Theorie Wärmespeicher

Kondensatormikrophon

Das Kondensatormikrophon nutzt die durch den Schalldruck verursachte Änderung der Kapazität eines Kondensators, um den Ton von der Luft auf einen elektrischen Stromkreis umzuladen. Das Mikrophon besteht im wesentlichen aus einer hauchdünnen, elektrisch leitfähig gemachten Folie, die mit wenig Abstand straff über eine Metallplatte gespannt ist. Folie und Metallplatte bilden die beiden Teile des Kondensators. Der auftreffende Schall bringt die Folie zum Schwingen, womit sich der Abstand zwischen Folie und Metallplatte und somit auch die Kapazität des Kondensators ändert.

Kondensator mit Hydraulik
Das Kondensatormikrophon bilden wir nun in einem einfachen Modell nach, um die Arbeitsweise einer Speicherkopplung zu Untersuchen. Das Modell besteht aus den beiden Platten des Kondensators mit der Fläche A im Abstand s. Die eine Platte sei unbeweglich und elektrisch mit der Erde verbunden. Der Raum zwischen den Platten ist mit einer idealen, elektrisch unwirksamen Flüssigkeit (Fluid) gefüllt. Damit die Flüssigkeit nicht ungehindert weg fliessen kann, muss dieser Zwischenraum mit einem Faltbalg, der sich zwischen den Kanten der beiden Platten erstreckt, abgedichtet sein.

Wird der Kondensator geladen, ziehen sich die Platten gegenseitig an, womit der Druck steigt oder die Flüssigkeit weg fliesst. Pumpt man mehr Flüssigkeit in den Zwischenraum hinein, werden die Platten auseinander gedrückt, womit entweder die Spannung steigt oder Ladung von der Platte weg fliesst. Das systemdynamische Modell besitzt einen hydraulischen und einen elektrischen Anschluss. Am hydraulischen Anschluss können Druck und Volumenstrom, am elektrischen Port Potenzial und elektrischer Strom gemessen werden.
Dieses Modell erlaubt die Durchführung von vier Basisprozessesn
  • isochores Laden oder Entladen: hydraulischer Anschluss ist blockiert, Druck steigt an oder sinkt ab
  • isobares Laden oder Entladen: hydraulischer Anschluss ist mit der Umgebung verbunden, Volumen fliesst heraus und hinein
  • iselektrisches Expandieren oder Komprimieren: elektrischer Anschluss ist blockiert, Spannung steigt oder sinkt
  • isopotentes Expandieren oder Komprimieren: elektrischer Anschluss hängt an einer Spannungsquelle, Ladung fliesst weg oder zu
Um diese vier Prozesse im Modell zu simulieren, muss man wissen, wie Druck und Potenzial mit Volumen und elektrischen Ladung zusammenhängen. Diese Idee wollen wir hier nicht weiter verfolgen. Zweck dieses technisch kaum zu realisierenden Geräts ist nur, zu zeigen, dass es auch ausserhalb der Thermodynamik Speicher gibt, in denen die Energie von einem Träger auf einen andern umgeladen werden kann. Solche Analogien sind oft hilfreich, um die Struktur einer Theorie besser zu verstehen.