Warum hinkt beim Kondensator die Spannung dem Strom hinterher?

Beim Kondensator handelt es sich um ein elektronisches Bauteil das in der Lage ist Ladungen zu speichern. Anders als bei einer Spule, bei der die Phasenverschiebung aufgrund des aufgebauten Magnetfelds und dem hierdurch verzögerten Stromfluss entsteht, liegt die Phasenverschiebung beim Kondensator an der Eigenschaft des Bauteils, Ladungen zu speichern und wieder abzugeben.

Zu Beginn wenn die Spannung über dem Kondensator Null ist verhält sich dieser wie ein Kurzschluss für die Spannungsquelle. Das bedeutet, dass direkt nach dem Einschalten ein hoher Strom fließt, da es keine Potenzialdifferenz zwischen den Platten gibt und Ladungen schnell von einer Platte zur anderen transportiert werden können. Währenddessen steigt langsam die Spannung an da immer weiterhin Ladungen von einer Platte zur anderen gelangen und dadurch ein Ungleichgewicht entsteht.

Sobald der Kondensator vollständig aufgeladen ist, wirkt er wie ein unendlich großer Widerstand in einem Gleichstromkreis. Bei einer Wechselspannung hingegen erfolgt ein zyklischer Umladevorgang. Die Sinuswelle geht von ihrem Höchstwert abwärts was wiederum zu einer Verschiebung der Ladungen von einer Platte zur anderen führt. Dieser Prozess wiederholt sich – solange die Spannung die Nulllinie erreicht und ändert dann ihre Polarität.

Es ist wichtig anzumerken: Dass ein leerer Kondensator einen Widerstand von Null Ohm hat und somit ebenfalls eine Spannung von Null Volt aufweist. Je mehr der Kondensator aufgeladen wird, desto größer wird die Spannung und sie eilt dem Strom voraus. Dies kann mit dem Füllen eines Wasserbehälters verglichen werden: Erst muss viel Wasser fließen um den Druck zu erhöhen. Beim Abfließen des Wassers verhält es sich ebendies umgekehrt.

Es ist korrekt: Dass die Phasenverschiebung beim Kondensator 90° beträgt nicht 45°. Dies liegt daran – dass der Stromfluss vom Anstieg der Spannungskurve abhängig ist. Je schneller sich die Spannung ändert, desto größer wird der Strom. Der größte Anstieg der Spannungskurve findet im Nulldurchgang statt, mittels welchem der Strom zum Zeitpunkt der größten Spannungsänderung fließt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Phasenverschiebung beim Kondensator auf dessen Fähigkeit beruht, Ladungen zu speichern und wieder abzugeben. Der Stromfluss erfolgt zu Beginn, wenn der Kondensator wie ein Kurzschluss wirkt und setzt sich fort, während die Spannung ansteigt. Beim Umladen des Kondensators in einer Wechselspannung ändert sich die Spannung polaritätsbedingt, wodurch sich der Zyklus wiederholt. Die Phasenverschiebung beträgt dabei 90°.