Test:Getb:Die Bauelemente Kondensator und Spule: Unterschied zwischen den Versionen
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In der Praxis ist ein idealer Sprung des Stroms nicht zu erreichen, da dazu eine unendlich hohe Spannung – und somit eine unendlich hohe Leistung – erforderlich wäre. Trotzdem würde sich der Spulenstrom <math>i_L</math> in einer sehr kurzen Zeit sehr stark ändern. Anhand der Zweipolgleichung ist dann ersichtlich, dass die Spannung <math>u_L</math> sehr groß wird, und die Bauteile zerstören kann. | In der Praxis ist ein idealer Sprung des Stroms nicht zu erreichen, da dazu eine unendlich hohe Spannung – und somit eine unendlich hohe Leistung – erforderlich wäre. Trotzdem würde sich der Spulenstrom <math>i_L</math> in einer sehr kurzen Zeit sehr stark ändern. Anhand der Zweipolgleichung ist dann ersichtlich, dass die Spannung <math>u_L</math> sehr groß wird, und die Bauteile zerstören kann. | ||
Aus diesen Gründen ist der Fall "<span style="color:red">verboten</span>"! | Aus diesen Gründen ist der Fall "<span style="color:red">verboten</span>"! | ||
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+ | |Spezialfall <math> U_0 = 0 </math>: <br /> | ||
+ | Abruptes Kurzschließen ("<span style="color:red">verboten</span>") <br /> | ||
+ | Das Schließen des Schalters führt zu einem Kurzschluss am Kondensator. Wenn der Kondensator vorher geladen war, also <math>u_C \neq 0 </math> galt, wird die Spannung durch den Kurzschluss sprunghaft auf 0 abfallen. Die sprunghafte Änderung der Kondensatorspannung ist unzulässig, da dadurch ein sehr hoher Strom fließen würde. | ||
+ | Ein geladener Kondensator darf also nicht <span style="color:red">kurzgeschlossen werden</span>. | ||
+ | Genaugenommen ist dies ein Spezialfall von „Anlegen einer konstanten Spannung <math> U_0 \neq u_C " mit <math>U_0=0</math>. Dortige Erläuterungen gelten also auch hier. | ||
+ | |Spezialfall <math> I_0 = 0 </math>: <br /> | ||
+ | Abruptes Abschalten ("<span style="color:red">verboten</span>") <br /> | ||
+ | Das Öffnen des Schalters unterbricht den Stromkreis. Wenn in der Spule vorher eine innere Energie speichert war, also <math>i_L \neq 0</math> galt, wird durch die Unterbrechung der Strom sprunghaft auf 0 gesetzt. Die sprunghafte Änderung des Spulenstroms ist unzulässig, da dadurch eine betragsmäßig sehr hohe Spannung <math>u_L</math> an der Spule induziert wird, die eine potenzielle Zerstörung der Bauteile zur Folge hat. | ||
+ | Bei einer Spule, in der Energie gespeichert ist, darf der <span style="color:red">Stromkreis nicht unterbrochen werden</span>. <br /> | ||
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+ | Anmerkung: Mit der Schaltung aus dem Fall „konstante Spannung“ ist es problemlos möglich, Energie in der Spule zu speichern. Ein kontrolliertes Absenken des Stroms ist in der Schaltung aber nicht vorgesehen, denn der Schalter darf nach der Betätigung nicht wieder geöffnet werden. | ||
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Version vom 7. Juni 2016, 21:09 Uhr
In der Elektrotechnik wird zwischen drei fundamentalen passiven Bauelementen unterschieden: Widerstand, Kondensator und Spule. Da der Widerstand keine Energie speichert, ist er sehr einfach zu verstehen. Die Eigenschaften von Kondensator und Spule sind etwas komplexer. Durch einige Analogien zwischen beiden Elementen kann das Verständnis allerdings erleichtert werden.
Eigenschaften des Kondensators und der Spule
Bauteilbezeichnung: | Kondensator | Spule |
---|---|---|
Eigenschaft | Kapazität | Induktivität |
Einheit | Farad (![]() |
Henry (![]() |
Bauteilgleichung | ![]() |
![]() |
Innere ("gespeicherte") Energie | ![]() |
![]() |
Leistung | ![]() |
![]() |
Art der Energiespeicherung | Ladung (proportional zur Spannung) | Magnetisches Feld (proportional zum Strom) |
Impedanz / Komplexer Widerstand | ![]() |
![]() |
Frequenzverhalten Impedanz | Hohe Impedanz bei niedrigen Frequenzen Niedrige Impedanz bei hohen Frequenzen |
Niedrige Impedanz bei niedrigen Frequenzen Hohe Impedanzen bei hohen Frequenzen |
Verhalten der beiden Bauteile
Um das Verständnis des Kondensators (kapazitives Verhalten) und der Spule (induktives Verhalten) zu schulen, werden im Folgenden einige Fälle mit konstanten Strömen und Spannungen betrachtet. Insbesondere werden auch „verbotene“ Fälle betrachtet, die mathematisch nicht möglich sind bzw. in der Praxis zu einer Beschädigung der Schaltung führen würden.
Kondensator | Spule |
---|---|
Konstanter Strom: Zu Beginn sei der Kondensator nicht geladen ( Ab dem Zeitpunkt |
Konstante Spannung: Zu Beginn sei keine innere Energie in der Spule gespeichert ( Ab dem Zeitpunkt |
Anlegen einer konstanten Spannung ![]() Sollte der Kondensator mit einer Spannung |
Konstanter Stromfluss ![]() Sollte durch die Spule ein Strom |
Spezialfall ![]() Abruptes Kurzschließen ("verboten") |
Spezialfall ![]() Abruptes Abschalten ("verboten") Anmerkung: Mit der Schaltung aus dem Fall „konstante Spannung“ ist es problemlos möglich, Energie in der Spule zu speichern. Ein kontrolliertes Absenken des Stroms ist in der Schaltung aber nicht vorgesehen, denn der Schalter darf nach der Betätigung nicht wieder geöffnet werden. |