Was sind Kapazitäten?

Im Alltag bezeichnet eine Kapazität eine Art Fassungsvermögen, eine Kapazität kann ausgeschöpft sein, dann geht nichts mehr rein...

Bei Kondensatoren ist das anders:

Die Kapazität gibt an wieviel Ladungen man pro Energieaufwand auf den Platten eines Kondensators speichern kann.
Der Energieaufwand kann durch eine Potenzialdifferenzen beschrieben werden, also durch eine Spannung:

Eine Kapazität von 1 F (Farad) liegt vor, wenn ich pro Volt Spannung eine Ladungsmenge von 1 Coulomb auf die Platten bringen kann.

Dabei werden die Kondensdatorplatten nicht "voll". Mit jedem neuen Volt bekomme ich wieder ein  Coulomb drauf...solange, bis die Spannung zwischen den Kondensatorplatten so groß ist, dass ein Funke überschlägt oder das s daszwischen den Platten befindliche Dielektrikum (das die Kapazität steigern soll) durch chemische Reaktionen zersetzt wird.

Also: C = Q/U,  [C] = As/V = F

Daraus resultiert die berühmte Kondensdatorgleichung Q = C*U:

Die gespeicherte Ladungsmenge wächst proportional zur angelegten Spannung, die Kapazität ist die Proportionalitätskonstante.

Bei einem Plattenkondensator wächst die Kapazität mit der Fläche A der Kondensatorplatten. Je kleiner der Abstand d der Platten ist, desto größer wird ebenfalls die Kapazität (C∝  1/d).

Die Dielektrizitätszahl (auch Permittivitätszahl genannt) gibt an um welchen Faktor die Kapazität steigt, wenn zwischen den Platten keine Luft sondern ein Dielektrikum (Isolator) ist.

Das elektrische Feld zwischen den Platten ist homogen, d.h. überall gleich stark.

Die Feldstärke E lässt sich dann einfach aus der Spannungsdifferenz pro Meter berechnen:

E = U/d.

Stellt man diese Formel um, so steht da U = E * d.

Was heißt das?
Beim Auseinanderzeihen der Platten (d wächst) bleibt die Feldstärke konstant (wenn alle Ladungen drauf bleiben, d.h. die Platten abgeklemmt, isoliert sind). d wird aber größer, also steigt die Spannung zwischen den Platten an.
Die Spannung beschreibt ja die Potenzaldifferenz zwischen den Platten. Wenn sie steigt, muss die im elektrischen Feld gespeicherte Energie größer geworden sein.
Wo komtmt diese Energie her?
Aus meiner Muskelkraft, wenn ich die Platten gegen ihre Anziehungskräfte auseinanderziehe.

In der Abbildung seht ihr verschiedene Beispiele von Kondensatoren, Spannungen und Feldstärken. Macht euch das Zustandekommen der Werte klar.

Zum Schluß dieser kleinen wiederholenden Zusammenstellung noch die Energieformel für den Kondensator:

 

 Vergleicht man das mit der Bewegungsenergie einer Masse

so erkennt man Analogien: Antreibende Größen sind v und U, die Masse m haben wir als träge Masse bezeichnet und sie als Impulskapazität in der E-Phase kennengelernt.
Damit schließt sich der Kreis.

Alle Bilder aus eduhi.at/riedgym/physik