Kapazitätsbeeinflussende Faktoren

Es gibt drei grundlegende Faktoren der Kondensatorkonstruktion, die die erzeugte Kapazität bestimmen. Diese Faktoren bestimmen alle die Kapazität, indem sie beeinflussen, wie viel elektrischer Feldfluss (relativer Unterschied der Elektronen zwischen den Platten) sich bei einer bestimmten elektrischen Feldstärke (Spannung zwischen den beiden Platten) entwickelt:

PLATTENBEREICH :Wenn alle anderen Faktoren gleich sind, ergibt eine größere Plattenfläche eine größere Kapazität; weniger Plattenfläche ergibt weniger Kapazität.

Erklärung: Eine größere Plattenfläche führt zu mehr Feldfluss (auf den Platten gesammelte Ladung) bei einer gegebenen Feldkraft (Spannung über den Platten).

PLATTENABSTAND :Wenn alle anderen Faktoren gleich sind, ergibt ein weiterer Plattenabstand weniger Kapazität; ein engerer Plattenabstand ergibt eine größere Kapazität.

Erklärung: Ein engerer Abstand führt zu einer größeren Feldkraft (Spannung am Kondensator geteilt durch den Abstand zwischen den Platten), was zu einem größeren Feldfluss (auf den Platten gesammelte Ladung) für jede gegebene Spannung führt, die über die Platten angelegt wird.

DIELEKTRISCHES MATERIAL :Wenn alle anderen Faktoren gleich sind, führt eine größere Permittivität des Dielektrikums zu einer größeren Kapazität; eine geringere Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums führt zu einer geringeren Kapazität.

Erklärung: Obwohl es kompliziert zu erklären ist, bieten einige Materialien dem Feldfluss bei einer bestimmten Feldstärke weniger Widerstand. Materialien mit einer größeren Permittivität ermöglichen einen größeren Feldfluss (bieten weniger Widerstand) und somit eine größere gesammelte Ladung für jede gegebene Feldstärke (angelegte Spannung).

„Relative“ Permittivität bedeutet die Permittivität eines Materials relativ zu der eines reinen Vakuums. Je größer die Zahl, desto größer die Permittivität des Materials. Glas mit einer relativen Permittivität von 7 hat beispielsweise die siebenfache Dielektrizitätskonstante eines reinen Vakuums und ermöglicht folglich den Aufbau eines siebenmal stärkeren elektrischen Feldflusses als der eines Vakuums, wenn alle anderen Faktoren gleich sind. In der folgenden Tabelle sind die relativen Permittivitäten (auch als „Dielektrizitätskonstante“ bekannt) verschiedener gebräuchlicher Substanzen aufgeführt:

Material

Relative Permittivität (Dielektrizitätskonstante) Vakuum1,0000Luft1,0006PTFE, FEP („Teflon“)2,0Polypropylen2,20 bis 2,28ABS-Harz2,4 bis 3,2Polystyrol2,45 bis 4,0Wachspapier2,5Transformatoröl2,5 bis 4Hartgummi2,5 bis 4,80Holz (Eiche)3,3Silikone3. 4 bis 4,3 Bakelit3,5 bis 6,0Quarz, geschmolzen3,8Holz (Ahorn)4,4Glas4,9 bis 7,5Rizinusöl5,0Holz (Birke)5,2Glimmer, Muskovit5,0 bis 8,7Glasgebundener Glimmer6,3 bis 9,3Porzellan, Steatit6,5Aluminiumoxid8 .0 bis 10.0Destilliertes Wasser80.0Barium-Strontium-Titanit7500

Eine Näherung der Kapazität für jedes Paar getrennter Leiter kann mit dieser Formel gefunden werden:

Ein Kondensator kann variabel statt fest im Wert gemacht werden, indem jeder der die Kapazität bestimmenden physikalischen Faktoren variiert wird. Ein relativ einfacher Faktor, der bei der Kondensatorkonstruktion variiert werden kann, ist die Plattenfläche oder genauer gesagt der Betrag der Plattenüberlappung.

Das folgende Foto zeigt ein Beispiel für einen variablen Kondensator, bei dem ein Satz verschachtelter Metallplatten und ein Luftspalt als dielektrisches Material verwendet werden:

Wenn die Welle gedreht wird, variiert der Grad, zu dem die Plattensätze einander überlappen, wodurch sich die effektive Fläche der Platten ändert, zwischen denen ein konzentriertes elektrisches Feld aufgebaut werden kann. Dieser spezielle Kondensator hat eine Kapazität im Picofarad-Bereich und findet Verwendung in Funkschaltkreisen.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt Kondensatoren
• Algebraische Substitution für elektrische Schaltkreise Arbeitsblatt