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SG076 Kapazität eines Plattenkondensators

Definition der Kapazität

Spannung

Glossar

Physik für Schülerinnen und Schüler

Du lädtst einen Kondensator mit unterschiedlichen Spannungen U auf. Anschließend entlädtst du den Kondensator über einen Ladungsmesser und misst die vorher gespeicherte Ladungsmenge Q. Du wirst eine Proportionalität zwischen Q und U feststellen. Es gilt also

   Q = C·U  

Der Proportionalitätskonstanten

    C = Q/U    

gibt man den Namen "Kapazität". Gemäß der Definition C = Q/U hat die Kapazität die Einheit 1 As/V = 1 F. Ein Kondensator hätte also die (unrealistisch große) Kapazität von 1 F, wenn er bei einer Ladespannung von 1 V die Ladungsmenge 1 C = 1 As aufnehmen könnte.

Eine andere Frage ist, wovon die Kapazität eines Kondensators abhängt. Die einfachste Form eines Kondensators ist ein (Parallel-)Plattenkondensator. Er besteht aus zwei parallelen Metallplatten (Metallfolien), die durch Vakuum bzw. ein isolierendes Material voneinander elektrisch getrennt sind. Versuche zeigen:

C = ε0·εr · A/d   

mit der elektrischen Feldkonstanten ε0 , der relativen Dielektrizitätskonstanten εr , der Plattenfläche A und dem Plattenabstand d. εr hängt vom Isolatormaterial ab.

Danach ist die Kapazität eines Plattenkondensators (bei sonst gleichen Eigenschaften) proportional zur Plattenfläche A und indirekt proportional zum Plattenabstand d. Die Kapazität wächst mit zunehmender Plattenfläche A und mit abnehmendem Plattenabstand d. Wenn die Platten durch Vakuum voneinander isoliert sind, ist εr  = 1. Das gilt auch in guter Näherung für Luft als Isolator. Bei anderen Isolatormaterialien kann εr  bis zu einigen 100 anwachsen. Damit ist klar, wie man große Kapazitäten erreichen kann. Allerdings kann es einen Nachteil haben, wenn man den Plattenabstand d immer kleiner wählt: dann wächst die Gefahr, dass das Isolatormaterial "durchschlägt", d.h. dass der Kondensator dann nur bei kleineren Spannungen genutzt werden kann.

In der Elektronik gilt eine Kapazität von 10 µF schon als "groß". Viele solche Kondensatoren sind nur bis wenige V spannungsfest.

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( Juni 2014 )