Kondensatori ir pamata komponenti elektronikas jomā, un tiem ir izšķiroša nozīme dažādās elektroniskās shēmās. Izpratne par kapacitātes un lādiņa jēdzieniem ir būtiska ikvienam, kas vēlas ienirt elektrotehnikas jomā. Šajā rakstā mēs īsi iepazīstināsim ar kondensatoriem, izskaidrosim kapacitāti un iedziļināsimies vienādojumā, kas regulē to uzvedību.
Kas ir kondensators
Kondensators ir pasīva divu spaiļu elektroniska sastāvdaļa, kas uzglabā elektrisko enerģiju elektriskā laukā. Kondensatora struktūra sastāv no divām vadošām plāksnēm, kas parasti sastāv no metāla, kuras ir novietotas viena no otras ar dielektrisku materiālu starp tām. Kad kondensatora spailēm tiek pielietota sprieguma starpība, tas uzkrāj lādiņu uz savām plāksnēm, radot starp tām elektrisko lauku.
Kas ir kapacitāte
Kapacitāte ir mērs, cik daudz elektroenerģijas var uzglabāt uz vienu sprieguma vienību ierīcē vai komponentā. Kapacitātes mērvienība ir Farads.
Kas ir uzlāde
Lādiņu raksturo kā elektriskās enerģijas klātbūtni. Tās simbols ir Q un mērvienība ir Kulons.
Kondensatoru darbība
Kad elektriskais spriegums tiek ievadīts pāri kondensatora spailēm, starp plāksnēm izveidotais elektriskais lauks ierosina elektronu kustību. Kondensatora negatīvā plāksne kļūst par savākšanas punktu elektroniem, kas ir pārvietojušies no sprieguma avota negatīvās spailes.
Tajā pašā laikā vienāds skaits elektronu atstāj kondensatora pozitīvo plāksni un atgriežas sprieguma avota pozitīvajā spailē.
Šī lādiņa uzkrāšanās un pārdale turpinās, līdz kondensators ir pilnībā uzlādēts, kurā brīdī elektronu plūsma beidzas, kondensatorā uzkrāto lādiņu var noteikt, izmantojot vienādojumu:
Dotajā vienādojumā “Q” simbolizē maksas uzkrāta ietvaros kondensators , “C” apzīmē kapacitāte , un “V” apzīmē kondensatoram pielietoto spriegumu.
Šis vienādojums parāda proporcionālu attiecību starp kapacitāti un pielietoto spriegumu, parādot, ka kondensatora lādiņa daudzums ir tieši saistīts ar abiem šiem mainīgajiem. Tādējādi, palielinot kapacitāti vai spriegumu, palielināsies lādiņa uzkrāšanās.
Paralēlā plākšņu kondensatora kapacitāte
Kondensatora kapacitāti nosaka plākšņu virsmas laukums (A) un atdalīšanas attālums (d) starp tām, un abi faktori ietekmē tā kopējo kapacitāti. Jo lielāks ir plāksnes laukums, jo lielāka kapacitāte, savukārt mazāks attālums starp plāksnēm palielina kapacitāti. Šīs attiecības apraksta ar vienādojumu:
Kondensatori spēj uzkrāt elektroenerģiju, pie kam uzkrātās enerģijas daudzums (U) ir tieši proporcionāls gan pielietotā sprieguma (V) kvadrātam, gan kondensatora kapacitātei (C). Kondensatorā uzkrātās enerģijas vienādojums ir šāds:
Kondensatorā uzkrātās enerģijas pārzināšana ir ļoti svarīga ķēžu projektēšanai, jo īpaši gadījumos, kad ir svarīgas enerģijas izdalīšanās vai momentānās jaudas prasības.
Sfēriskā kondensatora kapacitāte
Lai aprēķinātu sfēriskā kondensatora kapacitāti, jums jāzina gan iekšējās, gan ārējās vadošās sfēras rādiuss. Kondensatora forma un starp sfērām novietotā materiāla caurlaidība kontrolē kapacitāti. Formula sfēriskā kondensatora kapacitātes aprēķināšanai ir šāda:
No otras puses, simbols “εᵣ” tiek izmantots, lai attēlotu materiāla relatīvo caurlaidību vai dielektrisko konstanti, kas atrodas starp sfērām. Turklāt “r₁” apzīmē iekšējās sfēras rādiusu, bet “r₂” apzīmē ārējās sfēras rādiusu.
Aizstājot rādiusa vērtības un materiāla caurlaidību, varat aprēķināt sfēriskā kondensatora kapacitāti. Ir vērts atzīmēt, ka, ja iekšējai sfērai ir niecīgs rādiuss vai tā tiek uzskatīta par punktveida lādiņu, kapacitātes formula tiek vienkāršota:
Šajā gadījumā kapacitāti nosaka tikai ārējās sfēras rādiuss un materiāla caurlaidība.
Cilindriskā kondensatora kapacitāte
Lai aprēķinātu cilindriskā kondensatora kapacitāti, jums jāzina kondensatora garums (L), iekšējā vadītāja rādiuss (r₁) un ārējā vadītāja rādiuss (r₂). Kondensatora forma un starp sfērām novietotā materiāla caurlaidība kontrolē kapacitāti. Cilindriskā kondensatora kapacitātes aprēķināšanas formula ir šāda:
No otras puses, simbols “εᵣ” tiek izmantots, lai attēlotu materiāla relatīvo caurlaidību vai dielektrisko konstanti, kas atrodas starp sfērām. Turklāt “r₁” apzīmē iekšējās sfēras rādiusu, bet “r₂” apzīmē ārējās sfēras rādiusu.
Secinājums
Kondensatori ir svarīgas elektronikas sastāvdaļas, kas nodrošina enerģijas uzkrāšanu un sprieguma regulēšanu. Kapacitāte, ko mēra farados (F), nosaka kondensatora spēju uzglabāt lādiņu. Tas ir tieši proporcionāls uzkrātajam lādiņam (Q) un apgriezti proporcionāls spriegumam (V) uz kondensatora spailēm.