Was bestimmt die Kapazität eines Kondensators?

Der Kondensator dient zur vorübergehenden Speicherung elektrischer Energie in Form potentieller Energie, die im Raum in positive und negative elektrische Ladungen aufgeteilt wird, also in Form eines elektrischen Feldes im Raum dazwischen. Dementsprechend besteht ein elektrischer Kondensator aus drei Hauptkomponenten: zwei leitenden Platten, auf denen sich in einem Ladekondensator getrennte Ladungen befinden, und einer dielektrischen Schicht, die sich zwischen den Platten befindet.

Kondensatorplatten können je nach Art dieses elektrischen Produkts auf unterschiedliche Weise hergestellt werden, von einfachen auf einer Rolle gewickelten Aluminiumplatten mit einer Papierzwischenschicht bis hin zu chemisch oxidierten Platten oder einer metallisierten dielektrischen Schicht. In jedem Fall gibt es eine Dielektrikumschicht und eine Platte, zwischen denen es fest befestigt ist – das ist im Grunde ein Kondensator.

Das Dielektrikum kann Papier, Glimmer, Polypropylen, Tantal oder ein anderes geeignetes elektrisch isolierendes Material mit der erforderlichen Dielektrizitätskonstante und elektrischen Festigkeit sein.

Wie Sie wissen, ist die Energie der im Raum getrennten elektrischen Ladungen gleich dem Produkt der (von einem Körper zum anderen) verdrängten Ladungsmenge Q und der Potentialdifferenz zwischen den geladenen Körpern U.

Die Energie der getrennten Ladungen auf den Kondensatorplatten hängt also nicht nur von der Anzahl der getrennten Ladungen ab, sondern auch von den Parametern seiner Platten und des Dielektrikums, da das Dielektrikum, wenn es polarisiert ist, Energie in Form eines elektrischen Feldes speichert. Deren Stärke bestimmt die Potentialdifferenz U zwischen den getrennten Ladungen, die sich auf den Platten des Kondensators befinden.

Denn die Potentialdifferenz zwischen im Raum getrennten Ladungen hängt von der Stärke des elektrischen Feldes und vom Abstand zwischen ihnen ab. Eigentlich – bei einem Kondensator von der Dicke des Dielektrikums zwischen den geladenen Platten.

Gleichzeitig gilt: Je größer die Überlappungsfläche der Platten A und je größer die absolute (und relative) Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums ist – desto stärker werden die auf den Platten befindlichen getrennten Ladungen voneinander angezogen – desto mehr Je größer ihre potenzielle Energie ist, desto mehr Arbeit wird von der EMF-Quelle benötigt, um diesen Kondensator aufzuladen.

Durch die Ladungstrennung bei der Übertragung von Elektronen von einer Platte auf eine andere leistet die EMF-Quelle beim Laden des Kondensators genau so viel Arbeit, dass die Menge identisch ist Energie eines geladenen Kondensators.

Bei dieser Diskontinuität hängt die Energie des geladenen Kondensators zusätzlich zur von Platte zu Platte übertragenen Ladungsmenge (sie kann unterschiedlich sein) von der Überlappungsfläche der Platten A und vom Abstand zwischen den Platten d ab und von der absoluten Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums e.

Diese bestimmenden Parameter des Aufbaus eines bestimmten Kondensators sind konstant, ihr Gesamtverhältnis kann als Kapazität des Kondensators C bezeichnet werden. Dann können wir mit Sicherheit sagen, dass die Kapazität des Kondensators C von der Überlappungsfläche der Platten A abhängt , vom Abstand d zwischen ihnen und von der Dielektrizitätskonstante e.

Die Abhängigkeit der Kapazität von diesen Parametern ist sehr leicht zu verstehen, wenn wir einen Flachkondensator betrachten.

Je größer die Überlappungsfläche seiner Platten ist, desto größer ist die Kapazität des Kondensators, da die Ladungen über eine größere Fläche interagieren.

Je kleiner der Abstand zwischen den Platten (eigentlich die Dicke der dielektrischen Schicht) ist, desto größer ist die Kapazität des Kondensators, da die Wechselwirkungskraft der Ladungen mit zunehmender Annäherung zunimmt.

Je größer die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums zwischen den Platten ist, desto größer ist die Kapazität des Kondensators, denn desto größer ist die Stärke des elektrischen Feldes zwischen den Platten.

Siehe auch:Warum werden Kondensatoren in Stromkreisen verwendet? UndKondensatoren und Batterien – Was ist der Unterschied?