Jetzt kostenlos den Kondensator berechnen

Kondensatoren sind Bauelemente aus der Elektrotechnik und dienen zum Speichern von elektrischer Energie bzw. elektrischer Ladung. Ein Kondensator hat zwei leitende Schichten, diese sind durch einen Isolator voneinander getrennt. Eine der einfachsten Bauformen ist der Plattenkondensator, dieser besteht zwei gegenüberliegenden Metallplatten, die voneinander isoliert sind und je mit einem Pol einer Spannungsquelle verbunden sind.

Wird nun an einen Kondensator eine Spannung angelegt entsteht nun zwischen diesen beiden Platten ein elektrisches Feld. Eine der Platten nimmt die positiven, die andere Platte die negativen Ladungsträger auf, somit ist die Verteilung bei beiden Seiten gleich groß.
Die Kondensatoren unterscheiden sich nach ihrer Spannung: Gleichspannungs- und Wechselspannungskondensatoren. Bei den Gleichspannungskondensatoren dürfen die  Anschlüsse nicht vertauscht werden, denn sie  sind gepolt. Wechselspannungskondensatoren sind ungepolt, deshalb dürfen sie an Wechsel- und an Gleichspannung betrieben werden. Allerdings darf die Höhe des Effektivwerts der Nennwechselspannung dabei nicht überschritten werden.
Kondensatoren können in verschiedenen Anwendungsgebieten verwendet werden, wobei manche sicher weit über das Grundwissen der Elektrotechnik hinausgehen.
So können sie zum Beispiel als Energiespeicher dienen oder auch als Blindwiderstände bzw. frequenzabhängige Widerstände.

Um zu ermitteln, wie viel Energie ein Kondensator aufnehmen kann, sind einige Größen erforderlich. Die Kapazität zeigt an, wie viel elektrische Ladung bei einer Spannung von 1 Volt gespeichert werden kann. Diese Kapazität kann mit unserem Rechner berechnet werden.

Wie funktioniert die Berechnung der Kondensatoren?

Das Ergebnis des Kondensator Rechners

Das Ergebnis wird in F (Frequenz) angezeigt.

Die Kapazität

Das Formelzeichen für die Kapazität ist das C, aus dem englischen für Capacity. Für die physikalische Größe Farad steht F, nach dem Engländer Michael Faraday, der auch den faradaysche Käfig (auch Faradaykäfig) erfunden hat, außerdem stammt von ihm die elektrische Feldtheorie. Kondensatoren werden oft in µF, nF oder pF angegeben.

Kurzer Information zum Faradaykäfig. Dieser ist eine geschlossene Hülle die aus einem elektrischen Leiter z. B. aus Draht besteht und als elektrische Abschirmung wirkt. Bei einem Blitzschlag in einen faradayschen Käfig, das kann auch ein Auto, Flugzeug oder Wohnwagen sein, bleiben die Personen im inneren unbeschadet. Die elektrische Feldstärke ist innen wesentlich geringer als außen. Man kann aber auch genauso im inneren des Käfigs eine elektrische Entladung erzeugen, dann ist der Effekt genau anders herum, die Personen außen herum bleiben unbeschadet. Eine Vorführung mit elektrischem Strom und auch einem Käfig ist eine spannende Sache und wird z.B. in einem Umspannwerk gezeigt.

Berechnung der Kapazität

Diese Kapazität kann berechnet werden, dazu ist unser Rechner hilfreich. Trotzdem möchten wir kurz über Formeln einen Rechenweg zeigen.   

Die bauliche Größe eines Kondensators bestimmt seine Kapazität. Diese ist umso größer, je größer die Plattenoberfläche (A), je kleiner der Plattenabstand (d) und je besser die Dipolbildung im Dielektrikum* (je größer ist dann die relative Dielektrizitätszahl εr)*.

Die Ladungsmenge wird mit dem Formelzeichen Q gekennzeichnet und die Einheit Coulomb mit C, diese ist aber nicht mit dem Formelzeichen C der Kapazität zu verwechseln.
Ladung = Strom (I) multipliziert mit Zeit (Ampere mal Sekunde). Die Spannung wird mit U gekennzeichnet und die Zeit mit t.  

Hier einmal weitere Formelberechnung, um weitere Größen zu berechnen, da nicht immer alle Werte zur Verfügung stehen. Diese sind nicht immer so leicht zu verstehen und auch sehr technisch, dennoch möchten wir einige kurz aufzeigen und deren Werte erklären.
Die Berechnungen basieren auf Strom, Spannung und Widerstand, das sogenannte Ohmsche Gesetz. Hiermit vertraut zu sein ist ein Vorteil um einfach zu folgen.

Für Plattenkondensatoren gibt es eine eigene Formel, diese gilt auch nur für diese Art Kondensatoren.

Flächeninhalt (A), Abstand der Platten (d), elektrische Feldkonstante (ε0) und Dielektrizitätszahl (εr).
ε0 ist eine Konstante mit ε0 = 8.854 · 10-12 As / Vm. Wobei εr vom Medium abhängig (Luft, Papier, Glas) ist. Dieser Wert wird von Tabellen entnommen.

Ein paar allgemeine Informationen

*Dielektrikum und Dielektrizitätszahl εr

Etwas weiter oben wurden diese beiden Einheiten schon in einer Formel erwähnt, nun möchten wir sie noch kurz erklären, da sie nicht so bekannt sein dürften wie die anderen Werte und Formzeichen.
Die Dielektrizitätszahl ist ein Mass für die Beeinflussung eines Kondensators durch einen Isolierstoff der Kapazität. Die Zahl εr gibt den Faktor an, um den die Kapazität vergrößert wird, wenn ein anderes Dielektrikum als Vakuum verwendet wird. Je höher die Dielektrizitätszahl, desto höher ist auch Kapazität.
Somit zeigt die Dielektrizitätszahl an, um wie viel besser das Dielektrikum also das Vakuum mit εr = 1.
Die Dielektrizitätszahl gibt an, um wie viel das Dielektrikum besser ist als Vakuum mit εr = 1.

Durchschlagsfestigkeit
Die Durchschlagsfestigkeit eines Kondensators bezieht sich auf das Dielektrikum und bestimmt die höchste Spannung, die der Kondensator haben darf. Ist die Spannung zu hoch isoliert das Dielektrikum nicht mehr und es kommt zum sogenannten Durchschlag.

Kondensatorverlust
Kondensatoren entladen sich selber, was auch Kondensatorverlust genannt wird. Diese Entladung entsteht durch Isolation, Beschaltung, Kondensatorbelag und Dielektrikum. Vor allem bei der Wechselspannung entsteht aufgrund der Umpolarisierung ein hoher Verlust. Aus diesem Grund gibt es die schon weiter oben erwähnten Wechselspannungskondensatoren.

Temperaturabhängigkeit
Die Temperatur verändert die Kapazität, diese kann sowohl positiv wie auch negativ sein, idealerweise ändert sich diese jedoch nicht.

Zusammenfassend kann man sagen, dass ein Kondensator ein Bauelement für elektrischer Energie bzw. elektrischer Ladung ist. Auch wenn die Berechnungen kompliziert erscheinen, umso einfacher ist die Berechnung mit unserem Kondensator-Rechner. So wird immer die optimale Kapazität angezeigt.