Ich habe eine Frage, zu der ich leider noch keine Antwort gefunden habe: Gibt es für einen Kondensator eine höchstmögliche Ladung? Meine Überlegung ist dazu jetzt folgende: In diesem Beispiel gehe ich davon aus, dass -Eisenatome im Metallgitter 1 Elektron aufnehmen können. -Eisenatome im Metallgitter 1 Elektron abgeben können. -es keine Überschläge/Entladungen zwischen den Platten gibt. -man die Ladung der Anschlussstücken außer Acht lässt. Dann müsste ein ungeladener Kondensator so aussehen: *Bild "Kondensator-neutral.png" Ein schwach geladener Kondensator müsste so aussehen: *Bild "Kondensator-ladung1.png" Und ein "voller" Kondensator würde dann so aussehen: *Bild "Kondensator-ladung-max_-_kopie.png" Würde der Kondensator wirklich voll sein, wenn alle Eisenatome ionisiert sind? Oder würden die Abstoßenden Kräfte zwischen den Ionen die Platten des Kondensators zerreißen, bevor es soweit kommt? Wie lautet jetzt Eure Meinung dazu? Entschuldigt bitte, das durcheinander mit den Bildern. Danke für Eure Hilfe.
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Hallo, in der Elektrotechnik betrachtet man normalerweise nicht die Vorgänge, die sich auf atomarer Ebene abspielen. Dies wäre wohl eher eine Frage an Physiker. Die Kapazität ist immer Ladungsmenge pro Spannung. Normalerweise läßt sich um so mehr Ladung speichern, je näher die Platten beieinander angeordnet sind. Ob die Ladungen dabei zu wenig Platz haben, sich über nicht artgerechte Haltung beschweren oder deformiert werden, war nie Gegenstand aller bisherigen Betrachtungen. Sie werden sich vermutlich nicht gleichmäßig im Leiter verteilen, wenn ein elektrisches Feld herrscht. MfG
Die maximale Ladung bei einem Kondensator hängt von einigen, einfachen Faktoren ab. Da ist zum einen die Fläche (Platten-/Elektrodengröße). Als nächstes kommt das Dielektrikum, also was zwischen den Platten ist, hinzu. Auch der Abstand der Platten ist maßgeblich. Begrenzend kommt hinzu, dass es bei höheren Spannungen zu einem Überschlag oder Durchschlag (durch das Dielektrikum) kommen kann. Ab einer gewissen Spannung treten auch mechanische Kräfte auf, die zumindest bei Hochspannung nicht zu vernachlässigen sind. Und noch ein paar andere Faktoren.
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Wirklich eine interessante Frage. Die entscheidende Sache wird hier sein, "speichern" die Atome wirklich die Elektronen? Wenn ja, wäre die maximale Ladung wohl materialabhängig. Leider ist meine theoretische Elektrotechnik Vorlesung schon zu lange her.
Die maximale Grenze ist, wenn die Feldstärke so hoch wird, dass es zur Ionisierung der Atome führt, d.h. nicht nur die beweglichen Elektronen, sondern auch die Elektronen von anderen Schalen nach dem Bohrschen Atommodell entrissen werden. Die Ionen machen sich selbstständing und die Gitterstrukturen werden zerstört. Es kommt dann auch zum Durchschlag durch das Vakuum.
Sebastian S. schrieb: > Die maximale Ladung bei einem Kondensator hängt von einigen, einfachen > Faktoren ab. Es gibt keine maximale Ladung. Höchstens, wenn du alle Elektronen des Universums versammelt hast ... > Da ist zum einen die Fläche (Platten-/Elektrodengröße). Nein. Erhöhe einfach die Spannung. > Als nächstes kommt das Dielektrikum, also was zwischen den Platten ist, > hinzu. Nein. Erhöhe einfach die Spannung. > Auch der Abstand der Platten ist maßgeblich. Nein. Erhöhe einfach die Spannung. > Begrenzend kommt hinzu, dass es bei höheren Spannungen zu einem > Überschlag oder Durchschlag (durch das Dielektrikum) kommen kann. Nein, hier wird eine theoretische Betrachtung angeführt. Da kommt es zu keinem Überschlag. > Ab einer gewissen Spannung treten auch mechanische Kräfte auf, die > zumindest bei Hochspannung nicht zu vernachlässigen sind. Wieder: es ist eine theoretische Betrachtung. Alrik W. schrieb: > Würde der Kondensator wirklich voll sein, wenn alle Eisenatome ionisiert > sind? Die Ladung besteht aus freien Elektronen. Die müssen nicht zu irgend einem Atom der Kondensatorplatten gehören. > Oder würden die Abstoßenden Kräfte zwischen den Ionen die Platten des > Kondensators zerreißen, bevor es soweit kommt? Da kommen wir wieder weg von der theoretischen Betrachtung. Bei der praktischen Betrachtung sieht das alles ganz anders aus. - es gibt keine beliebig hohe Spannung. - es gibt keinen beliebig großen Kondensator mit beliebig großer Kapazität - es gibt kein beliebig ideales Dielektrikum usw. Dann treffen die Argumente von Sebastian S. wieder zu.
Danke, ich denke das beantwortet meine Frage ganz gut. :)
Sagen wir, dein Kondensator mit Kapazität 1uF enthält 1g Kupfer. Die Molmasse von Kupfer ist ca. 64g, 1 mol enthält 6e23 Atome. Also hast du ca. 1e22 Atome auf deinen Kondensatorflächen. Wenn jedes Atom ein Elektron speichert, hast du eine Ladung von 1e22 *1.6e-19 As = 1.6e3 As gespeichert. Hat der Kondensator eine Kapazität C=1uF, ist die Spannung U=Q/C=1.6e9 V. Diese Abschätzung sollte klarmachen, dass überlicherweise nur ein gespeichertes Elektron auf einige Millionen Atome kommt, bevor ein Überschlag stattfindet. Die Fragestellung ist aber interessant, und möglicherweise gibt es tatsächlich Kondensatoren, die in die Sättigung geladen werden können.
@HildeK Ich hätte hier noch eine Tüte getrocknete Erbsen - günstig abzugeben. Aber bitte nicht verzählen!
Ein realer Platten Kondensator mit konkreten Abmessungen in einem idealen Vakuum und unendlich hohen Isolationswiderstand hat natürlich eine maximal mögliche Ladung. Die läßt sich sogar berechnen.
Sebastian S. schrieb: > @HildeK: Ich hätte hier noch eine Tüte getrocknete Erbsen > - günstig abzugeben. Aber bitte nicht verzählen! Das ist nicht der Punkt. Ihr habt beide recht, auch ohne daß einer nun ein Erbsenanzahlundgrößenfetischist ist, der andere Erbsen allgemein haßt. Sebastians Beitrag #5852263 leicht variiert: > Die maximale Ladung bei einem (realen) Kondensator hängt von > einigen einfachen Faktoren ab. > > Da ist zum einen die Fläche (Platten-/Elektrodengröße). > > Als nächstes kommt das Dielektrikum, also was zwischen den Platten ist, > hinzu. > > Auch der Abstand der Platten ist maßgeblich. > > Begrenzend kommt hinzu, dass es bei höheren Spannungen zu einem > Überschlag oder Durchschlag (durch das Dielektrikum) kommen kann. > (Das Dielektrikum kann real aus diversen Materialen mit ganz > unterschiedlichen Eigenschaften bestehen, aber auch beim gezeigten > Plattenkondensator (Luft oder gar Vakuum dazwischen) ist nix ideal.) > > Ab einer gewissen Spannung treten auch mechanische Kräfte auf, die > zumindest bei Hochspannung nicht zu vernachlässigen sind. > > Und noch ein paar andere Faktoren. Alles ganz richtig, aus der Sicht. Auch mit HildeKs Post stimme ich großteils überein - ergaenzend, und ohne das "Totschlagargument" mit der theoretischen_Betrachtung ...: HildeK schrieb: >> Begrenzend kommt hinzu, dass es bei höheren Spannungen zu einem >> Überschlag oder Durchschlag (durch das Dielektrikum) kommen kann. > Nein, hier wird eine theoretische Betrachtung angeführt. Da kommt es zu > keinem Überschlag. Bzw. kann man, da nichts davon(!) festgelegt wurde, ja auch ganz einfach Material und/oder Plattenabstand anders gestalten... > Alrik W. schrieb: >> Oder würden die Abstoßenden Kräfte zwischen den Ionen die Platten des >> Kondensators zerreißen, bevor es soweit kommt? Sebastian schrieb: >> Ab einer gewissen Spannung treten auch mechanische Kräfte auf, die >> zumindest bei Hochspannung nicht zu vernachlässigen sind. Wiederum: Man kann den Aufbau (theoretisch) beliebig in der Steifigkeit verbessern - natürlich irgendwann mit miesen Ergebnissen von Aufwand zu Kapazitaet... aber bis hierhin egal. Man muß halt einfach verstaendlich festlegen, ob man dem Fragesteller nun idealisiert-vereinfachte Betrachtungsweisen, oder praktische Probleme nahelegt - aber beides ist legitim, potentiell hilfreich, etc. Also keine unnötigen Aufregungen, bitte.
Reinmund Schlichter, Anti-Streit-Beauftragter schrieb im Beitrag
#5852365:
> ohne das "Totschlagargument" mit der theoretischen_Betrachtung ...
...als solches auszudrücken. Bestehen tut es i. d. Zusammenhang schon.
Dafür gibt es ein Experiment. Beitrag "Re: Höchstmögliche Ladung eines Kondensators" Ein Kondensator im Vakuum, eine Platte negativ und eine Platte positiv genüber Masse wird die Durchschlagsspannung bestimmt. In der Mitte wird eine dünne Platte eingebracht. Der Durchschlag findet bei deutlich niedrigerer Spannung statt. Die Plattendicke zeigt auch einen Einfluss.
Das sind dann aber völlig andere Randbedingungen! Die dann mit der ursprünglichen Frage des TOs nix mehr zu tun haben.
Schubs schrieb: > Das sind dann aber völlig andere Randbedingungen! Die dann mit der > ursprünglichen Frage des TOs nix mehr zu tun haben. Heul doch!
Man kann sich relativ gut ausrechnen wieviele Elektronen geladen werden. elektrische Ladung : 1 Coulomb = 1 As physikalisch : Ladung eines Elektrons : 1.6 E-19 Coulomb bedeutet, 1 Coulomb = 1.6 E19 Elektronen Ein Kondensator speichert Ladung pro Spannungserhoehung. Die Einheit 1 Farad = 1As/V Fuer die Spannungsfestigkeit ist allerdings nicht die Spannung, sondern die Feldstaerke massgebend. Das beste Dielektrikum ist das Vakuum, in Sinne von Durchbruchfeldstaerke und Linearitaet. Allerdings sind die Anforderungen sehr hoch. Bei 0.2mBar ist noch eine sehr gute Leitfaehigkeit vorhanden. Als technische Hochspannungsisolation wird allerdings SF6 verwendet. Die Kapazitaet von Vakuumkondensatoren ist bescheiden. Die Kapazitaet eines Kondensators ist proportional zur Dielektrizitaetskonstante des Mediums. Ein Dielektrikum ist allerdings nicht linear.
Schubs schrieb: > Ein realer Platten Kondensator mit konkreten Abmessungen in einem > idealen Vakuum und unendlich hohen Isolationswiderstand hat natürlich > eine maximal mögliche Ladung. Die läßt sich sogar berechnen. Mach mal.
Naja. Das Limit wird wohl die Feldstaerke sein, bei welcher elektronen aus der Oberflaeche rausgerissen werden, die Vakuumdurchbruchsfeldstaerke. Welche aber eine Eigenschaft des Materiales, nicht des Vakuums ist.
Dampfheuler schrieb: > Naja. Das Limit wird wohl die Feldstaerke sein, bei welcher > elektronen > aus der Oberflaeche rausgerissen werden, Ja. > die Vakuumdurchbruchsfeldstaerke. Gerade erfunden? > Welche aber eine Eigenschaft des > Materiales, nicht des Vakuums ist. Ist etwas komplizierter. Fowler/Nordheim lassen grüßen.
Schubs schrieb: > Ein realer Platten Kondensator mit konkreten Abmessungen in einem > idealen Vakuum und unendlich hohen Isolationswiderstand hat natürlich > eine maximal mögliche Ladung. Die läßt sich sogar berechnen. Vielleicht. Aber ein Kondensator wird sowieso nie voll. Geladen wird nach einer e-Funktion. Und die endet in der Unendlichkeit. In der Praxis bricht man den Ladevorgang vorher ab.
Vielleicht noch eine Ergänzung aus dem Extrembereich: bei hinreichend hoher Feldstärke enstehen neue Elektron-Positron-Paare, die dann auseinander gezogen werden. Eine "maximale Ladung" gibt es also nicht, auch nicht wenn man alle Elektronen der Atome "verbraucht" hat. Was dann noch von deinem Aufbau übrig ist, sei dahingestellt. Interessant wäre auch, wie die entsprechende Kurve aussieht, das Q(U) wird dann irgendwie nichtlinear werden.
Alrik W. schrieb: > Oder würden die Abstoßenden Kräfte zwischen den Ionen die Platten des > Kondensators zerreißen, bevor es soweit kommt? Soweit kommt es nicht, sondern es werden Elektronen aus der negativen Platte herausgerissen. Die dafür erforderliche Feldstärke hängt etwas vom Material ab, aber liegt in der Größenordnung von 1MV/mm. https://de.wikipedia.org/wiki/Feldemission
michael_ schrieb: > Aber ein Kondensator wird sowieso nie voll. > Geladen wird nach einer e-Funktion. Und die endet in der Unendlichkeit. Es müsste eine Dummheitsgrenze geben, so dass man Strafe zahlt, wenn man sie überschreitet. Dann könntest du dir keinen Internetzugang mehr leisten, und das wäre gut so. Wie sich ein Kondensator auflädt, bestimmt immer noch die Physik und nicht die dümmsten Besucher des dümmsten Forums der Welt. Und die Physik sagt, dass ein Kondensator den Ladestrom aufintegriert. Bei konstantem Ladestrom steigt die Kondensatorladung und seine Spannung linear an. Nix e-Funktion. Klar kann man den Strom so steuern, dass U(t) eine e-Funktion wird, aber zu behaupten, das wäre zwingend so, ist dumm, saudumm, fast noch dümmer als der Durchschnitt aller Beiträge in diesem Forum.
HildeK schrieb: > Nein, hier wird eine theoretische Betrachtung angeführt. HildeK schrieb: > Da kommen wir wieder weg von der theoretischen Betrachtung. Konzentrier Dich und führ keinen Eiertanz auf. Die Fangfrage war - Alrik W. schrieb: > Gibt es für einen Kondensator eine höchstmögliche Ladung? Die bestimmende Größe des Kondensators ist nicht die Ladung, sondern die Kapazität = Fähigkeit, Ladung zu speichern. Theoretisch: C=Q/U Die Kapazität bestimmt das Verhältnis zwischen Ladung und Spannung. In der Theorie. In der Praxis verhalten sich Materialien nicht nach der Theorie. Besonders bei Keramik-Cs hängt die Kapazität entscheidend von der angelegten Spannung ab, wurde im Forum desöfteren diskutiert und belegt. Wenns Dich interessiert, wirst es schon finden, ansonsten trollt weiter - ich bin raus.
Und dann Knips! Du hast die Frage immer noch nicht kapiert.
Ein anderer Ansatz waere bei Nanostrukturen zu finden. Hier waere die Anzahl freier Elektronen einer einatomigen Schicht eine Grenze fuer die Ladung.
O.k? Wenn ein freies Elektronengas den Körper, suparaleitend, flutet, was dann?
>Ich habe eine Frage, zu der ich leider noch keine Antwort gefunden habe: >Gibt es für einen Kondensator eine höchstmögliche Ladung? Ja denn letzendlich ist nichts UNENDLICH...
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Schubs schrieb: > O.k? Wenn ein freies Elektronengas den Körper, suparaleitend, > flutet, > was dann? Dann gewinnst du den goldenen Aluhut!
M. E. bisher die beste Antwort, Faraday hat die Frage offensichtlich richtig verstanden: Faraday schrieb: > Sagen wir, dein Kondensator mit Kapazität 1uF enthält 1g Kupfer. > Die > Molmasse von Kupfer ist ca. 64g, 1 mol enthält 6e23 Atome. Also hast du > ca. 1e22 Atome auf deinen Kondensatorflächen. Wenn jedes Atom ein > Elektron speichert, hast du eine Ladung von 1e22 *1.6e-19 As = 1.6e3 As > gespeichert. Hat der Kondensator eine Kapazität C=1uF, ist die Spannung > U=Q/C=1.6e9 V. > > Diese Abschätzung sollte klarmachen, dass überlicherweise nur ein > gespeichertes Elektron auf einige Millionen Atome kommt, bevor ein > Überschlag stattfindet. > > Die Fragestellung ist aber interessant, und möglicherweise gibt es > tatsächlich Kondensatoren, die in die Sättigung geladen werden können. Aaaber: Was soll das mit 1g Kupfer? Faraday schreibt selber: >Also hast du ca. 1e22 Atome auf deinen Kondensatorflächen. Es ginge also nicht um die Gesamtmasse, sondern nur im die Masse der äußeren Atomschicht? Täusche ich mich, oder war das schon irgendwie eingerechnet? Oder besteht der Kondensator aus Platten mit einer Dicke von nur 1 Atomschicht? Hm... ja, wahrscheinlich. Das ergäbe wieder Sinn. Aber welche Plattengröße hätte dann und welchen Plattenabstand? (Die Antwort spielt im Sinne der Fragestellung natürlich keine Rolle.) Wie wäre es denn, wenn eines Tages ein Dielektrikum, meinetwegen mit Epsilon_r = 1, erfunden wird, dass solchen Spannungen stand hält? Es wurden auch andere merkwürdige Dinge erfunden bzw. entdeckt, wie z. B. die Supraleitung...
Jonas B. schrieb: >>Ich habe eine Frage, zu der ich leider noch keine Antwort gefunden habe: >>Gibt es für einen Kondensator eine höchstmögliche Ladung? > > Ja denn letzendlich ist nichts UNENDLICH... https://www.spruch-des-tages.org/zitate/516-zwei-dinge-sind-unendlich-das-universum-und-die-menschliche-dummheit-aber-bei-dem-universum-bin-ich-mir-noch-nicht-ganz-sicher
Nun, die Antwort ist einfach. Eine Kondensatorplatte ist leer, also nichts. Die zweite Kondensatorplatte besteht nur aus einer Lage Elektronen. Die Größe eines Elektrons ist bekannt.
Schubs schrieb: > Nun, die Antwort ist einfach. > > Eine Kondensatorplatte ist leer, also nichts. > > Die zweite Kondensatorplatte besteht nur aus einer Lage Elektronen. > > Die Größe eines Elektrons ist bekannt. Ja, so geht das in Phantasien.
Maximale Ladung: Qmax = C x Umax Umax ist die maximal zulässige Spannung am Kondensator. Ist die Spannung größer schlägt der Kondensator durch und verliert damit sein Ladung. Somit kann die Ladung nicht größer werden.
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