Grundlagen elektrischer Schaltungen und des Elektromagnetismus

Ein ungeladener Kondensator C wird über einen Widerstand R mit der Gleichspannung E vollständig geladen. Welche Aussage über die dabei im Widerstand umgesetzte Energie ist richtig?

  1. A(1/2)CE² unabhängig vom Wert von R, also die Hälfte der von der Quelle gelieferten Energie CE²
  2. BJe kleiner R, desto kleiner; geht R gegen 0, geht sie gegen 0
  3. CCE² unabhängig vom Wert von R
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Antwort: A. (1/2)CE² unabhängig vom Wert von R, also die Hälfte der von der Quelle gelieferten Energie CE²

Während des Ladens liefert die Quelle die Ladung Q = CE; sie verrichtet also die Arbeit QE = CE². Im Kondensator gespeichert werden (1/2)CE², die übrigen (1/2)CE² werden im Widerstand in Wärme umgesetzt. Integriert man die Leistung im Widerstand mit i = (E/R)e^(−t/RC), ergibt sich ∫i²R dt = (E²/R) × RC/2 = (1/2)CE², und R fällt heraus. Ein kleines R macht den Strom nur größer und kürzer, der Gesamtverlust bleibt gleich. Auch die dynamische Verlustleistung CV²f von CMOS-Logikschaltungen geht auf diesen Lade- und Entladeverlust zurück.

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