Der Kondensator

Ein Kondensator ist ähnlich wie ein Akku (unser Wassereimer von unserem Modellsystem Wasser), wie eine Batterie: er kann Strom über eine kurze Zeit speichern. Aber anders als eine Batterie muss man ihn erst "aufladen", bevor er Strom abgeben kann. Er ist also wie ein Akkumulator, aber die Kondensatoren haben eine viel kleinere Kapazität (wieviel Strom sie speichern können) als übliche Akkumulatoren (obwohl da die Grenze langsam verschwimmt). Der wesentliche Unterschied ist, dass ein Akku die Energie chemisch speichert, während ein Kondensator sie im elektrischen Feld speichert. Während man einen Akku nur 500 bis 1000 Mal laden und entladen kann, kann man einen Kondensator beliebig oft aufladen und entladen.

Jede Gruppe holt einen Elektrolytkondensator mit 4700µF und 16V Spannungsfestigkeit

Elektrolytkondensatoren sind gepolt, man muss also auf Plus und Minus aufpassen. Das ist wichtig, sonst gehen sie kaputt! Der Minus-Anschluss ist mit einem weissen Strich auf der Seite gekennzeichnet (und es ist der kürzere Anschlussdraht) und wird mit dem Minus-Pol (schwarze Buchse) vom Netzgerät verbunden. Der andere Pol mit Plus (rote Buchse). Wir drehen die Strombegrenzung auf Minimum und steigern die Spannung langsam bis ca. 15 V.

Dann nehmen wir ein Krokobandl und schliessen den Kondensator kurz! Was passiert?

Obwohl wir den Kondensator nur ganz langsam mit sehr wenig Strom aufgeladen haben, kann er all seine Ladung bei einem Kurzschluss blitzartig abgeben! Dadurch verdampft sogar etwas Metall von den Anschlüssen und es gibt einen Blitz!

Wir können den Kondensator aufladen und dann abklemmen und dann erst kurzschliessen: es blitzt wieder. Die Ladung kam also wirklich vom Kondensator und nicht vom Netzteil. Wir dürfen aber nicht zu lange warten, denn der Kondensator entlädt sich leider auch von selbst etwas und nach einigen Sekunden ist ein Teil der Ladung schon abgeflossen. Auch das können wir ausprobieren.

Abgeklemmten Kondensator kurzschliessen. Nach dem Abklemmen etwas warten und dann kurzschliessen. Was beobachten wir?

Die Einheit der Kapazität ist das Farad (nicht Fahrrad!), benannt nach dem ....... Physiker Michael Faraday. 1 Farad ist eine sehr grosse Einheit, die man nur selten erreicht, daher verwenden wir oft die Vorsilben mikro (µ oder u), nano (n) und pico (p).

Aufladen und Entladen

Wir wollen uns jetzt das Aufladen und Entladen mit dem Digital-Oszi anschauen. Dazu messen wir mit dem Oszi die Spannung am Kondensator, den wir über einen 1 kilo-Ohm Widerstand bis auf 15V aufladen.

Warum nehmen wir das Digital-Oszi? Weil der Vorgang sehr langsam ist und nicht periodisch, so etwas ist am Analog-Oszi nur schwer darzustellen.

Ladezeit

Wie lange dauert es, bis der Kondensator voll aufgeladen ist? Das Aufladen geht immer langsamer, je voller er wird, aber tatsächlich dauert es ewig, bis er ganz voll ist.Daher nimmt man die Zeit, bis er ca. auf 63% aufgeladen ist. Das ist bei 15V vom Netzteil ca. 9,5V. Und diese Zeit können wir berechnen:

τ = R * C

Bei uns sind das τ = 4700µF * 1000 Ohm = 4,7 Sekunden.

Wir stoppen die Zeit, bis der Kondensator auf 63% der Ladespannung geladen ist.

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