Startseite → Größen → Kapazität (C)
Auf dieser Seite
Einheit
Farad (F)
Einfach erklärt
Die Kapazität (C) beschreibt, wie viel elektrische Ladung ein Kondensator bei einer bestimmten Spannung speichern kann – wie ein Ballon, der bei gleichem "Druck" (Spannung) je nach Größe unterschiedlich viel Luft (Ladung) aufnimmt: Q=C·U. Die Einheit ist Farad (F), wobei 1 Farad bereits ein enormer Wert ist – reale Bauteile liegen meist im Bereich Pikofarad (pF, Keramikkondensatoren in HF-Schaltungen) bis Mikrofarad (µF, Filterkondensatoren), Superkondensatoren erreichen einige hundert bis tausend Farad.
Merksatz: Große Kapazität bedeutet, dass viel Ladung nötig ist, um die Spannung überhaupt zu ändern – deshalb glätten große Kondensatoren Spannungsschwankungen und wirken bei Wechselstrom mit sinkender Frequenz zunehmend "sperrend" (X_C steigt).
Fortgeschrittene Erklärung
Geometrisch lässt sich die Kapazität eines Plattenkondensators direkt herleiten: C=ε₀·εᵣ·A/d, mit der Plattenfläche A, dem Plattenabstand d und der Dielektrizitätszahl εᵣ des Materials zwischen den Platten. Größere Fläche oder geringerer Abstand erhöhen C, ein Dielektrikum mit hohem εᵣ (z. B. Keramik mit εᵣ von mehreren hundert bis tausend) ermöglicht kompakte Bauformen mit hoher Kapazität.
Reale Kondensatoren weichen vom Idealmodell durch mehrere Effekte ab: einen Serienersatzwiderstand (ESR), der bei hohen Frequenzen und Strömen Verluste und Erwärmung verursacht, eine parasitäre Serieninduktivität (ESL) der Anschlüsse, die oberhalb der Eigenresonanzfrequenz das kapazitive Verhalten in ein induktives umschlagen lässt, sowie einen Leckstrom durch das Dielektrikum. Bei Keramikkondensatoren der Klasse 2 (X7R, Y5V) sinkt die tatsächliche Kapazität außerdem mit anliegender Gleichspannung (DC-Bias-Effekt) und mit steigender Temperatur teils erheblich gegenüber dem Nennwert.
Die Spannungsfestigkeit ist eine kritische Grenze: Überschreitet die Spannung die Durchbruchfeldstärke des Dielektrikums, kommt es zum elektrischen Durchschlag und zur Zerstörung des Bauteils – die Nennspannung eines Kondensators darf daher nie überschritten werden, auch nicht kurzzeitig durch Spannungsspitzen.
Gemessen wird die Kapazität mit einem LCR-Meter bei definierter Prüffrequenz (und bei Elektrolytkondensatoren häufig zusätzlich mit definierter Vorspannung), da C je nach Bauteiltyp frequenz- und spannungsabhängig sein kann – ein Multimeter mit einfacher Kapazitätsmessfunktion liefert meist nur einen Näherungswert bei einer festen internen Testfrequenz.
Fachlicher Hinweis: Der Nennwert auf dem Bauteil gilt nur unter den Herstellerbedingungen (Frequenz, Temperatur, Gleichspannungs-Bias) – im realen Einsatz kann die effektive Kapazität davon spürbar abweichen.
Wichtige Formeln und Zusammenhänge
Q Ladung in Coulomb (C), C Kapazität in Farad (F), U Spannung in Volt (V), ε₀ elektrische Feldkonstante (8,854·10⁻¹² F/m), εᵣ relative Permittivität des Dielektrikums, A Plattenfläche in m², d Plattenabstand in m, E gespeicherte Energie in Joule (J). Zusätzlich gilt für den Blindwiderstand X_C=1/(ω·C).
Beispiel und Vorgehensweise
Ein Elektrolytkondensator mit C=470 µF wird auf U=12 V aufgeladen. Gesucht sind gespeicherte Ladung und Energie.
- Werte notieren: C=470 µF=4,7·10⁻⁴F, U=12V.
- Ladung berechnen: Q=C·U=4,7·10⁻⁴F·12V=5,64·10⁻³C=5,64mC.
- Energie berechnen: E=½·C·U²=0,5·4,7·10⁻⁴F·(12V)²=0,5·4,7·10⁻⁴·144≈0,0338J≈33,8mJ.
- Kontrolle: Da E quadratisch von U abhängt, würde eine Verdopplung auf U=24V die Energie vervierfachen (E≈135,4mJ).
Für einen Luft-Plattenkondensator mit A=100 cm²=0,01 m² und d=1 mm=0,001 m ohne Dielektrikum (εᵣ=1) ergibt sich C=ε₀·A/d=8,854·10⁻¹²·0,01/0,001=8,854·10⁻¹¹F≈88,5pF. Wird stattdessen ein Keramik-Dielektrikum mit εᵣ=4 eingebracht, steigt die Kapazität auf das Vierfache: C=4·88,5pF≈354pF – ein Beleg dafür, warum reale Kondensatoren mit hoher Kapazität auf kleinem Bauraum ein Dielektrikum mit hohem εᵣ benötigen.
Verwandte Größen
Passende Rechner
Weiterführend
Passende Berechnungen findest du im Rechnerbereich. Eigene Tabellen und Übersichten gibt es im Tabellenbuch.