Materialien in Kondensatoren

[André R. (andr_r23)]

Hallo zusammen,

Ich frage mich gerade, warum teilweise Materialien als Dieelektrikum 
eingesetzt werden, die eine scheinbar geringe relative Permittivität 
aufweisen.

Warum baue ich zB. nicht einfach alle Kondensatoren mit Materialien wie 
Calcium Kupfer Titanat oder ähnlichen Materialien die extrem hohe Werte 
aufweisen und Elektrische Felder hervorragend durchlassen?

Liegt das an den teuren Beschaffungskosten für die Materialien? Sind 
einigen von euch eventuell Nachteile der Stoffe mit hohen relativen 
Permittivitätswerten bekannt?

Aluminium Oxid hat zB eine rel. Permittivität von ca. 9,6 während wir 
mit Calcium Kupfer Titanat Werte im sechsstelligen Bereich erreichen. 
Dann kann ich doch viel kleiner bauen?

Erstaunlich finde ich übrigens auch, dass in unterschiedlichen Quellen 
unterschiedliche Angaben zur Permitivität gemacht werden die teilweise 
echt extremst voneinander abweichen. Die genannten Werte habe ich mal 
aus Wikipedia gezogen um eine Grundlage zu haben.

https://en.wikipedia.org/wiki/Relative_permittivity
https://en.wikipedia.org/wiki/Electrolytic_capacitor

Ganz herzlichen Dank für eure Kommentare!

Viele Grüße aus dem Saarland
André

[MaWin (Gast)]

Weil es bei Kondensatoren auch auf anderes als bloss hohe Kapazität 
ankommt, z.B. geringe Verluste und hohe Güte, geringe Veränderung der 
Kapazität mit der Spannung, geringe Dielektrische Absorption, hohe 
Strombelastbarkeit, gutmütiges Durchschlagverhalten etc. pp.

Und natürlich spielen auch Materialkosten und Produktionsaufwand eine 
Rolle, Lanthan-Strontium-Nickeloxid wäre noch 'besser' aber Lanthan zu 
teuer. Oder doch nicht ?

[M.N. (Gast)]

Bestes Beispiel: Z5U
Damit lassen sich hohe Kapazitätswerte erreichen, aber bei einer 
DC-Vorspannung nimmt diese stark ab.

[WehOhWeh (Gast)]

André R. schrieb:
> Warum baue ich zB. nicht einfach alle Kondensatoren mit Materialien wie
> Calcium Kupfer Titanat oder ähnlichen Materialien die extrem hohe Werte
> aufweisen und Elektrische Felder hervorragend durchlassen?

Wieso die Frage, das ist doch so!

Die - mit großem Abstand - häufigsten Kondensatoren werden aus solchem 
Material gefertigt. Nämlich Klasse II - Kerkos.
Und diese Kondensatoren findet man in riesigen Mengen auf allen 
Platinen. Wie die häufigen 100nF Pufferkerkos.

Die Nachteile darf man aber nicht vergessen, wie das Zusammenbrechen der 
Kapazität bei DC-Bias.

[Peter R. (pnu)]

Dielektrika haben größeres epsilon-r, weil in ihrem Innern Ionen durch 
das äußere Feld verschoben werden und damit größere Ladungsmengen auf 
den Platten zulassen.

Beste Kondensatoren sind z.B. Vakuum-Kondensatoren. Die werden in 
Hochleistungssendern verwendet, da dort Dielektrika durch ihre 
Eigenverluste zu heiß werden. Die enthalten garkeine Dipole im 
"Isoliermaterial"

Kondensatoren mit Glimmer oder Polystyrolfolie (Styroflex) haben 
geringes epsilon-r (5..6 ?) weil darin zwar Ionen vorhanden sind, die 
aber nur gering beweglich sind.
die Kapazität wird dann etwas größer aber auch die Verluste.

Extrem in der andren Richtung sind Kondensatoren mit Bariumtitanat als 
Dielektrikum, bei dem das epsilon-r in die Tausende geht.
Bei denen gibt es Dipole im Kristall, die sich durch das äußere Feld 
bewegen. Diese Bewegung ist mit Reibung verbunden, im Extremfall hört 
man solche Kondensatoren sogar bei Belastung mit Wechselspannung.

Da gibts dann auch zusätzlich extrem starke "Misteffekte": starke 
Temperaturabhängigkeit, da sich die Beweglichkeit der Dipoe stark 
ändert.
Spannungsabhängige Kapazität: Wenn ...Prozent der Dipole bereits 
ausgerichtet sind, nimmt die Zahl der beweglichen Dipole ab, das 
epsilon-r wird kleiner und die Kapazität auch.

kurz gesagt: je größer das epsilon-r, desto schlechter der Kondensator: 
Dielektrische Verluste, Temperaturabhängigkeit, Spannungsabhängigkeit, 
und viele andre Nebeneffekte nehmen zu.

Schon in der Audiotechnik sind Keramikkondensatoren mit mehr als einigen 
nF ein Qualitätsmangel.