Elektrische Kapazität

Die elektrische Kapazität (Adjektiv kapazitiv) in der Physik/Elektrotechnik stellt die Fähigkeit eines Körpers dar, elektrische Ladungen zu speichern. Sie wird als Verhältnis der zugeführten Ladungsmenge zur entstandenen Spannung bestimmt. Damit ist sie ein Maß für das Ladungs-Fassungsvermögen eines Körpers.

Der Begriff "Kapazität" wird gerade in der Elektrotechnik und Elektronik häufig auch synonym für das elektrische Bauelement Kondensator verwendet. Bei Akkumulatoren besitzt die Bezeichnung "Kapazität" umgangssprachlich eine andere Bedeutung. Dort wird sie direkt als Bezeichnung für die Ladungsmenge verwendet.

Die elektrische Kapazität wird in der SI-Einheit Farad gemessen. Ein Farad (1 F) ist die Kapazität C eines Kondensators, der beim Anlegen einer Spannung U von 1 Volt eine Ladungsmenge Q von 1 Coulomb (As) speichert:

^*=\frac{^*}{^*}

$1\,\mathrm{F} = \frac{1\,\mathrm{As}}{1\,\mathrm{V}}$

Das Farad ist eine recht große Einheit, die meisten in der Praxis verwendeten Kondensatoren haben Nennwerte zwischen einigen Picofarad (pF) und einigen Mikrofarad (μF).

Die Größe der Kapazität hängt von den Abmessungen und dem Material des Dielektrikums zwischen den Kondensatorplatten ab. Für einen Plattenkondensator (zwei Metallplatten der Fläche A im Abstand d) berechnet man die Kapazität gemäß:

$C = \epsilon_r \ \epsilon_0 \ \frac{A}{d}$

Diese Formel gilt nur, wenn die räumliche Ausdehnung der Kondensatorplatten sehr viel größer ist als ihr Abstand, d.h. wenn das elektrische Feld als homogen angesehen werden kann.

Die Kapazität einer freien Kugel mit dem Radius R beträgt:

$C = 4 \pi\ \epsilon_r \ \epsilon_0 \ R$

Diese Formel gilt allerdings nicht mehr, wenn sich Gegenstände insbesondere Leiter auf Erdpotential (z.B. die Hand des Experimentators) in der Nähe der Kugel befinden.

In den Formeln ist ε₀ die elektrische Feldkonstante,

$\epsilon_0 = 8{,}854187817 \cdot 10^{-12} \mathrm{\frac{F}{m}}$

ε_r ist eine für das Isolationsmaterial spezifische dimensionslose Materialkonstante, die Permittivitätszahl, auch Dielektrizitätszahl genannt (siehe auch: Permittivität).

Physikalische Größe | Theoretische Elektrotechnik

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