Chemie Diplomarbeit / Fakultät für Chemie und Pharmazie ...

höher die Frequenz der Wechselspannung, desto negativer ist Z C . Da die Aufladezeit für einen
Kondensator immer gleich bleibt, die Auf- und Entladeperiodizitäten mit steigender Frequenz
jedoch kürzer werden, verhält sich ein Kondensator bei sehr hohen Frequenzen wie ein
Kurzschluß. Der Kondensator speichert elektrische Energie als elektrisches Feld.
2.2
Impedanzspektroskopie
Neben den klassischen Methoden der Elektrochemie, die mit konstanter Spannung (z.B.
Chronoamperometrie) oder mit Wechselspannungen definierter niedriger Frequenz und großer
Amplitude (z.B. Zyklovoltammetrie) arbeiten und für die der mathematische Zusammenhang
zwischen Spannung und Strom nach Gleichung (2-1) beschrieben werden kann, verwendet
man bei der Impedanzspektroskopie IS sinusförmige Wechselspannungen kleiner Amplituden
und variiert diese über einen weiten Frequenzbereich. Gemessen werden die Amplitude der
Stromantwort und deren Phasenverschiebung θ (mittels Frequenzganganalysator) zur an das
zu charakterisierende System angelegten Wechselspannung (mittels Potentiostat). Aus dem
Verhältnis von angelegter Spannung und gemessenem Strom ergibt sich der
frequenzabhängige Wechselstromwiderstand des Systems, die Impedanz Z Ges (Gleichung (2-7)
hier für den Fall der seriellen Anordnung der Schaltkreiselemente). Sie setzt sich aus einem
Realteil Z’, d.h. dem frequenzunabhängigen ohmschen Widerstand R (Gleichung (2-4)), und
einem frequenzabhängigen Imaginärteil Z’’, der Summe aus induktiver und kapazitiver
Reaktanz, Z L und Z C , zusammen (Gleichungen (2-4) und (2-5)). Im allgemeinen Fall lassen
sich die Schaltkreiselemente auch über Gleichung (2-6) beschreiben. Jeder Impedanztyp Z X
wird über die systemempirische Variable A und den Exponenten n eindeutig charakterisiert.
Der Zusammenhang zwischen Spannung und Strom wird im Wechselstromkreis über
Gleichung (2-2) formuliert.
U
= R⋅
I
~ ~
U = Z ⋅ I
Ges
Z = R
R
ZL = i ⋅ω
⋅ L
(2-1)
(2-2)
(2-3)
(2-4)
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