Mich beschäftigt folgende Frage:
Nach dem Kirchhoff'schen Gesetz der Maschenregel sind in einem Stromkreis an jedem Bauteil die Ströme gleich.
Nehmen wir einen Widerstand mit Kondensator und laden diesen auf. Es ist egal, ob man das Strommessgerät zwischen Widerstand und Kondensator oder Widerstand und Batterie schaltet, um den Strom zu messen.
Jetzt das Problem: Wenn man den Kondensator auflädt, bleiben ja Elektronen im Kondensator stecken, es müssten also weniger fließen.
Jetzt das Problem: Wenn man den Kondensator auflädt, bleiben ja
Elektronen im Kondensator stecken, es müssten also weniger fließen.
Bei anfangs leerem Kondensator wirkt der beim Anlegen der Spannung wie ein Kurzschluss. Es fließt in dem Netzwerk anfangs also ein Strom wie wenn der C durch eine Brücke ersetzt wurde. Den kann man kaum mit einem Multimeter messen, weil es meist zu langsam ist (hängt von den Werten ab).
Aber rechnen kann man es: C durch Brücke ersetzen.
Nach längerer Zeit (abhängig von den Werten des Cs und der anderen Bauelemente) wirkt er wie eine Unterbrechung.
Aber die Netzwerkberechungsmethoden gelten trotzdem; in Schaltungen mit C (und L) üblicherweise für den Betrieb mit Wechselspannungen und -strömen.
Denn dann wirkt der kapazitive Widerstand der praktisch wie ein ohmscher betrachtet werden kann - allerdings geht das für die Berechnung nur mit der komplexen Rechnung und auch bei einer Messung wirkt die Phasenverschiebung des Cs.
Auch wenn Cs in Schaltungen an einer DC-Spannung liegen, dann nur deshalb, um z.B. wechselnde Lasten zu puffern oder den Wechselanteil abzutrennen.
Nein, die Elektronen bleiben nicht stecken, sie fließen auf der anderen
Seite genauso raus, wie vorne rein.
Bei einem Kondensator funktioniert das nicht, weil das Dielektrikum als Isolierschicht dazwischen liegt!
Die Elektronen müssen sich schon die Mühe machen und an der Isolierwand anklopfen um "drüben" auf der anderen Seite der Mauer Bescheid zu sagen, dass der entsprechende "Zwillingsbruder" jetzt rausfließen soll.
Die Elektronen müssen sich schon die Mühe machen und an der Isolierwand
anklopfen um "drüben" auf der anderen Seite der Mauer Bescheid zu sagen,
dass der entsprechende "Zwillingsbruder" jetzt rausfließen soll.
Nein, denn der Kondensator ist mit beiden Polen an eine Spannungsquelle angeschlossen.
Also wird an dem positiven Potential der gleiche Verschiebungsstrom stattfinden wie an dem negativen Pol, nur in umgekehrter Richtung.
Nein, denn der Kondensator ist mit beiden Polen an eine Spannungsquelle
angeschlossen.
Also wird an dem positiven Potential der gleiche Verschiebungsstrom
stattfinden wie an dem negativen Pol, nur in umgekehrter Richtung.
Das klingt eingängig. Von der einen Seite fließen Elektronen in den Kondensator und von der anderen Seite fließen Löcher in den Kondensator. Da die Stromrichtung der Löcher umgekehrt ist, sieht es so aus, als wenn der Strom im Kreis in die selbe Richtung fließt.
Auf der einen Seite fließen Elektronen rein, auf der anderen Seite raus.
Auf der Seite, wo die Elektronen raus fließen, bleiben die Löcher im Kondensator zurück.
Auf der Seite, wo die Elektronen raus fließen, bleiben die Löcher im
Kondensator zurück.
Löcher haben in der Regel das starke Bedürfnis gestopft zu werden. Die Elektronen auf der Überschussseite können, wie durch eine Glasscheibe hindurch, nur lechzend auf die Seite mit den Löchern rüberglotzen und sich die weit geöffneten Löcher nur anschauen, mehr geht leider nicht.
Auch wenn der Kondensator bereits von der Spannungsquelle abgeklemmt ist, bleibt dieses Grundbedürfnis der Elektronen auf beiden Seiten weiterhin erhalten.
Auch wenn der Kondensator bereits von der Spannungsquelle abgeklemmt
ist, bleibt dieses Grundbedürfnis der Elektronen auf beiden Seiten
weiterhin erhalten.
Das ist richtig. Und wenn man den Kondensator kurzschließt, erkennen die Elektronen wie durch ein Wunder, dass sie Löcher erreichen können. Sie nehmen dann einen geographischen Umweg in Kauf, um ihr Ziel zu erreichen.
Grummler schrieb:
Löcher?! In metallischen Leitern?
Ein guter Einwand: Die Löcherleitung wird ja eher positiv dotierten Halbleitern zugeschrieben:
Die Elektronen müssen sich schon die Mühe machen und an der Isolierwand
anklopfen um "drüben" auf der anderen Seite der Mauer Bescheid zu sagen,
dass der entsprechende "Zwillingsbruder" jetzt rausfließen soll.
Nein, denn der Kondensator ist mit beiden Polen an eine Spannungsquelle
angeschlossen.
Also wird an dem positiven Potential der gleiche Verschiebungsstrom
stattfinden wie an dem negativen Pol, nur in umgekehrter Richtung.
Im Isolator baut sich ein elektrisches Feld auf. James Clerk Maxwell hat erkannt, dass ein sich zeitlich änderndes elektrisches Feld sich wie ein durch Ladungsträger vermittelter Strom verhält, u.a. auch ein Magnetfeld erzeugt. Der Strom fließt also durch den Kondensator hindurch.
Der Strom fließt also durch den Kondensator hindurch.
Für den außenstehenden Betrachter mag das tatsächlich so aussehen, aber wenn man den reinfließenden Elektronen eine Nummer oder eine Tafel Schokolade in die Hand gibt, wird man feststellen, dass die rausfließenden Elektronen keine Tafel Schokolade mehr in der Hand haben.
Nein, die Elektronen bleiben nicht stecken, sie fließen auf der
anderen
Seite genauso raus, wie vorne rein. Herr Kirchhoff hatte Recht!
Also von außen betrachtet sieht es so aus, jedoch ist es so wie manche hier schreiben: Die Elektronen bleiben "stecken".
Bei Metall ist die Elektronendichte so hoch, dass man es nicht "merkt", dass eine Seite auf der Oberfläche einen zunehmenden Elektronenüberschuss besitzt und die Elektronen auf der anderen Seite auf der Oberfläche fehlen. In anderen Materialien, z.B. dotierte Halbleiter, sind "so wenige" freie Elektronen (oder elektronen-Plätze) vorhanden, dass die Materialien sich tatsächlich geometrisch messbar entlang vieler µm entladen ("Raumladungszone") und die Kapazität drastisch zusammenbricht.
Ich würde fast tippen, dass man den Effekt vmtl. auch metallisch mit einer CVD 1-Atomlagenschicht messen könnte - das würde mich jetzt wirklich interessieren, ob man da einen Plattenkondensator "leersaugen" kann und die Kapazität ab einer "Sättigungsspannung" zusammenbricht (?). Letztendlich bräuchte man ein Dielektrikum, welches eine höhere Feldstärke aushält, als die Feldstärke durch die 1-Lagen Metallschicht wieder abgebaut werden kann.
Zurück zum realen Kondensator: In einem Kondensator wechseln die Elektronen nur marginal parasitär die Seiten - durch nicht-ideale Leitwiderstände, durch Ionenfluss, selbst im absoluten Vakuum durch thermische Elektronen oder Tunneleffekt - bestimmt noch durch weitere bekannte Effekte. Hat aber nichts mit dem kapazitiven Umladen zu tun.
Natürlich sind es die gleichen Elektronen die auf der anderen Seite wieder rauskommen, aber es sind nicht dieselben! Das ist der Unterschied.
Die werden ja nicht mühsam durch das Dielektrikum durchgepresst. Dann könnte man ja gleich den Kondensator durch ein Stück Draht ersetzen. Das ist einfacher und preiswerter.
Nein, du hast es nicht verstanden. Wenn du deinen logischen Menschenverstand einschaltest, dann merkst du plötzlich, dass das Dielektrikum bei deinem Beispiel keinen Sinn mehr ergibt.
...In einem Kondensator wechseln die
Elektronen nur marginal parasitär die Seiten - durch nicht-ideale
Leitwiderstände, durch Ionenfluss, selbst im absoluten Vakuum durch
thermische Elektronen oder Tunneleffekt...
Gedankenexperiment:
Wenn der gesamte Stromkreis inklusive der Quelle nur aus
Elektrolytbrühen bestände, mit einer wie ein Plattenkonsator
geformten Trennstelle mit "Nichts" (Vakuum) dazwischen?
Dann wären gar keine Elektronen vorhanden, nur Ionen, die ja
viel 'grösser' sind.
Solch ein "Kondensator" hätte immer noch (näherungsweise, weil das Feld
nicht überall homogen ist) die Kapazität eines Plattenkondensators,
also reziprok zum Plattenabstand.
Den Tunneleffekt gibt's aber nur bei sehr 'kleinem' Abstand und wird
mit diesem exponentiell schwächer.
Ich würde fast tippen, dass man den Effekt vmtl. auch metallisch mit
einer CVD 1-Atomlagenschicht messen könnte - das würde mich jetzt
wirklich interessieren, ob man da einen Plattenkondensator "leersaugen"
kann und die Kapazität ab einer "Sättigungsspannung" zusammenbricht (?).
Ich würde fast tippen, dass man den Effekt vmtl. auch metallisch mit
einer CVD 1-Atomlagenschicht messen könnte - das würde mich jetzt
wirklich interessieren, ob man da einen Plattenkondensator "leersaugen"
kann und die Kapazität ab einer "Sättigungsspannung" zusammenbricht (?).
Wenn man einen Plattenkondensator kurz schließt, entlädt er sich und die Ladungen sind auf beiden Seiten ausgeglichen.
Wenn man die Spannung am Kondensator erhöht, werden es auf der negativen Seite immer mehr Elektronen, die sich gegenseitig abstoßen und zur anderen Seite wollen, auf der weniger Elektronen sind. Wenn man die Spannung genügend erhöht, wird die Feldstärke so groß, dass der Kondensator durchschlägt.
Jetzt das Problem: Wenn man den Kondensator auflädt, bleiben ja
Elektronen im Kondensator stecken, es müssten also weniger fließen.
Daruas würde folgen, dass mehr Strom in das RC Glied reinfließt als rausfließt. Das ist falsch. Tatsächlich fließt genauso viel Strom rein wie raus. Im Kondensator selber werden durch zufließende Elektronen auf der einen Seite genauso viele Elektronen auf der anderen Seite verdrängt.
Könnte man alle Valenzelektronen aus dem Metall mit einem genügend
starken Fled heraus ziehen?
Klar, aber es wird dir schwer fallen das entstandene Plasma in Form zu
halten.
Richtig, das Metall würde schlagartig explodieren, da die durch die Valenzelektronen vermittelten Gitterbindungskräfte fehlen und die positiven Ionen sich gegenseitig abstoßen.
