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Was versteht man unter dem Begriff "Kapazität"?

5. Feb 2021 | Elektrik

Die Kapazität ist die Fähigkeit einer Komponente oder eines Stromkreises, Energie in Form einer elektrischen Ladung aufzunehmen und zu speichern.

Kondensatoren sind energiespeichernde Bauelemente, die in vielen Größen und Formen erhältlich sind. Sie bestehen aus zwei Platten aus leitfähigem Material (meistens dünnem Metall), zwischen denen sich ein Isolator aus Keramik, Folie, Glas oder anderen Materialien, sogar Luft, befindet.

Dieser Isolator wird auch als Dielektrikum bezeichnet und erhöht die Ladekapazität eines Kondensators. In der Automobiltechnik, im Schiffbau und in der Luftfahrtindustrie werden Kondensatoren manchmal als Kapazitäten bezeichnet.

Die Platten im Inneren des Kondensators sind mit zwei Anschlüssen außen verbunden, die manchmal lang und dünn sind und dünnen Metallantennen oder Metallfüßen ähneln. Diese Anschlüsse können an einen Stromkreis angeschlossen werden.

Kondensatoren und Batterien speichern Energie. Während Batterien die Energie allmählich abgeben, werden Kondensatoren schnell entladen.

Beispiel: Ein Kondensator, der mit einem Blitzlicht einer Digitalkamera verbunden ist, nimmt Energie aus der Batterie der Kamera auf und gibt die Energie bei Betätigung des Auslösers schlagartig ab. Je nach seiner Größe benötigt der Kondensator unter Umständen ein oder zwei Sekunden, um ausreichend Energie für einen weiteren Blitz aufzunehmen.

Ein Kondensator nimmt Energie (Spannung) auf, während Strom durch einen Stromkreis fließt. Beide Platten enthalten gleiche Energiemengen, und während die positive Platte eine Ladung aufnimmt, fließt die gleiche Ladungsmenge von der negativen Platte ab.

Wird der Stromkreis ausgeschaltet, behält ein Kondensator die erfasste Energie, obwohl normalerweise ein geringfügiger Leckstrom auftritt.

Unterschiedliche Kondensatoren (farblich dargestellt) auf einer Leiterplatte.

Die Kapazität wird ausgedrückt als Verhältnis der elektrischen Ladung an jedem Leiter zur Potenzialdifferenz (d. h. Spannung) zwischen ihnen.

Der Kapazitätswert eines Kondensators wird in Farad (F) gemessen. Die Einheit ist nach dem englischen Physiker Michael Faraday (1791 bis 1867) benannt.

Ein Farad bezeichnet eine große Kapazität. Viele elektrische und elektronische Geräte enthalten Kondensatoren, deren Kapazität nur einen Bruchteil eines Farad beträgt, oftmals ein millionstel Farad (Mikrofarad, µF) oder sogar nur ein trillionstel Farad (Pikofarad, pF).

Superkondensatoren hingegen können sehr große elektrische Ladungsmengen in der Größenordnung von mehreren tausend Farad speichern.

Die Kapazität lässt sich durch folgende Maßnahmen erhöhen:

  • Verringerung des Abstands zwischen den Kondensatorplatten (Leitern)
  • Vergrößerung der Plattenoberfläche durch größere Platten.
  • Das Dielektrikum ist bei Kondensatoren der Isolator, der am besten für die Anwendung geeignet ist.
Kondensatoren werden in verschiedenen Formen hergestellt.

In Stromkreisen werden Kondensatoren häufig zum Sperren von Gleichstrom und zum Durchlassen von Wechselstrom eingesetzt.

Manche Digitalmultimeter bieten eine Messfunktion für die Kapazität, mit deren Hilfe ein Techniker:

  • die Kapazität eines unbekannten oder nicht beschrifteten Kondensators ermitteln kann
  • unterbrochene oder kurzgeschlossene Kondensatoren feststellen kann
  • die Kapazität von Kondensatoren direkt messen kann

Referenz: Digital Multimeter Principles von Glen A. Mazur, American Technical Publishers.