PhysProf - Kondensator - Elektrische Ladung - Elektrische Entladung - Spannung

Fachthema: Ladung und Entladung von Kondensatoren

PhysProf - Grundlagen der Elektrotechnik - Ein Programm zur Präsentation physikalischer Sachverhalte mittels Simulationen und 2D-Animationen für die Schule, das Abitur, das Studium sowie für Lehrer, Ingenieure und alle die sich für Physik interessieren.

Online-Hilfe für das Modul
zur Analyse der Vorgänge, die beim Laden
oder Entladen von Kondensatoren auftreten.

Dieses Teilprogramm ermöglicht die Durchführung interaktiver Analysen zu diesem Fachthema und eine Untersuchung der entsprechenden physikalischen Sachverhalte.

 

 

Durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Schaltfläche können Sie eine kostenlose Demoversion des Programms PhysProf 1.1 herunterladen.


 

Das Unterprogramm [Elektrotechnik] - [Kondensator Ladung - Entladung] ermöglicht es, die Vorgänge, welche beim Laden und Entladen des Kondensators vorherrschen, zu analysieren.

Kondensatoren sind elektrische Bauelemente, welche prinzipiell aus zwei voneinander isolierten, leitenden Flächen bestehen. Isolatoren bestehen hierbei größtenteils aus Kunststoffen oder Gasgemischen.

Elektrische Ladung kann nicht durch einen Kondensator fließen, wird er jedoch an eine Spannungsquelle abgeschlossen, so fließt dennoch solange Strom, bis die elektrisch aufgeladenen Platten des Kondensators keine weitere Ladung mehr aufnehmen können. Dies tritt ein, wenn die Kondensatorspannung U_c genauso groß ist wie die angelegte Spannung U₀. Eine der Platten wird positiv, die andere negativ geladen. Das Fassungsvermögen eines derartigen Ladungsspeichers hängt von seiner Dimensionierung ab. Die Lade- und Entladezeiten eines Kondensators sind proportional zur Größe des Vorwiderstands R und zu seiner Kapazität C. Das Produkt aus beiden wird als Zeitkonstante τ bezeichnet.

Ladung

Bei der Aufladung verhalten sich Strom und Spannung wie folgt:

Entladung

Bei der Entladung gelten folgende Zusammenhänge:

Hierbei sind:

U_c: Spannung am Kondensator zur Zeit t [V]

U: Ladespannung [V]

U₀: Anfangsspannung am Kondensator [V]

I₀: Anfangsstromstärke [A]

I: Stromstärke zur Zeit t [A]

e: Eulersche Zahl

τ: Zeitkonstante

t: Zeit [s]

R: Widerstand [W]

C: Kapazität des Kondensators [F]
 

Programmbedienung

Das Verhalten dieser Größen beim Laden, wie beim Entladen eines Kondensators können Sie mit diesem Programmmodul untersuchen. Wählen Sie zunächst durch die Aktivierung des entsprechenden Kontrollschalters, ob Sie die Sachverhalte bei der Ladung, oder der Entladung eines Kondensators analysieren möchten. Legen Sie daraufhin durch eine Bedienung des entsprechenden Rollbalkens die Spannung U fest, für welche die Berechnungen durchgeführt werden sollen und geben Sie die Konstantenwerte für die Kapazität C des Kondensators und den vorgeschalteten Widerstand R ein.

Mit Hilfe des Rollbalkens für die Zeit t legen Sie fest, über welchen Zeitraum der Ladevorgang (Entladevorgang) simuliert bzw. berechnet werden soll. Möchten Sie lediglich die entsprechenden Zahlenwerte für die momentan am Kondensator liegende Spannung und den fließenden Strom ausgeben lassen, so bedienen Sie hierfür die Schaltfläche Berechnen. Soll der entsprechende Prozess grafisch animiert werden, so müssen Sie hierfür den Schalter Start bedienen. Mit Hilfe des Schalters Urzustand versetzen Sie die grafische Darstellung wieder in deren Anfangszustand.

Beachten Sie: Um die Darstellung der beiden Kurven für Strom und Spannung übersichtlich in einem Diagramm ausgeben zu können, wurde der Wert des im Stromkreis fließenden Stroms um den Faktor 50 erhöht (entspricht somit nicht exakt den Daten der numerisch ermittelten Werte).
 

Eine kleine Übersicht in Form kurzer Beschreibungen und Bilder über einige zu diesem Fachthemengebiet implementierte Unterprogramme kann unter Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Elektrotechnik aufgerufen werden.
 

Hilfreiche Informationen zu diesem Fachthema sind unter Wikipedia - Elektrische Kapazität und unter Wikipedia - Kondensator zu finden.
 

Nachfolgend finden Sie ein Video zu diesem Fachthema, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks
auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

Lissajousche Figuren - Reihen- und Parallelschaltung - Widerstände im Wechselstromkreis - Messbrücke - Widerstandsgesetz - Kondensator Ladung - Entladung - Kondensator - Kapazitäten - Plattenkondensator - Transformator - Schwingungsüberlagerung - RC-Kreis - RL-Kreis - RLC-Kreis - Resonanz - Wechselstromkreis

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