geladner und ungeladener Kondensator in Reihe schalten

[The Man]

Hallo zusammen,

was meint ihr passiert, wenn ich einen geladnen und einen ungeladenen Kondensator in Reihe schalte? Influenziert (wie soll ich das sonst nennen?) der Geladene eine Spannung in den leeren entsprechend den Daten oder teilt sich die Spannung auf beide 1:1 auf, oder passiert überhaupt was?

The Man

[steg14]

Ich denke wenn kein Strom fliesst passiert nichts.
Eine minimale Influenz wirst du haben.
Sind es theoretische oder praktische Cs?

[SIGINT]

@The Man:
Hey, mal jemand der noch wirklich was lernen möchte und nicht stur irgendwelche Bausätze nachbaut. :-)
Ich hab mir vorher darüber noch keine großen Gedanken gemacht, aber ich hatte folgende Überlegung:
Wenn ich die Kondensatoren in Reihe schalte, aber den Stromkreis nicht schließe dann kann zwischen den beiden Kondensatoren kein Ladungsaustausch stattfinden. Das liegt daran, daß sich jeder Kondensator für sich schon im energetisch optimalen Zustand befindet. Für einen Ladungsaustausch müsste der ungeladene Kondensator ein elekrisches Feld bilden... dafür gibt es aber keine veranlassung. Erst wenn man den Stromkreis schließt kann ein Ladungsaustausch stattfinden. Bei identischen Kondensatoren teilen sich die Ladungen dann gleichmäßig auf beide Kondensatoren auf.
Nun wollte ich meine Theorie natürlich überprüfen und hab kurz zwei große Elkos rausgekramt: Und siehe da, ich hatte Recht. Bei offenem Stromkreis behält der geladene Kondensator die Ladung und der ungeladene bleibt ungeladen. Erst wenn ich den Stromkreis schließe teilt sich die Spannung auf beide Elkos auf. (und damit die Ladungen)

Gruß,
SIGINT

[uwegw]

Wie sollte es auch anders sein? Die Ladungen konnen sich nur ausgleichen (also ein Strom fließen), wenn der Widerstand nicht unendlich ist. Bei idealen Kondensatoren dauert es also ewig, bei reellen Kondensatoren zumindestens sehr sehr lange...

[RCO]

Genau. Sind die Kondensatoren mit einer Spannungsquelle verbunden?
Falls diese ideal ist hat sie keinen Widerstand, dann würde ein Ladungsaustausch stattfinden.

1:1 gilt dann auch nur wenn die Kenndaten entsprechend gleich sind. Generell würde beim Verbinden gelten, dass das E-feld stetig sein muss, also über beiden Kondensatoren die gleiche Spannung abfällt.

[SprinterSB]

Es wird eine Ladung fliessen, die dem Betrage nach

U1*C1~ - U2*C2~

ist.

Dabei sind U1 bzw U2 die Potentiale der verbundenen Platten (Anschlüsse) und ~ bedeutet die Kapazität des jeweiligen Kondensators gegen Erde bzw. ad oo.

Dieser Ladungsfluss führt zum Potentialausgleich der verbundenen Platten (genauer: zum Potentialangleich der beiden Kondensatoren), wobei die Potentialunterschiede innerhalb der einzelnen Kondensatoren erhalten bleiben.

Die Kapazitäten C1~ und C2~ haben nichts mit den Nennkapazitäten C1 und C2 der Kondensatoren zu tun. IdR kann man aber sagen, daß die ~-Kapazitäten um Größenordnungen kleiner sind als die Nennkapazitäten. Für normale Kondensatoren (also nicht riesige Platten) dürften die im Bereich von fF sein.

[steg14]

Betrachtet man die Kondensatoren als 2 Metallplatten sieht es glaube ich so aus. C1 ist geladen. Die Feldlinien gehen von + nach -
P1 von C2 und die untere Platte von C1 sind wie eine Kondensatorplatte zu betrachten da verbunden. Im Innern von P1 ist keine Feldstärke.
Aber P2 liegt in einem E-Feld. Im Innern von P2 findet eine Ladungstrennung durch Influenz statt.
Praktisch ist das bei Hochspannung von Bedeutung. Bei einem nicht benutzten Kondensator im Hochspannungslabor müssen beide Anschlüsse geerdet sein. Wenn nicht kann eine Berührung tötlich sein.

[RCO]

Das stimmt (da hat jemand Ahnung)
Ziemlich durchdacht deine Skizze, fallt mir erst nach längerem Hinsehen auf!

Falls man Streufelder vernachlässigt hat man dieses Problem natürlich nicht. Und da ja nicht gesagt ist, wie die Kondensatoren geometrisch zueinander angeordnet sind, denke ich kann man das getroßt machen.

Im Zweifel muss man halt sagen, dass sich der geladene Kondensator wie ein Dipol verhält und dann natürlich Ladungen influenziert werden können.

[Leverator]

Hi Leute,

ohne Euch zu enttäuschen: Es passiert absolut nichts.
Ein Kondensator ist aufgeladen => Er entlädt sich entsprechend seines Innenwiderstandes und ist nach etwa 5*Tau fast vollkommen entladen.
Ein Kondensator ist leer => Es passiert absolut garnichts mit ihm, weil er kein elektrisches Feld aufgebaut hat und auch nicht aufbauen wird.

@steg14: Deine Zeichnung funktioniert nur dann, wenn man die Kondensatorplatten auch als solche aufbaut. Die aufgerollten Ekos heutzutage streuen sehr wenig und wenn überhaupt und dann auch nur an den Anschlüssen ein Elektrisches Feld nach außen.
Die beiden Kondensatorplatten, die mit einander verbudnen sind, müssen auch das gleiche Potential in Deiner Zeichnung aufweisen, also Plus. Demnach müsste dann die untere Kondensatorplatte wiederum Minus-Potential haben. Wenn das Potential der unteren Platte mit dem ganz oben identisch ist, dann entstehen keine Feldlinien. Ansonsten der Stärke entprechend viele.

Gruß,
Lev

[kalledom]

Richtig, es passiert absolut nichts.
Wann werden 2 Platten denn zu einem Kondensator ?
Wenn beide Platten gaaaanz dich zusammen und gut isoliert sind !
Sind die Platten von zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren dicht zusammen und gut isoliert ?
Gut isoliert ja, dicht zusammen wohl kaum !

[SprinterSB]

Den angesprochenen Potentialausgleich gibt's aber trotzdem, oder?

[kalledom]

SIGINT hatte es in seinem Beitrag bereits ausführlich, eindeutig und praktisch ausprobiert beschrieben !

[SprinterSB]

Wenn ich die Kondensatoren in Reihe schalte, aber den Stromkreis nicht schließe dann kann zwischen den beiden Kondensatoren kein Ladungsaustausch stattfinden. [...] Erst wenn man den Stromkreis schließt kann ein Ladungsaustausch stattfinden.

Das geht aber davon aus, daß die beiden Anschlüsse auf gleichem Potential liegen. Wenn das nicht der Fall ist, muss doch ne Ladung fliessen? Die Ladung auf den Einzelkapazitäten wird sich dadurch jedoch nicht ändern.

Man hat es hier ja nicht mit 2 Kapazitäten zu tun, sondern mit 4 oder 5.

[kalledom]

Bei einem geladenen Elko ist es wie bei einer Batterie, der Elektronen-Überschuß auf der einen Seite möchte gerne zum Elektronen-Mangel auf der anderen Seite. Wenn kein geschlossener Stromkreis vorhanden ist, kann kein Ladungsaustausch stattfinden.
Wenn der Stromkreis der zwei in reihe liegenden Elkos durch einen Widerstand geschlossen wird, also die beiden 'äußeren' Anschlüsse an einen Verbraucher angeschlossen werden, findet ein Ladungsaustausch statt:
als erstes wird der leere Elko durch den Entladestrom des vollen Elkos geladen, bis beide die gleiche Spannung haben, dann werden beide gleichzeitig entladen, bis sie leer sind.

Das mit den 4 oder 5 Kapazitäten habe ich nicht verstanden.

[ogni42]

Gedankenexperiment:

Angenommen ich habe ein Voltmeter mit unendlich hohem Innenwiderstand. Jetzt messe ich am ersten geladenen Kondensator: 1V Am zweiten ungeladenen Kondensator messe ich 0V. Jetzt schalte ich beide in Reihe und messe. Da keine Ladung verloren geht, messe ich wieder 1V.

Die beiden inneren Platten sind miteinander verbunden (0 Ohm). Zwischen diesen hat aber vorher eine Potentialdifferenz bestanden (0,5V), die jetzt nicht mehr besteht. Es muss also Ladung fließen. Unterm Strich bleibt mir also ein kapazitiver Spannungsteiler.

[SprinterSB]

Gedankenexperiment:

Angenommen ich habe ein Voltmeter mit unendlich hohem Innenwiderstand.

...und verschwindend kleiner Kapazität (damit keine Ladung zu/abfliessen kann).


Jetzt messe ich am ersten geladenen Kondensator: 1V Am zweiten ungeladenen Kondensator messe ich 0V. Jetzt schalte ich beide in Reihe und messe. Da keine Ladung verloren geht, messe ich wieder 1V.

Sicher? Wenn du die Bauteile in Reihe schaltest, dann hat das Gesamtsystem eine höhere Kapazität (die fraglichen C werden ja parallel geschaltet durch das Verbinden der Bauteile).

Dadurch sollte die gemessene Spannung gemäß U=Q/C fallen, was auch anschaulich klar ist: Das Potential ist ein Maß für die Energie, die ich brauche, um eine Probeladung von x nach oo zu transportieren. Wenn ich die C verbinde, verteilt sich die Ladung auf beide C, die Feldlinien, die ursprünglich am 1V-Kondensator waren, verteilen sich nun auf beide C. Das E-Feld in der Nähe des Objekts wird also dünner, d.h. ich brauch Weniger Energie, um eine Probeladung zu transportieren.

Um die Effekte klarer zu machen, ist es besser, zu vergessen, daß es sich bei den Bauteilen um Kondensatoren handelt, weil der Effekt bei jedem leitenden Objekt auftritt.

[Leverator]

@SprinterSB: Das in-Serie-Schalten von zwei gleich großen Kondensatoren halbiert die Gesamtkapazität. Wenn Du die Cs verbindest, dann verteilt sich genau garnichts. Es sei denn, die Kondensatoren werden _PARALLEL_ geschaltet. Dann werden die Ladungen auf beide Kondensatorplatten verteilt und es wird sich die hälfte der Spannung einstellen. Recht hast Du jedoch mit dem kapazitiven Spannungsteiler: Das stimmt, allerdings funktiniert der nur im Wechselstromkreis, den wir hier ja nicht betrachten.

@ogni42: Nein, es fließen keine Ladungen, wenn Du einfach nur einen geladenen und einen ungeladenen Kondensator in Reihe schaltest (bis auf die verschwindend geringen Verlustwiderstände, die dann doch einen Ausgleichsstrom fließen lassen).

Gruß,
Lev

[SprinterSB]

@SprinterSB: Das in-Serie-Schalten von zwei gleich großen Kondensatoren halbiert die Gesamtkapazität.

Nein, in diesem Falle nicht. Die von mir und ogni42 gemachten Betrachtungen beziehen sich auf die Bauteilkapazitäten, nicht auf die Nennkapazitäten, die in einer Schaltung wesentlich sind. Das Verbinden (in Reihe schalten) hat also den gleichen Effekt, wie wenn man 2 Platten (jede für sich stellt eine Kapazität dar!) verbindet.

Die innere Aufbau der C ist hier unerheblich! Was zählt, ist deren Kapazität gegen unendlich (abgekürzt oo).

[Yossarian]

Hallo
Zwei gleiche in Reihe geschalteten Kondensatoren haben nach außen die halbe Kapazität des einzelnen Kondensators.Die Gesamtladung des 'neuen' Kondensators beträgt die Summe der beiden Einzelladungen.Beide Kondensatoren haben die gleiche Ladung, aber eine Spannung, die von ihrer Kapazität abhängig ist.Der Ladungsausgleich erfolgt durch Influenz.Ein elektrisches Feld ist durchaus zwischen den Anschlüssen des Kondensators vorhanden.
Bei gleicher Fläche und gleicher Dielektrizität würde die unterschiedliche Kapazität durch unterschiedliche Abstände zwischen den Platten zustande kommen.
Cneu=reziprok von (Abstand1/(Fläche*eps) + Abstand2/(Fläche*eps)).eps=elektrische Feldkonstante
Bei zwei Plattenkondensatoren mit gleicher Fläche -> C= Fläche*eps/(Abstand1+Abstand2).
Das Ergebnis nach aussen ist also ein Plattenkondensator mit auseineinandergezogenen Platten.
Mit freundlichen Grüßen
Benno

[kalledom]

Zur Zeit formiere ich massenweise Becherelkos 50µF + 100µF / 385V, -Pol am Gehäuse, die lange gelegen haben.
Wenn ich den 50-er mit 1mA langsam bis auf 50V auflade, ist an dem 100-er überhaupt nichts zu messen. Formiere ich den 100-er, entlädt sich der 50-er langsam wegen des Leckstroms.

[ogni42]

Ich hab's immer noch nicht gepeilt (und war in Theoretischer E-Technik auch nicht gerade der Beste).

Ich bin derselben Meinung wie Sprinter: Es geht nur um die Kapazität und die Ladung gegen oo (idealer Plattenkondensator).



Sicher? Wenn du die Bauteile in Reihe schaltest, dann hat das Gesamtsystem eine höhere Kapazität (die fraglichen C werden ja parallel geschaltet durch das Verbinden der Bauteile).


Sicher bin ich mir nicht. Deswegen mein Gedankenexperiment. Meine Vorstellung ähnelt der von Yosarrian, mit dem Unterschied, dass ich erst mal mit einem geladenen und einem ungeladenen Kondensator beginne. Das Potential des ungeladenen ist an beiden Platten Voo Das Potential des geladenen ist +0,5V an der einen und -0,5V an der anderen Platte (bezogen auf Voo). Wenn ich jetzt die eine Seite (wegen mir -0,5V) mit einer Platte des ungeladenen Kondensators verbinde muss deren Potential gleich sein. Das geht m.E. nur durch Ladungstransport.

[SprinterSB]

Jo, seh ich genauso.

Um die "Kapazitäten" etwas zu entwirren, hier mal die 5 Kapazitäten, die eine Rolle spielen:

C1: Nennkapazität des 1. Kondensators
C2: Nennkapazität des 2. Kondensators

C3: (parasitäre) Kapazität von C1 -> oo
C4: (parasitäre) Kapazität von C2 -> oo
C5: (parasitäre) Kapazität von C2 -> C1

Wir betrachten momentan (die idealisierten) C3 und C4, die Rolle von C5 ist mir noch nicht ganz klar.

Die Spannungen (und damit Energien) in C1 und C2 bleiben unverändert, wobei ich mir da auch noch nicht 100% sicher bin, ob das wirklich so ist, etwa durch Effekte wie Influenz.

Der "reale" Fall (reale Kondensatoren) ist wohl zu komplex für die Analyse. Aber wenn man die Kondensatoren durch 4 dünne Platten modelliert, schafft man vielleicht sogar ne explizite Lösung des Problems (Lösung der Laplace-Gleichung).

Und ja, mir ist klar, daß das alles keine Relevanz für die Praxis hat und für den Praktiker nur Brainf*** ist. Aber F*** macht eben manchmal auch Spaß :P

Momentan hab ich aber noch nichtmal nen Plan, wie ich ein Ersatzschaltbild mit C3-C5 malen würde... Vielleicht so? Die Punkte, die nach oo führen, sind dabei nicht verbunden.

[Manf]

Man kann für die Aufgabe noch einen C6 zwischen den äußeren Platten von C1 und C2 schalten, dafür aber C3 und C4 weglassen.

Nach Aufgabenstellung wird nur C5 kurzgeschlossen.
War er geladen dann fließt ein Strom über C1, C2, C6.

Wie mehrfach von allen gesagt , es geht bei C5, C6 um Streukapazitäten die in vielen Fällen vernachlässigt werden können.
Manfred

https://www.roboternetz.de/phpBB2/files/c1-c2.gif
Quelle: https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?p=267135#267135

[ogni42]

Nur als kleiner Seitentrack:

http://de.wikipedia.org/wiki/Brainfuck

[steg14]

OK ich haben mich geirrt, ich bin heute zur Uni und habs mir erklären lassen.
Also tatsächlich passiert nichts, aus dem einfachen Grund weil die Ladungsträger auf den unteren Platten nirgendwo hin können. Sie verteilen sich zwar anders innerhalb der Platten, aber da das innere und äussere Feld gleich sind bleibt ist der Kondensator neutral.
Die angesprochenen winzigen Ströme beim dranhängen mal vernachlässtigt.