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Ausblick

Bauformen von Kondensatoren

Ein großes Problem in der Elektrizitätslehre ist die Tatsache, dass elektrische Ladung nicht in den gewünschten großen Mengen gespeichert werden kann. Dies soll durch die folgende Aufgabe näher veranschaulicht werden.

Aufgabe

Ein Haushalt benötige an einem Tag die elektrische Energie von \(10\rm{kWh}\).

Berechne, wie groß die Kapazität eines Kondensators sein müsste, damit diese elektrische Energie bei \(U=230\rm{V}\) gespeichert werden könnte.

Lösung

Für die elektrische Energie eines Kondensators gilt \[{E_{{\rm{el}}}} = \frac{1}{2} \cdot C \cdot {U^2} \Leftrightarrow C = \frac{{2 \cdot {E_{{\rm{el}}}}}}{{{U^2}}} \Rightarrow C = \frac{{2 \cdot 10 \cdot {{10}^3} \cdot 3600{\rm{J}}}}{{{{(230{\rm{V}})}^2}}} = 1,4 \cdot {10^3}{\rm{F}}\] Solche Kapaziätswerte sind nur mit sehr teuren Sonderformen unter erheblichem Aufwand erzielbar.

von Elcap, SVG-Umsetzung und kleine Nachbearbeitung Cepheiden in der deutschen Wikipedia [GFDL], via Wikimedia Commons

Um große Kapazitäten von Kondensatoren zu erreichen, muss man (ausgehend von der Formel für die Kapazität des Plattenkondensators) \[Q = C \cdot U = {\varepsilon _0} \cdot {\varepsilon _{\rm{r}}} \cdot \frac{A}{d} \cdot U\] große Elektrodenflächen \(A\) und kleinste Abstände \(d\) der Elektroden anstreben. Darüber hinaus muss man ein Dielektrikum mit einer möglichst großen relativen Dielektrizitätszahl \({\varepsilon _{\rm{r}}}\) verwenden. Um große Ladungsmengen speichern zu können, sollte der Kondensator auch relativ spannungsfest sein, was bei kleinsten Elektrodenabständen wegen möglicher elektrischer Überschläge ein Problem darstellt.

Die Graphik zeigt in einem Kapazitäts-Durchschlagsspannungs-Diagramm was die einzelnen Kondensatortypen zu leisten in der Lage sind. So kann man z.B. entnehmen, dass die Doppelschicht-Kondensatoren inzwischen sehr hohe Kapazitätswerte erreichen, die an die Kondensatoren anlegbare Spannung aber relativ gering ist.

Klicke mit der Maus auf die einzelnen farbigen Felder, um nähere Informationen zu bekommen.

Wenn du sehr detaillierte Auskünfte über den Aufbau und insbesondere die Einsatzmöglichkeiten der verschiedenen Kondensator-Typen erfahren willst, empfehlen wir dir die entsprechende Seite von Wikipedia.