PhysProf - Kondensator - Ladung und Entladung

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Kondensator - Ladung und Entladung


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 Uc 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.

Kondensator - Gleichung -1

Ladung

Bei der Aufladung verhalten sich Strom und Spannung wie folgt:

Kondensator - Ladung - Gleichung -1

Kondensator - Ladung - Gleichung -2

PhysProf - Kondensator - Ladung

Entladung

Bei der Entladung gelten folgende Zusammenhänge:

Kondensator - Entladung - Gleichung -1

Kondensator - Entladung - Gleichung -2

PhysProf - Kondensator - Entladung

Hierbei sind:

Uc: 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).
 

Module zum Themenbereich Elektotechnik


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