Ein Defibrillator ist eine Maschine, die für kurze Zeit einen elektrischen Schlag erzeugt, um einen stabilen Herzrhythmus wiederherzustellen. Normalerweise werden in Defibrillatoren anstelle von Batterien Kondensatoren verwendet, um einen solchen sofortigen Schock zu erzeugen. Bei tragbaren Defibrillatoren werden jedoch Batterien als Stromquelle zum Aufladen der Kondensatoren verwendet.
Kondensatoren sind Speichergeräte, die zusätzliche Energie im Stromkreis oder die Transienten im System absorbieren und dann bei Bedarf die in ihnen gespeicherte Ladung abgeben. Darüber hinaus fungieren sie auch als Kurzzeitbatterien, die im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien recht schnell laden und entladen, die Ladung jedoch nicht über einen längeren Zeitraum halten können.
Gliederung:
- Wie funktioniert ein Defibrillator?
- Warum wird ein Kondensator in einem Defibrillator verwendet?
- Abschluss
Wie funktioniert ein Defibrillator?
Um zu verstehen, warum Kondensatoren in Defibrillatoren verwendet werden, ist es notwendig, die Funktionsweise des Defibrillators zu kennen. Defibrillatoren verfügen also über zwei Schaltkreise, von denen einer für das Laden des Kondensators und der andere für die Entladung des Kondensators zuständig ist. Der Lade- und Entladevorgang wird von einem kleinen Computer im Defibrillator durchgeführt. Zur Veranschaulichung hier ein einfacher Schaltkreis eines Defibrillators:
In den oben genannten Schaltkreisen sind die Schalter A und B für das Laden des Kondensators verantwortlich, während die Schalter 1,2,3,4 für das Entladen des Kondensators verantwortlich sind. Wenn der Strom eingeschaltet wird, sind die Schalter A und B eingeschaltet und der Ladevorgang des Kondensators wird gestartet:
Sobald der Kondensator und das Ladesystem auf dem gleichen Potenzial liegen, gehen die Schalter A und B in den AUS-Zustand, was bedeutet, dass der Kondensator vollständig geladen ist.
Wenn nun die Sonden des Defibrillators an der dafür vorgesehenen Körperstelle angebracht werden, beginnen sich die Kondensatoren zu entladen, was zu einem sofortigen Schock am Herzen führt. Zuerst werden die Schalter 1 und 4 geschlossen und der Strom beginnt zu fließen. Diese Stromrichtung wird als Vorwärtsrichtung bezeichnet.
Nach einiger Zeit ändert sich die Richtung des Stroms und er beginnt in die entgegengesetzte Richtung zu fließen. Die angezeigte Wellenform wird als biphasische Wellenform bezeichnet.
Sobald die Grafik nun dauerhaft Null erreicht, bedeutet dies, dass der Kondensator vollständig entladen ist. Hier ist die Wellenform des Defibrillators:
Als Schaltintervall bezeichnet man dabei die Zeit, in der der Strom seine Richtung ändert und alle vier Schalter des Entladekreises in den AUS-Zustand gehen, um einen Kurzschluss zu vermeiden.
Warum wird ein Kondensator in einem Defibrillator verwendet?
Im Vergleich zu Batterien kann der Kondensator aufgrund seiner geringeren Größe und fortschrittlichen Technologie Ladung schnell speichern. Darüber hinaus benötigt der Defibrillator am Ausgang eine erhebliche Spannung, die eine Batterie aufgrund der Größenbeschränkung nicht liefern kann.
Batterien nutzen in der Regel chemische Reaktionen, um die Energie zu speichern und abzugeben. Dadurch ist die Ladegeschwindigkeit begrenzt, und das Gleiche gilt auch für die Entladegeschwindigkeit. Darüber hinaus verschlechtern sich die Batterien im Vergleich zu den Kondensatoren schneller und ihre Ladekapazität nimmt ebenfalls ab. Dies lässt den Schluss zu, dass Batterien hohe Spannungen nicht über längere Zeiträume halten können.
Andererseits können die Kondensatoren aufgrund ihrer Zusammensetzung problemlos hohe Spannungen in kürzerer Zeit speichern. Darüber hinaus ist die Lebensdauer des Kondensators hinsichtlich seiner Kapazität zur Ladungsspeicherung insbesondere bei Superkondensatoren recht hoch. Mit einem Kondensator kann aufgrund der schnellen Entladung mit konstantem Stromfluss ohne Funkenbildung ein sofortiger Schock problemlos abgegeben werden.
Abschluss
Ein Defibrillator ist ein elektrisches Gerät, das einen Schock erzeugt, der dem Herzen hilft, wieder einen stabilen Rhythmus zu finden, oder zur Behandlung von Kammerflimmern dient. Um dem Herzen einen Hochspannungsschock zu verabreichen, wird normalerweise ein Kondensator verwendet, der entweder über ein Netzteil oder eine Batterie aufgeladen wird. Der Einsatz von Kondensatoren wird aufgrund ihres schnellen Ladens und Entladens, ihrer Fähigkeit, hohe Spannungen zu speichern und ihrer stabilen Leistung zu bevorzugen.