spule:
lt. Lenz Behinderung des Stromes durch Selbstinduktion
 induktiver Widerstand: XL    L mit   2f
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Ursache:

  90
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Die Phasenverschiebung ist
unabhängig von der Frequenz
und der Amplitude.
Kapazität des Kondensators:
es fließt ein Ladestrom, der zum Aufladen des Kondensators
führt  Spannung
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mit   2f
X 
 kapazitiver Widerstand: C   C
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Transformator
• Faradays Versuch
• Aufbau und Wirkungsweise
• Applet
Anwendungen:
• Hochstromtrafo
H h t
t f (Schweißen)
(S h iß )
Folie1, Folie2
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