R


Plattenkondensator


Physik


Basiswissen


Zwei eng gegenüberliegende Platten unter Spannung: ein Plattenkondensator besteht aus zwei eng gegenüberliegenden Metallplatten (elektrisch leitend), den sogenanten Elektroden. Zwischen den Platten ist oft ein nicht-leitender Stoff eingebracht, das sogenannte Dielektrikum. Im Betrieb ist eine Elektrode mit einem Pluspol und die andere mit einem Minuspol in einem Stromkreis verbunden.

Grundlegender Aufbau


Ein Plattenkondensator besteht aus zwei flachen metallenen Platten. Die Form der Platten ist nicht wichtig. Oft sind sie rechteckig oder kreisförmig. Die zwei Platten liegen sich dann parallel gegenüber. Zwischen den Platten ist ein meist sehr kleiner Abstand (Millimeter). Der Raum zwischen den Platten kann leer sein oder mit einem sogenannten Dielektrikum gefüllt sein (siehe unten).

Grundlegender physikalischer Effekt


Würde man versuchen auf einer Platte nur negative elektrische Ladungen (z. B. Elektronen) aufzubringen, dann würden sich diese negativen Ladungen, gegenseitig sehr stark abstoßen. Neu ankommende Ladungen würden eine starke abstoßende Kraft der bereits vorahandenen Ladungen erfahren. Gibt es aber auf der gegenüberliegenden Platte entgegengesetzte Ladungen, im Beispiel also positive, dann würden diese die negativen Ladungen der ersten Platte anziehen. Damit wird es auch einfacher, weitere neue negative Ladungen auf die erste Platte aufzubringen. Damit ist es möglich, große Ladungsmengen auf die zwei Platten aufzubringen.

Zweck eines Plattenkondensators


Kondenatoren werden unter anderem als Energiespeicher genutzt. Im Vergleich zu Batterien können sie bei gleicher Größer oder Masse wenig Energie speichern, diese aber schnell aufnehmen und wieder abgeben. Sie dienen auch als wichtiges Bauelement zur Erzeugung von einem Schwingkreis. Wesentlich effizienter als Plattenkondensatoren sind aber andere Bauformen, sodass reine Plattenkondensatoren eher auf die Schulphysik beschränkt bleiben.

Kapazität eines Plattenkondensators


Die Kapazität C, angegeben in Farad, sagt, welche elektrische Ladungsmenge für jedes angelegte Volt Spannung im Kondensator gespeichert werden kann. 0,4 Farad meint also: mit jedem Volt Spannung, kann man 0,4 Coulomb Ladung im Kondensator speichern. Ein Dielektrikum kann die Kapaztit erhöhen. Mehr unter Kondensatorkapazität ↗

Welchen Zweck hat das Dielektrikum?


Ein Dielektrikum ist ein elektrischer Isolator, der selbst aber polarisiert werden kann. Polarisiert heißt: seine Ladung ist räumlich derart in den Molekülen oder Atomen verteilt, dass sich die Teilchen im elektrischen Feld räumlich entlang der Feldlinien ausrichten. Dadurch wird im Endeffekt die resultierende Feldstärke zwischen den Platten herabgesetzt. Das wiederum erhöht die Kapazität eines Kondensators. Das Dielektrikum kann gasförmig, flüssig oder fest sein. Bei geeigneter Festigkeit verhindert es auch dass sich die Kondensatorplatten berühren, sie halten also den Abstand zwischen den Platten.

Arbeit im Kondensatorfeld


Das elektrische Feld in einem Plattenkondensator wird als homogen angenommen. Homogen meint: von der Richtung und Stärke her überall gleich. Eine Ladungsmenge Q, die sich von einer Platte zur anderen setzt dabei eine Energie von Q·U Joule um. U ist die Spannung zwischen den Kondensatorplatten. Umgesetzte Energie nennt man auch Arbeit. Beispiel: eine Ladung von 3 Coulomb wird zwischen den Platten mit einer Spannung von 0,05 Volt bewegt. Die elektrische Arbeit beträgt dann 3·0,05 oder 0,15 Joule. Siehe auch elektrische Arbeit ↗