Kondensator als Energiespeicher

Hallo. Willkommen zu diesem Video. Es gibt verschiedenste Energiespeicher. Mechanische Energiespeicher, wie dieser Stausee, chemische Energie kann in Batterien gespeichert werden, solche Latent- Wärmespeicher dienen der Speicherung thermischer Energie. Kann aber auch elektrische Energie gespeichert werden?Vielleicht nicht solch große Energiemengen, wie sie bei einem Blitz vorkommen. Im Kleinen dient aber ein Kondensator als Energiespeicher. In diesem Video lernst du den Kondensator als Bauelement zur Energiespeicherung kennen.Wir werden uns dann den Kondensator im Gleichstromkreis anschauen. Danach geht es um die Kapazität eines Kondensators. Zum Schluss betrachten wir dann noch einige Bauformen von Kondensatoren.Wie speichert also ein Kondensator Energie?Ein Kondensator: das können zwei Platten aus Metall sein, die parallel zueinander aufgestellt werden. Die zwei Platten nennt man Elektroden. Zwischen den beiden Elektroden befindet sich ein Dielektrikum. Das Dielektrikum ist ein Stoff, der elektrisch isolierend wirkt. also bis zu einem bestimmten Maß verhindert, dass Ladungen von der einen Platte zur anderen gelangen.Luft kann zum Beispiel ein Dielektrikum sein. Legt man eine elektrische Spannung an den Plattenkondensator an, dann lädt er sich folgendermaßen auf:Die Elektronen fließen vom Minuspol zum Pluspol. Die Elektrode, an der die Elektronen ankommen, hier in blau, lädt sich dann negativ auf. Die Elektrode, an der die Elektronen abfließen, in Rot, wird dadurch positiv.Zwischen den beiden Elektroden entsteht eine elektrische Spannung und ein homogenes elektrisches Feld. Homogen heißt, dass die elektrische Feldstärke überall gleich groß ist.Je nach Größe der Platten und der angelegten Spannung kann der Kondensator. irgendwann keine weiteren Elektronen mehr aufnehmen. Er ist dann vollgeladen.Der Kondensator hat nun elektrische Energie gespeichert. Das kannst du dir vorstellen wie beim Stausee. Wenn die Sperre gelöst wird, kann das gelagerte Wasser, wenn es durch die Turbine rauscht, Arbeit verrichten. Die mechanische Energie wird dann in elektrische Energie umgewandelt. Getrennte Ladungen können wie ein Stausee auch Arbeit verrichten.Zum Beispiel, wenn wir nach dem Aufladen die Spannungsquelle durch eine Glühlampe austauschen. Die Elektronen fließen von der negativen Elektrode durch die Glühlampe zur positiven Elektrode. In der Glühlampe wird die gespeicherte elektrische Energie in Licht und Wärmeenergie umgewandelt. Die Speicherung elektrischer Energie erfolgt also durch Trennung von Ladungen.Betrachten wir nun den Kondensator als Bauteil im Gleichstromkreis. Zwei parallele Striche stellen das Schaltzeichen des Kondensators dar.Mit einem Schalter kann man zwischen einem Stromkreis mit Spannungsquelle - dem Ladestromkreis - und einem Stromkreis ohne Spannungsquelle - dem Verbraucherstromkreis - umgeschaltet werden. Um einen Kurzschluss zu vermeiden, wird noch ein Widerstand als Verbraucher eingebaut. Wir messen jetzt die Stromstärke im Stromkreis und die Spannung über den Kondensator und tragen sie über die Zeit in Diagrammen auf. Ist der Schalter nach links gekippt, lädt sich der Kondensator auf. Das ist der Ladevorgang. Die Spannung am Kondensator steigt also, bis der Kondensator voll geladen ist. Dann bleibt die Spannung konstant. Solange der Kondensator lädt, fließt der elektrische Strom noch. Die Stromstärke wird aber immer geringer. Ist der Kondensator voll, kommt der Strom zum Erliegen. Jetzt legen wir den Schalter um und betrachten den Entladevorgang. Der Kondensator entlädt sich und demnach sinkt auch die Spannung am Kondensator, bis alle Ladungen abgeflossen sind und die Spannung auf 0 V gesunken ist. Wenn der Schalter umgelegt wird, stellt sich wieder ein elektrischer Strom ein, allerdings jetzt in die andere Richtung. Das stelle ich hier im Diagramm mit einer negativen Stromstärke dar. Die Stromstärke nimmt mit sinkender Spannung ab, bis sie auf 0 A gesunken ist. So sehen also prinzipiell die elektrischen Spannungs- und Stromverläufe im Lade- und Entladevorgang beim Kondensator aus.Je nach Kondensator können aber verschiedene Mengen an Ladung und Energie gespeichert werden.Die Kapazität ist das wesentliche Merkmal eines Kondensators. Die Größe der Kapazität sagt etwas über die Menge der Ladung aus, die bei einer bestimmten Spannung auf einem Kondensator gespeichert werden kann. Beispielsweise kann ein Kondensator mit größeren Elektroden und einem kleinen Abstand zwischen den Elektroden mehr Ladungen und damit Energie speichern als ein Kondensator mit kleinen Elektroden und einem großen Plattenabstand.Der Kapazität hat man das Formelzeichen groß C gegeben. Die Einheit der Kapazität ist das Farad (F), benannt nach dem englischen Physiker und Chemiker Michael Faraday. Typische Kondensatoren haben Kapazitäten im Bereich von einigen Pikofarad bis wenigen Mikrofarad.Aber wie passen jetzt zwei große Metallplatten in nur einige Millimeter bis Zentimeter große Kondensatoren, wie du sie hier siehst? Es gibt neben dem Plattenkondensator, den du gerade kennengelernt hast, auch andere Bauformen von Kondensatoren.Kondensatoren können auch zylinderförmig oder als Kugel gebaut werden. In Folien- oder Wickelkondensatoren werden Metallfolien, zum Beispiel aus Aluminium, mit einer Kunststofffolie als Dielektrikum einfach aufgewickelt. So lassen sich sehr kleine Kondensatoren für elektrische Geräte herstellen.Fassen wir nochmal kurz zusammen:Kondensatoren speichern elektrische Energie. Im Ladestromkreis gilt: Legt man eine elektrische Spannung an einen Kondensator an, lädt er sich durch die Ladungstrennung auf. Die getrennten Ladungen können dann in einen Verbraucherstromkreis fließen und so zum Beispiel eine Glühlampe zum Leuchten bringen. Die Kapazität ist das wesentliche Merkmal eines Kondensators. Ihr Formelzeichen ist groß C, ihre Einheit das Farad. Elektrische Energie kann also dank der Kondensatoren genauso wie mechanische, chemische oder thermische Energie gespeichert werden.Vielen Dank für das Zuschauen. Tschüss.