Kondensatorladung: Erklärung und Berechnung eines Kondensators

Ein Kondensator besteht aus zwei leitenden elektrischen Flächen (Elektroden) zwischen denen sich ein Dielektrikum (z.B. Luft) befindet. Legt man eine elektrische Spannung an die Elektroden, so wird die eine Elektrode positiv, die andere negativ aufgeladen, wobei die Ladung des Kondensators (Kondensatorladung) auch erhalten bleibt, wenn man die Spannung von den Elektroden trennt. Die gespeicherte Ladung ist proportional zur Spannung des Kondensators. Die Proportionalitätskonstante nennt man Kapazität (Speicherfähigkeit). Die Kondensatorladung ist umso größer, je größer die Kapazität des Kondensators ist.

Erklärung der Kondensatorladung

Bei der Kondensatorladung handelt es sich um den aktuellen Ladezustand des Kondensators. Dabei ist zu beachten, dass die maximale Ladung abhängig von der Kapazität des Kondensators ist. Die Ladung erfolgt durch das Anlegen einer Spannungsquelle, sowie in der Regel eines Vorwiderstandes. Ebenso bleibt die bereits vorhandene Kondensatorladung ohne anliegende Spannung erhalten, sofern der Kondensator nicht in einem aktiven Schaltkreis als Spannungsquelle fungiert. Wird ein geladener Kondensator jedoch längere Zeit nicht an eine Spannungsquelle angeschlossen, so verliert er über die Dauer stetig einen geringen Teil seiner Ladung. Die auf diese Weise verlorene Ladung ist größtenteils von dem verwendeten Dielektrium abhängig. Je größer die Leitfähigkeit des Dielektrikums ist, desto schneller findet die Entladung des Kondensators statt.

Berechnung der Kondensatorladung

Die Berechnung der aktuellen Ladung in Coulomb (Q) benötigt entweder die Kapazität in Farad (C), sowie die aktuelle Spannung des Kondensators (U), oder, sofern eine konstante Stromquelle für die Aufladung benutzt wurde, den angelegten Strom (I), sowie die Dauer (t). Dabei werden hauptsächlich die folgenden Formeln verwendet:

Q = C*U
Q = I*t

Bei Anschluss eines Kondensators an eine Spannungsquelle, lädt sich dieser exponentiell langsamer auf, je länger er an die Spannungsquelle angeschlossen ist. Ebenfalls ist der elektrische Strom zu Anfang des Ladevorgangs, im Vergleich zu dem durchschnittlichen elektrischen Strom während eines Ladevorgangs, hoch und nimmt über die Dauer des Ladevorgangs exponentiell ab. Wird der geladene Kondensator anschließend als Spannungsquelle bzw. Energieträger verwendet, so sinkt die vorhandene Spannung, und dadurch ebenfalls die vorhandene Ladung des Kondensators zuerst schnell, danach exponentiell langsamer.