[Physik] Frage zu Kondensatoren

[Dennis3]

Hallo ihr Physiker unter den Selflern!

Wenn man einen Plattenkondensator hat, dann haben verschiedene Faktoren einen Einfluss auf die elektrische Speicherkapazität. Dazu gehören z.B. der Abstand der Platten, die Plattenfläche und der Isolator. Je größer die Plattenfläche, desto größer ist auch die Speicherkapazität.
Erklärt wird das dadurch, dass sie die Elektronen sich besser verteilen, nicht so "eingeengt" sind und sich daher nicht so stark gegenseitig abstoßen als wenn die Plattenfläche des Kondensators sehr klein ist.

Warum aber spielt nur die Plattenfläche eine Rolle und nicht auch die Plattentiefe, also das Volumen? Können sich Elektronen nur auf der Plattenoberfläche ansammeln? Wenn ja, warum?

Vielen Dank =)

[Tom]

Hello,

Warum aber spielt nur die Plattenfläche eine Rolle und nicht auch die Plattentiefe, also das Volumen? Können sich Elektronen nur auf der Plattenoberfläche ansammeln? Wenn ja, warum?

Man stellt sich vor, dass Elektronen und "Löcher" sich gegenseitig anziehen. Das führt dazu, dass alle freien Ladungsträger sich auf der Innenseite der Platten sammeln. Nur, wenn man hinten herum eine direkte Verbindung schafft, die dann ja einen erheblich niedrigeren Widerstand hat, können Ladungsträger abfließen.

Je dichter sich die beiden Platten aneinander befinden, desto höher wird die Kapazität, da das Feld zwischen den Platten immer stärker wird, die Anziehungskraft also auch immer stärker und somit die Schicht, in der sich die Ladungsträger tummeln, auch immer dünner wird. Es ist also "hinten" noch mehr Platz für die "zweite und dritte Reihe" und somit passen mehr Ladungsträger in den relevanten Bereich.

Aus dieser Vorstellung heraus hat man dann auch Formlen für die Berechnung des Elektrischen Feldes, die wirkenden Kräfte usw. entwickelt, die sich bis heute nachvollziehen lassen.

Liebe Grüße aus Syburg bei Dortmund

Tom vom Berg

[Dennis3]

Hi Tom

Warum aber spielt nur die Plattenfläche eine Rolle und nicht auch die Plattentiefe, also das Volumen? Können sich Elektronen nur auf der Plattenoberfläche ansammeln? Wenn ja, warum?

Man stellt sich vor, dass Elektronen und "Löcher" sich gegenseitig anziehen.

"Löcher"? Meinst du jetzt Plätze, an denen noch keine Elektronen sind?

Das führt dazu, dass alle freien Ladungsträger sich auf der Innenseite der Platten sammeln.

Ladungsträger = Elektronen?
Und was genau meinst du mit Innenseite der Platte?

Danke für deine Erklärungsversuche =)

[Mega]

"Löcher"? Meinst du jetzt Plätze, an denen noch keine Elektronen sind?

Ein eletrischer Leiter hat sog. freie Elektronen. Diese wandern dann von Atom zu Atom. Vermutlich meint er das.

Und was genau meinst du mit Innenseite der Platte?

Das dürfte die Seite der Platte sein, auf der der Isolator ist. Die andere Seite ist ja elektrisch mit eine Spannungsquelle verbunden, da sie sonst nicht aufgeladen wird. Dort wird natürlich keine Ladung gespeichert, da sie ja über die Verbindung zur Spannungsquelle abgeleitet werden.

Was die Dicke betrifft, Elektronen bewegen sich nur auf der Oberfläche der Leiter, was, wenn ich meine Ausbildung noch richtig im Kopf hab, daran liegt, dasssich die Elektronen abstossen und somit den grösstmöglichen Abstand zueinander einnehmen wollen. Und das ist die Oberfläche des Ladungsträgers.
Ist also der gleiche Effekt wie der faradaysche Käfig.

Ich hoffe, ich hab mich jetzt nicht blamiert, aber meine Ausbildung als Elektroniker ist 15 Jahre her und ich hab seit 10 Jahren fast nichts mehr in der Richtung gemacht ;)

[Texter mit x]

Und was genau meinst du mit Innenseite der Platte?

Das dürfte die Seite der Platte sein, auf der der Isolator ist. Die andere Seite ist ja elektrisch mit eine Spannungsquelle verbunden, da sie sonst nicht aufgeladen wird. Dort wird natürlich keine Ladung gespeichert, da sie ja über die Verbindung zur Spannungsquelle abgeleitet werden.

Die Rückseite sowie die Seitenflächen und der Leiter zur Spannungsquelle hat das gleiche Potential und ist damit genau so aufgeladen. Abgeleitet wird da nichts, denn die Spannungsquelle liefert das elektrische Feld welches die unterschiedliche Ladung erst auf die Platten gepumpt hat.

[Texter mit x]

Ist also der gleiche Effekt wie der faradaysche Käfig.

Beim faradayschen Käfig fließt der Strom außen, weil das am besten leitende Material außen ist. Bei einem "faradayschen Block" fließt der Strom auch innen, man kann sich aber nicht reinsetzen. :D

Mit statischer Ladung hat das ja nichts zu tun und der Skineffekt, falls Du an den dachtest, ist wieder was anderes.

[Tom]

Hello,

Warum aber spielt nur die Plattenfläche eine Rolle und nicht auch die Plattentiefe, also das Volumen? Können sich Elektronen nur auf der Plattenoberfläche ansammeln? Wenn ja, warum?

Man stellt sich vor, dass Elektronen und "Löcher" sich gegenseitig anziehen.

"Löcher"? Meinst du jetzt Plätze, an denen noch keine Elektronen sind?

Löcher sind positive Ladungsträger oder auch freie Plätze für Elektronen
Freie Elektronen sind negative Ladungsträger

Die Anzahl positiver und negativer Ladungsträger auf den beiden Kondensatorplatten ist unterschiedlich. Man sagt dann auch vereinfacht, dass sie sich auf unterscheidlichen Platten _befinden_, aber auf einer postiven Platte sind durchaus auch freie Elektronen und auf einer negativen freie Plätze. Nur die Gewichtung ist eben unterschiedlich.

Das führt dazu, dass alle freien Ladungsträger sich auf der Innenseite der Platten sammeln.

Ladungsträger = Elektronen?

Elektronen und freie Plätze, beides sind Ladungsträger.

Und was genau meinst du mit Innenseite der Platte?

auf der Innenseite der Platten, nicht auf den Innenseiten der Platten.
Gemeint ist damit, auf der Innenseite des Kondensators, also auf den einander zugewandten Seiten der Platten.

Danke für deine Erklärungsversuche =)

*ooch* bitte ;-(

Liebe Grüße aus Syburg bei Dortmund

Tom vom Berg

[ottogal]

Je dichter sich die beiden Platten aneinander befinden, desto höher wird die Kapazität, da das Feld zwischen den Platten immer stärker wird ...

Die Feldstärke ist proportional zur Ladungsdichte auf der Plattenoberfläche. Sie wird wächst daher nur dann mit kleiner werdendem Abstand, wenn die Spannungsquelle angeschlossen bleibt - es fließen dann Ladungen auf die Platte nach. Ist die Spannungsquelle abgetrennt, bleibt die Ladungsdichte und damit die Feldstärke gleich, bei Verringerung des Abstands sinkt dann die Spannung.

Gruß
ottogal

[Daniel Thoma]

Hallo Dennis3,

Warum aber spielt nur die Plattenfläche eine Rolle und nicht auch die Plattentiefe, also das Volumen? Können sich Elektronen nur auf der Plattenoberfläche ansammeln? Wenn ja, warum?

Ich rate mal:
Die (zusätzlichen) Elektronen können sich sicher auch im Material befinden und tun das wahrscheinlich auch. Um nun eine Metallplatte mit Elektronen zu "füllen" benötigt man eine gewisse Spannung. Diese Spannung ist relativ unabhängig von der Materialdicke, so lange da genügen Platz ist und wird im wesentlichen von der Abstoßungskraft der Elektronen bestimmt. Dass diese sich besonders auf der Oberfläche befinden, liegt natürlich daran, dass sie dort hin gezogen werden, sie befinden sicher aber vermutlich nicht nur da.
Wenn man nun extrem dünne Platten hat (wenige Atomlagen oder so), kann es vielleicht wirklich passieren, dass die Elektronen in der Platte nicht ausreichend "Platz" haben, und die Kapazität ab einer gewissen Spannung abfällt. Bei einem typischen Plattenkondensator sind die Platten aber so Dick, dass Ladung überspringt, bevor das nur annähernd erreicht ist.

Eine größere Platte führt hingegen dazu, dass man weniger Spannung benötigt, um die Elektronen an bzw. möglichst dicht an die Oberfläche zu bringen. Sie reduziert einfach die Abstoßungskräfte zwischen den Elektronen. Dicke reduziert diese Abstoßkräfte hingegen erst, wenn die Platte wirklich "voll" ist.

Grüße

Daniel

[bleicher]

Grüße,
statische ladungen befinden sich nur auf der oberfläche - die elektronen stoßen sich ab, und evrsuchen den maximalabstand von eiknander zu ahben - der ist erreicht , wenn sich die ladungsträger auf der oberfläche sammlen.
die ladungsträger "im" material sind für Ladung unerheblich - die gelten als "ausgeglichen".
MFG
bleicher

[Tom]

Hello,

vielleicht schaust Du Dir dann doch erst einmal http://de.wikipedia.org/wiki/Kondensator_(Elektrotechnik) an und stellst ansachließend nochmal gezielte Fragen?

Liebe Grüße aus Syburg bei Dortmund

Tom vom Berg

[Andreas Pflug]

Hallo ihr Physiker unter den Selflern!
[...]
Warum aber spielt nur die Plattenfläche eine Rolle und nicht auch die Plattentiefe, also das Volumen? Können sich Elektronen nur auf der Plattenoberfläche ansammeln? Wenn ja, warum?

Zunächst mal sind die Metall-Platten ohne angelegte
Spannung elektrisch neutral, d. h. es gibt gleich
viele Elektronen wie positive "Löcher".

Willst Du nun die Ladungen voneinander trennen, musst
Du dafür ein elektrisches Feld erzeugen. Innerhalb einer
Metall-Platte geht das aber nicht, weil sich die
Ladungen aufgrund der hohen Leitfähigkeit im Metall
sofort ausgleichen würden (Punkt 1).

Dagegen kann man ein Feld zwischen den Platten anlegen. Den
überschüssigen Ladungen bleibt nichts anderes übrig, als sich an den
Flächen anzusammeln - würden Sie sich im Metallvolumen
anreichern, gäbe es frei nach grad(E)=rho/eps sofort
wieder ein Feld im Metallvolumen und dann --> siehe Punkt 1 ;-)

MfG

Andreas

[Texter mit x]

Warum aber spielt nur die Plattenfläche eine Rolle und nicht auch die Plattentiefe, also das Volumen?

Weil die Formel nur für den idealisierten Kondensator gilt bzw. vereinfacht ist. :)