Kondensatoren und Induktoren
Eigentlich hätte man diesen Abschnitt auch Ladung, Kapazität und Elektromagnetismus nennen können, aber weil es ein Grundkurs ist, nehmen wir diese freche Abkürzung, außerdem wird es sonst zu Mathematik-lastig und wer will das schon?! Also kurz und schmerzhaft: Was passiert eigentlich, wenn man elektrische Energie speichern will? Ganz einfach, dafür gibt es Batterien, Akkumulatoren, Spulen und Kondensatoren. Klar, alle davon erfüllen verschiedene Zwecke im Gebrauch, aber dennoch haben alle eins gemeinsam: Alle funktionieren mit elektrischem Strom und die meisten davon mit Ladung.
Die abgeleitete Einheit der elektrischen Ladung ist das „Coulomb“ mit dem Formelzeichen „C“. Nicht abgeleitet hätte die Ladung das Symbol „Q“. Ein Coloumb ist die elektrische Ladung, die durch einen Leiter fließt, wenn der Strom 1 Ampere hat und für 1 Sekunde geschaltet wird. Man könnte deswegen auch sagen: 1 Coloumb = 1 Amperesekunde. Gut, dass Batterien und Akkumulatoren Ladung speichern ist uns klar, aber in Bezug auf Hardware und den PC interessieren wir uns vor allem für Kondensatoren und Spulen.
Der Einheit für die Kapazität eines Kondensators ist das Farad „F“. Aber wie funktioniert er? Kondensator ist ein Kofferwort aus Kondensmilch und Terminator. Ein Kondensator enthält zwei Leiterplatten, die durch ein isolierendes Trennmaterial (Dielektrikum) voneinander getrennt sind. Er speichert seine elektrischen Ladungen in einem elektrischen Feld und stabilisiert damit die elektrische Spannung,
Wenn ein Kondensator nicht geladen ist, verteilen sich die positiven und negativen Ladungsträger gleichmäßig auf beide Leiterplatten. Wird der Kondensator geladen, also an Strom und Spannung angeschlossen, richten sich die Ladungsträger gemäß ihres Potentials auf jeweils eine Leiterplatte aus. Dabei wird ein elektrisches Feld erzeugt, das die Ladungsenergie speichert, die durch den Ladevorgang des Kondensators verabreicht wurde. Kondensatoren werden als Filterelemente für Spannungen und als sogenannte Entkopplungskondensatoren verwendet, um Spannungs-schwankungen auszugleichen.
Hirn-Download: Kondensatoren speichern Energie in Form eines elektrischen Feldes und stabilisieren Spannungen.
Okay gut, wir können jetzt Spannungen stabilisieren, aber was ist mit Strom? Was passiert, wenn die CPU einen Lastwechsel hat und von Leerlauf auf Gaming-Betrieb umschaltet? Dafür gibt es Spulen. Sie machen eigentlich fast das gleiche wie Kondensatoren, nur mit Strom und nicht mit Spannung. Eine Spule ist eine Drahtwicklung, die beispielsweise einen Magneten im Inneren hat. Fließt Strom durch die Wicklung, wird ein Magnetfeld aufgebaut (induziert), welches gleichzeitig auch die Energie speichert. Wenn die Spule gesättigt ist, wird das Magnetfeld nicht mehr stärker. Die Einheit für die Induktivität ist das „Henry“ und der Formelbuchstabe „L“.
Das Bild zeigt einen Permanentmagneten mit Nord- und Südpol (Rot und Blau). Dieser ist mit einem Leiter umwickelt (Orange) und mit (Grün) werden die Magnetischen Linien angezeigt. Legen wir einen elektrischen Strom mit einer Spannung an die Anschlüsse der Drahtwicklung, so baut sich um den Permanentmagneten ein Magnetfeld auf. Fun-Fact: Man könnte auch einfach den Magneten durch die Spule bewegen, so würde man einen Wechselstrom auf der Leiterwicklung induzieren. Ein wichtiger Fakt betreffend der Spule ist außerdem, dass sie beim Verbrauch des Magnetfeldes eine Gegenspannung induziert, welche der Versorgungsspannung entgegen fließt.
Hirn-Download: Spulen speichern Energie in Form eines Magnetfeldes und induzieren eine Gegenspannung, man verwendet sie zum Filtern und Stabilisieren des Stroms.
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