Wie Plattenfläche, Abstand und Dielektrikum die Kapazität bestimmen
Die Kapazität wird durch drei physikalische Kernparameter eines Kondensators bestimmt: Plattenfläche, Plattenabstand und Dielektrizitätskonstante. Diese Faktoren diktieren, wie viel elektrischer Feldfluss – im Wesentlichen die speicherbare Ladung – sich für eine gegebene Spannung über den Platten entwickelt.
Plattenfläche
Bei sonst gleichen Bedingungen ergibt eine größere Plattenfläche eine höhere Kapazität, eine kleinere Fläche verringert sie. Denn eine größere Oberfläche kann mehr Ladung für die gleiche elektrische Feldstärke aufnehmen.
Plattenabstand
Werden die Platten einander angenähert, steigt die elektrische Feldintensität (Spannung geteilt durch Abstand), was die gespeicherte Ladung und damit die Kapazität erhöht. Eine Vergrößerung des Abstands bewirkt das Gegenteil.
Dielektrikumsmaterial
Materialien mit höherer relativer Permittivität (Dielektrizitätskonstante) erlauben einen größeren elektrischen Feldfluss für die gleiche angelegte Spannung. Folglich hat ein Kondensator mit einem High-k-Dielektrikum eine größere Kapazität als einer mit Low-k-Material bei identischer Geometrie.
Die relative Permittivität ist das Verhältnis der Permittivität eines Materials zu der des Vakuums. Beispielsweise erlaubt Glas mit einer relativen Permittivität von 7 einen siebenmal stärkeren elektrischen Feldfluss als Vakuum, alle anderen Faktoren gleich.
| Material | Relative Permittivität (Dielektrizitätskonstante) |
|---|---|
| Vakuum | 1,0000 |
| Luft | 1,0006 |
| PTFE, FEP (»Teflon«) | 2,0 |
| Polypropylen | 2,20 bis 2,28 |
| ABS-Harz | 2,4 bis 3,2 |
| Polystyrol | 2,45 bis 4,0 |
| Wachspapier | 2,5 |
| Transformatoröl | 2,5 bis 4 |
| Hartgummi | 2,5 bis 4,80 |
| Holz (Eiche) | 3,3 |
| Silikone | 3,4 bis 4,3 |
| Bakelit | 3,5 bis 6,0 |
| Quarz, geschmolzen | 3,8 |
| Holz (Ahorn) | 4,4 |
| Glas | 4,9 bis 7,5 |
| Rizinusöl | 5,0 |
| Holz (Birke) | 5,2 |
| Glimmer, Muskovit | 5,0 bis 8,7 |
| Glasverbund-Glimmer | 6,3 bis 9,3 |
| Porzellan, Steatit | 6,5 |
| Aluminiumoxid | 8,0 bis 10,0 |
| Destilliertes Wasser | 80,0 |
| Barium-Strontium-Titanat | 7500 |
Für ein Paar Leiter, getrennt durch ein gleichmäßiges Dielektrikum, kann die Kapazität mit folgender Formel abgeschätzt werden:
Veränderliche Kondensatoren
Die Kapazität kann einstellbar gemacht werden, indem einer der obigen Parameter variiert wird. Ein gängiger Ansatz ist die Variation der effektiven Plattenüberlappung. Das unten gezeigte Bild zeigt einen typischen veränderlichen Kondensator, der ineinander greifende Metallplatten und einen Luftspalt nutzt. Durch Drehen der Welle ändert sich die Überlappungsfläche, wodurch die Kapazität im Pikofarad-Bereich justiert wird – eine Konfiguration, die häufig in Hochfrequenzschaltungen eingesetzt wird.
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