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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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 Pfirsichmensch Verfasst am: 25. Jul 2015 22:32 Titel: Frage zu den Einheiten Farad und Henry |
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Guten Abend 
Unter der Einheit Henry kann ich mir sehr gut was vorstellen.
Die Einheit Farad bereitet mir noch paar Probleme.
1 Henry liegt dann vor, wenn 1 Volt 1 sekundelang anliegt, sodass sich ein Strom von 1 Ampere einstellt.
Oder anders betrachtet:
1 Henry ist dann gegeben, wenn sich an den Klemmen 1 Volt bei einer sekündlichen Änderung des Stromes einstellt.
Das kann ich mir alles durch die Lenzsche Regel erklären, wieso der Strom nacheilt.
Nun zum Farad:
1 Volt stellt sich erst dann ein, wenn ein Ampere eine Sekunde lang fließt.
Andere Betrachtung:
1 Farad liegt dann vor, wenn sich ein Strom von 1 Ampere bei einer sekündlichen Änderung der Spannung einstellt.
Diese Betrachtung ist natürlich auf das "dynamische Verhalten" bezogen. Das die Einheit Farad für das Speichervermögen eines Kondensators steht ist mir schon bewusst, aber für die obige Interpretation finde ich keine physikalische Erklärung. Wieso eilt bei einer Kapazität der Strom der Spannung voraus? Komischerweise finde ich dazu nichts in Lehrbüchern ...
Vielen Dank im Voraus!
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svloga
Anmeldungsdatum: 25.05.2013
Beiträge: 71
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| svloga Verfasst am: 25. Jul 2015 23:19 Titel: Re: Frage zu den Einheiten Farad und Henry |
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| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: |
Wieso eilt bei einer Kapazität der Strom der Spannung voraus? |
Im Einschaltmoment wirkt der Kondensator wie ein Kurzschluss, da ein enorm hoher Strom fließt, während die anliegende Spannung noch sehr gering ist. Durch den Stromfluss beginn sich der Kondensator aufzuladen, dabei steigt auch die abfallende Spannung. Ist der Kondensator aufgeladen ("100%"), fließt kein Strom mehr und die Spannung ist maximal. Der Strom eilt also der Spannung voraus (bzw. andersherum).
Unter dem Stichwort Phasenverschiebung solltest du noch weitere Informationen finden, denke da helfen v.a. auch Bilder, die den Strom und die Spannung zeigen.
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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| Pfirsichmensch Verfasst am: 25. Jul 2015 23:24 Titel: |
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Hallo svloga,
danke für deine Antwort. Die schaltungstechnische Betrachtung ist mir bewusst, die physikalische allerdings nicht. Da liegt mein Verständnisproblem.
Ich kann mir den Blindwiderstand einer Induktivität anschaulich erklären, den Blindwiderstand einer Kapazität allerdings nicht, da ich den physikalischen Grund für dieses Verhalten nicht kenne.
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PhyMaLehrer
Anmeldungsdatum: 17.10.2010
Beiträge: 1085
Wohnort: Leipzig
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| PhyMaLehrer Verfasst am: 26. Jul 2015 11:59 Titel: |
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Der Kondensator speichert doch Ladungen. Die Einheit der Ladungsmenge ist 1 C = 1 As. (Wenn ein Strom von 1 A eine Sekunde lang fließt, wird durch einen Querschnitt des Leiters eine Ladungsmenge von 1 As transportiert.)
Wenn der Kondensator auf eine bestiimte Spannung aufgeladen wird, dann wird in ihm eine bestimmte Laungsmenge gespeichert.
Wenn ein Kondensator der Kapazität 1 F = 1 As/V auf 1 V aufgeladen wird, so speichert er dabei eine Ladung von 1 As, bei einer Aufladung auf 2 V eben 2 As usw. Er speichert 1 As je Volt Ladespannung, also 1 As/V !
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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| Pfirsichmensch Verfasst am: 26. Jul 2015 15:03 Titel: |
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Danke für die Antwort aber die schaltungstechnische Betrachtung und die mit den Einheiten ist mir klar, die physikalische Betrachtung aber nicht.
Der Aufladevorgang eines Kondensators muss doch irgendwie durch die Änderung des elektrostatischen Feldes erklärt werden können, wie bei der Spule durch die Änderung des Induktionsflusses, wobei infolge der Änderung der eigenen magnetischen Flussdichte die Spule eine Gegenspannung induziert.
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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| Pfirsichmensch Verfasst am: 27. Jul 2015 12:50 Titel: |
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Ich glaube ich hab es jetzt verstanden:
Wenn ich an einen RC-Kreis zum Zeitpunkt t gleich 0 eine Sprungfunktion (Gleichspannung) anlege, dann bekommt die eine Elektrode einen Spannungspuls. Das Potential, dass sich dann an der einen Elektrode eingestellt hat aufgrund des Spannungspulses, wird auch auf der Gegenseite erscheinen, da die Ladungsträger Kräfte aufeinander ausüben. Beide Elektroden liegen somit auf dem gleichen Potential, sodass der Kondensator bei der Stromspitze einen Kurzschluss darstellt.
Hoffe das war richtig 
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 27. Jul 2015 13:36 Titel: |
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| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: | | Wenn ich an einen RC-Kreis zum Zeitpunkt t gleich 0 eine Sprungfunktion (Gleichspannung) anlege, dann bekommt die eine Elektrode einen Spannungspuls. |
Das ist nicht richtig und würde nur stimmen, wenn es sich um einen idealen Kondensator handelte, der mit widerstandslosen Leitungen an eine ideale Spannungsquelle angeschlossen wird. Dann erhältst Du beim Anlegen der Gleichspannung einen infinitesimal kurzen unendlich hohen Stromstoß, und die Kondensatorspannung springt spontan von Null auf den Wert der Quellenspannung. Ob Dir das allerdings eine Hilfe beim "physikalischen Verständnis der Einheit Farad" ist, wage ich zu bezweifeln.
In der Realität wird der Anfangsstrom trotz "Kurzschlusses" des Kondensators durch den Innenwiderstand der Spannugsquelle und den unvermeidlichen Leitungswiderstand auf einen endlichen Wert begrenzt. Der Potentialunterschied (Spannung) zwischen den Elektroden ist Null (ist ja Kurzschluss). Stromfluss bedeutet Ladungstransport. Es werden also zunächst sehr viele Ladungen auf die Kondensatorplatten transportiert, die dort ja nicht weiterkönnen. Deshalb baut sich eine Spannung am Kondensator auf, die laut Maschensatz die Spannung über den Zuleitungs- und Quellenwiderständen reduziert, so dass laut ohmschem Gesetz der Stromfluss immer geringer wird. Er ist Null, sobald die Spannung am Kondensator gleich der Quellenspannung ist.
Aber auch dieser Vorgang, der Dir sicherlich bekannt ist, dürfte Dir bei dem von Dir nachgefragten "physikalischen Verständnis" kaum helfen. Dafür ist der von PhyMaLehrer angegebene Anschluss des Kondensators an eine (ideale) Stromquelle deutlich besser geeignet: Liefert die Stromquelle 1 Sekunde lang einen Strom von 1A, dann ist die Ladung auf den Kondensatorplatten 1As und die Spannung hat einen Wert, der von der Kapazität (=Ladungsspeicherungsvermögen) des Kondensators abhängt. Wenn die Spannung dabei den Wert von 1V erreicht hat, dann ist das Ladungsspeicherungsvermögen (=Kapazität) gerade 1F (=1As/1V).
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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| Pfirsichmensch Verfasst am: 27. Jul 2015 14:05 Titel: |
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Danke für deine ausführliche Antwort GvC,
vielleicht hab ich deine Aussage falsch verstanden. Ich habe nämlich gerade meine Vermutung durch Schaltungssimulation bestätigen können (Bild)
Im Schaltbild hab ich die Punkte an denen die Spannungen simuliert wurden mit Wire1 und Wire2 bezeichnet. Bei Wire1 erkennt man den Sprung der Spannungsquelle und an Wire2 ebenfalls den Sprung nach oben, nachdem der Schalter nach t gleich 0.5 Mikrosekunden umgelegt wurde.
Das meinte ich ja auch, die Potentiale an den Elektroden sind gleich, daher beträgt die Spannung am Kondensator 0 Volt.
PS: Mir fällt jetzt gerade erst auf, dass ich diesen Thread wegen eines ganz anderen Problems eröffnet hatte. Ich habe mich den ganzen Mittag damit beschäftigt und total verpeilt, dass ich hier eine ganz andere Frage klären wollte. Sorry ! 
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 27. Jul 2015 14:13 Titel: |
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| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: | | vielleicht hab ich deine Aussage falsch verstanden. Ich habe nämlich gerade meine Vermutung durch Schaltungssimulation bestätigen können (Bild) |
Ja, natürlich. War mein Fehler. Ich habe deine Aussage nicht richtig zuende gelesen.
Viel wichtiger ist jedoch, ob Du Deine Schwierigkeiten beim Verständnis der Einheit für die Kapazität beseitigen konntest.
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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| Pfirsichmensch Verfasst am: 27. Jul 2015 14:20 Titel: |
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Hallo GvC,
nein, leider noch nicht.
Ich versuche mir die Einheit Farad wie Henry zu erklären. Bei der Einheit Henry kann man alles sehr verständnisvoll über die Lentzsche Regel erklären.
Beim Kondensator allerdings wehrt sich der Kondensator doch ähnlich wie die Induktivität gegen die Änderung des elektrostatischen Feldes, das ist ja der Blindwiderstand im Komplexen.
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 27. Jul 2015 14:32 Titel: |
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Bislang warst Du von Gleichspannung bzw. Gleichstrom ausgegangen. Warum jetzt plotzlich Wechselgrößen, wie Dein Hinweis auf die komplexe Rechnung suggeriert?
In Deinem Eröffnungspost hast Du letztlich die Frage gestellt
| Pfirsichmensch hat Folgendes geschrieben: | | Wieso eilt bei einer Kapazität der Strom der Spannung voraus? |
Und die Antwort hast Du Dir selber schon gegeben. Beim Anschluss an eine Spannungs- oder Stromquelle, fließt sofort ein Strom, während sich die Spannung erst langsam aufbaut.
Der Kondensator "wehrt" sich sozusagen gegen eine Spannungsänderung, so wie sich die Spule gegen eine Stromänderung wehrt.
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Pfirsichmensch
Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284
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| Pfirsichmensch Verfasst am: 27. Jul 2015 14:39 Titel: |
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Stimmt ... ich hab das alles aus einem ganz andern Blickwinkel betrachtet.
Vielen Dank GvC!
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