Kondenzatorji so temeljne komponente na področju elektronike in igrajo ključno vlogo v različnih elektronskih vezjih. Razumevanje konceptov kapacitivnosti in naboja je bistveno za vsakogar, ki se želi poglobiti v področje elektrotehnike. V tem članku bomo na kratko predstavili kondenzatorje, razložili kapacitivnost in se poglobili v enačbo, ki ureja njihovo obnašanje.
Kaj je kondenzator
Kondenzator je pasivna elektronska komponenta z dvema priključkoma, ki shranjuje električno energijo v električnem polju. Struktura kondenzatorja je sestavljena iz dveh prevodnih plošč, običajno sestavljenih iz kovine, ki sta nameščeni narazen z dielektričnim materialom med njima. Ko napetostna razlika deluje na sponkah kondenzatorja, ta nabira naboj na svojih ploščah in med njimi ustvari električno polje.
Kaj je kapacitivnost
Kapacitivnost je merilo, koliko električne energije je mogoče shraniti na enoto napetosti v napravi ali komponenti. Enota kapacitivnosti je farad.
Kaj je Charge
Naboj je opisan kot prisotnost električne energije. Njegov simbol je Q in njegova enota je Coulomb.
Delovanje kondenzatorjev
Ko je električna napetost uvedena čez sponke kondenzatorja, električno polje, vzpostavljeno med ploščama, sproži gibanje elektronov. Negativna plošča kondenzatorja postane zbirna točka za elektrone, ki so se premaknili z negativnega priključka vira napetosti.
Istočasno enako število elektronov zapusti pozitivno ploščo kondenzatorja in se vrne na pozitivni priključek vira napetosti.
To kopičenje in prerazporeditev naboja se nadaljujeta, dokler kondenzator ni popolnoma napolnjen, ko se tok elektronov preneha, naboj, shranjen v kondenzatorju, je mogoče določiti z enačbo:
V dani enačbi 'Q' simbolizira napolniti nakopičene znotraj kondenzator , 'C' označuje kapacitivnost , in 'V' predstavlja uporabljeno napetost na kondenzatorju.
Ta enačba prikazuje sorazmerno razmerje med kapacitivnostjo in uporabljeno napetostjo, kar kaže, da je količina naboja v kondenzatorju neposredno povezana z obema tema spremenljivkama. Zato bo povečanje kapacitivnosti ali napetosti povzročilo večje kopičenje naboja.
Kapacitivnost vzporednega ploščnega kondenzatorja
Kapacitivnost kondenzatorja je določena s površino plošč (A) in ločevalno razdaljo (d) med njimi, pri čemer oba dejavnika vplivata na njegovo skupno kapacitivnost. Večja kot je površina plošče, večja je kapacitivnost, manjša razdalja med ploščama pa poveča kapacitivnost. To razmerje opisuje enačba:
Kondenzatorji imajo sposobnost shranjevanja električne energije, pri čemer je količina shranjene energije (U) neposredno sorazmerna s kvadratom uporabljene napetosti (V) in kapacitivnostjo (C) kondenzatorja. Enačba za energijo, shranjeno v kondenzatorju, je podana z:
Poznavanje energije, shranjene v kondenzatorju, je bistvenega pomena za načrtovanje vezij, zlasti v aplikacijah, kjer so pomembne zahteve po sproščanju energije ali trenutni moči.
Kapacitivnost sferičnega kondenzatorja
Za izračun kapacitivnosti sferičnega kondenzatorja morate poznati polmer notranje in zunanje prevodne krogle. Oblika kondenzatorja in prepustnost materiala, nameščenega med kroglama, nadzirata kapacitivnost. Formula za izračun kapacitivnosti sferičnega kondenzatorja je:
Po drugi strani se simbol 'εᵣ' uporablja za predstavitev relativne prepustnosti ali dielektrične konstante materiala, ki se nahaja med kroglami. Poleg tega 'r₁' označuje polmer notranje krogle, medtem ko 'r₂' označuje polmer zunanje krogle.
Z zamenjavo vrednosti polmera in prepustnosti materiala lahko izračunate kapacitivnost sferičnega kondenzatorja. Omeniti velja, da če ima notranja krogla zanemarljiv polmer ali se šteje za točkovni naboj, se formula kapacitivnosti poenostavi na:
V tem primeru je kapacitivnost določena izključno s polmerom zunanje krogle in prepustnostjo materiala.
Kapacitivnost cilindričnega kondenzatorja
Za izračun kapacitivnosti cilindričnega kondenzatorja morate poznati dolžino kondenzatorja (L), polmer notranjega prevodnika (r₁) in polmer zunanjega prevodnika (r₂). Oblika kondenzatorja in prepustnost materiala, nameščenega med kroglama, nadzirata kapacitivnost. Formula za izračun kapacitivnosti cilindričnega kondenzatorja je:
Po drugi strani se simbol 'εᵣ' uporablja za predstavitev relativne prepustnosti ali dielektrične konstante materiala, ki se nahaja med kroglami. Poleg tega 'r₁' označuje polmer notranje krogle, medtem ko 'r₂' označuje polmer zunanje krogle.
Zaključek
Kondenzatorji so ključne komponente, ko gre za elektroniko, saj omogočajo shranjevanje energije in regulacijo napetosti. Kapacitivnost, merjena v faradih (F), kvantificira sposobnost kondenzatorja za shranjevanje naboja. Je neposredno sorazmeren s shranjenim nabojem (Q) in obratno sorazmeren z napetostjo (V) na sponkah kondenzatorja.