Farad – Einheit der Kapazität

Farad – Die Einheit der Kapazität

Die Kapazität ist definiert als die Fähigkeit, elektrische Ladung zu speichern, und wird durch den Großbuchstaben C symbolisiert. Jedes Paar von Leitern, die durch einen Isolator (oder ein Vakuum) voneinander getrennt sind, bildet einen Kondensator. Allgemein anerkannt sind zwei eng verwandte Begriffe der Kapazität: Selbstkapazität und gegenseitige Kapazität.

Farad – Die Maßeinheit der Kapazität

Die SI-Einheit der Kapazität ist das Coulomb pro Volt. Diese Einheit tritt so häufig auf, dass sie einen speziellen Namen erhält, das Farad (F). Es gilt: 1 Farad = 1 F = 1 Coulomb pro Volt = 1 C/V. Wie man sehen wird, ist das Farad eine sehr große Einheit. Untereinheiten des Farads, wie das Mikrofarad und das Pikofarad, sind in der Praxis bequemere Einheiten.

Beispiel für Kapazität

Beispielsweise wird die Kapazität von flachen, parallelen metallischen Platten mit der Fläche A und dem Abstand d durch die folgende Formel angegeben:

Die Permittivität wird oft durch die relative Permittivität ε_r oder κ dargestellt, das ist das Verhältnis der absoluten Permittivität ε zu der Permittivität des Vakuums ε₀. Es gilt: ε_r = κ = ε/ε₀.

Ein Farad

Ein Farad Kapazität ist eine relativ große Einheit der Kapazität und wird in den meisten elektronischen Schaltungen nicht häufig gefunden. Ein Kondensator mit einer Kapazität von einem Farad kann eine Ladung von einem Coulomb (C) pro Volt Potentialdifferenz zwischen seinen Platten speichern.

Um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie groß ein Farad ist, betrachten Sie die folgenden Beispiele:

• Ein typischer kleiner Keramikkondensator in der Elektronik könnte eine Kapazität von etwa 0,1 Mikrofaraden (µF) haben, das ist ein Zehnmillionstel eines Farads.
• Ein typischer Elektrolytkondensator in Stromversorgungsschaltungen könnte eine Kapazität von einigen hundert oder tausend Mikrofaraden (µF) haben, was immer noch viele Größenordnungen kleiner als ein Farad ist.
• Ein Superkondensator oder Ultrakondensator, eine Art Hochkapazitätskondensator, der in einigen Energiespeicheranwendungen verwendet wird, könnte eine Kapazität von mehreren Farads oder sogar Zehner Farads haben.

Zusammenfassend ist ein Farad eine relativ große Einheit der Kapazität, und Kondensatoren mit Kapazitäten im Farad-Bereich werden typischerweise nur in spezialisierten Anwendungen verwendet. Die meisten elektronischen Schaltungen verwenden Kondensatoren mit Kapazitäten im Mikrofarad- oder Pikofarad-Bereich.

Beispiel eines Kondensators

Angenommen, wir haben einen Kondensator mit den folgenden Spezifikationen:

• Kapazität (C): 100 Mikrofarad (µF)
• Spannung (V): 50 Volt (V)
• Abstand (d): 0,5 Millimeter (mm)
• Fläche (A): 10 Quadratzentimeter (cm²)

Dies bedeutet, dass der Kondensator bis zu 100 Mikrocoulomb (µC) Ladung pro Volt Potentialdifferenz zwischen seinen Platten speichern kann. Die maximale Spannung, die der Kondensator aushalten kann, ohne durchzubrennen, beträgt 50 Volt. Der Abstand zwischen den Platten beträgt 0,5 Millimeter, was bedeutet, dass die Kapazität des Kondensators umgekehrt proportional zu diesem Abstand ist – je näher die Platten beieinander sind, desto größer ist die Kapazität. Schließlich bedeutet die Fläche jeder Platte, dass die Kapazität des Kondensators direkt proportional zu dieser Fläche ist – je größer die Fläche, desto größer ist die Kapazität.

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