Elektrický kondenzátor: Co to je? Funkce, význam a další

Svět elektroniky byl odrazovým můstkem, ve kterém bylo nutné pohání technologii. A tento odrazový můstek se skládá z malých částí, jako je kondenzátor. V tomto kuriózním příspěvku se podrobně dozvíte, co je elektrický kondenzátor ?, Různé funkce, které jsou s ním použity, a jeho velký význam v různých oblastech.

Kondenzátor 1

Kondenzátor

Chcete -li začít studovat kondenzátor, nejprve vysvětlíme co je kondenzátor. Je to pasivní elektrická součástka, to znamená, že sama nevyrábí elektřinu, která je schopna elektrický náboj uložit a později jej uvolnit. Můžete ho najít jako kondenzátor nebo kondenzátor. Náboj, který udržuje uvnitř, je potenciální nebo napěťový rozdíl.

Příběh počtu dárců se odehrává v roce 1745, kdy si Němec Ewald Georg von Kleist uvědomil, že uložení elektrického náboje je možné. To vzniklo v důsledku nehody, když pomocí kabelu připojil elektrostatický generátor k objemu vody, který byl uvnitř skleněné konvice nebo láhve. Když vytáhl kabel a položil ruku.

Neuplynul rok, kdy nizozemský fyzik Pieter van Musschenbroek vynalezl kondenzátor se stejnými vlastnostmi. Na památku univerzity, kde pracoval, nazval tento kondenzátor „leydenskou lahví“.

Kondenzátor 2

Jak funguje kondenzátor?

Nyní se podívejme jak funguje kondenzátor y k čemu je kondenzátor. Způsob, jakým se mu daří ukládat elektrický náboj, je pomocí dvou listů vyrobených z vodivého materiálu, jako je tantal, které jsou odděleny nějakým dielektrickým materiálem, například vzduchem.

Před pokračováním je důležité nezaměňovat dielektrikum s plně izolačním materiálem. To znamená, že všechna dielektrika jsou izolátory, ale to nutně neznamená, že jsou všechny izolátory dielektrikum. Dielektrické materiály mají schopnost stát se vodivými, když jsou vystaveny velkému elektrickému náboji a narušují dielektrickou pevnost. Některé z těchto materiálů mohou být: keramika, papír, vosk, sklo, olej a další. Plně izolačními materiály jsou materiály, které bez ohledu na to, kolik elektrického náboje je vystaveno, nebudou vodičem, příkladem je guma.

Nyní budou desky uvnitř kondenzátoru napájené zdrojem energie elektricky nabité ve stejných částech, ale s různými znaky. To znamená, že jeden náboj bude kladný (+ q) a druhý náboj bude mít stejnou velikost, ale se záporným nábojem (-q), při těchto stejných nábojích, ale s odlišnými znaménky, se nazývá rozdíl v potenciálu nebo napětí.

Obecně platí, že v kondenzátorech se jako dielektrický materiál používá vzduch, papír, tantal, hliník a keramika, v některých kondenzátorech se také používají určité plasty.

Úložná kapacita, kterou má kondenzátor nebo kondenzátor, se vypočítá v jednotkách Faradů. Rozsah, ve kterém se nachází většina elektrických kondenzátorů, je od pico (pF) po mikro (uF) Farads. Rovnice pro výpočet kapacity kondenzátoru je:

C = q/V

Kde:

q = je náboj, který každá deska ukládá. Jeho jednotkou je Coulomb (C)

V = je rozdíl napětí, napětí nebo potenciálu mezi dvěma listy nebo vodiči kondenzátoru. Jeho jednotkou jsou volty (V)

Pokud použijeme tento vzorec, pokud předpokládáme hodnoty pro zátěž 1 a pro napětí 1, dá nám to 1 Farad. Je to však jen příklad, protože kondenzátor této kapacity neexistuje, protože by byl neuvěřitelně velký. Pro představu by to pokrylo prostor 1000 m2.

Nyní, pokud chceme znát napětí, které může kondenzátor uložit, s vědomím náboje a Faradů kondenzátoru, pak můžeme vyřešit napětí z předchozí rovnice:

V = q/C

Kondenzátor 3

Nabíjení a vybíjení kondenzátoru

Jednou z charakteristik kondenzátoru je, že jeho vybití je progresivní a není okamžité. Kondenzátor má dobu vybití. Tato vlastnost umožňuje kondenzátoru mít další aplikace, jako jsou časovače a filtry v elektrickém obvodu.

Když je kondenzátor plně nabitý, umožňuje průchod napětí. Když je napájení odpojeno, kondenzátor začne postupně uvolňovat napětí směrem k zátěži nebo prvku, který napětí spotřebovává.

Z důvodu ochrany kondenzátoru je kondenzátoru obvykle předřazen odpor. I když má kondenzátor malý vnitřní odpor, je zanedbatelný, a pokud není věnována pozornost ochraně kondenzátoru, může dojít k jeho poškození a dokonce k výbuchu.

Nabíjení kondenzátoru

Abychom jednoduše vysvětlili chování kondenzátoru při nabíjení, použijeme k jeho ilustraci nejpoužívanější příklad:

Uvažujme obvod, kde je zdroj energie, jako je baterie, odpor s názvem R1, který je zodpovědný za řízení toku proudu, který dosáhne kondenzátoru, aby jej chránil. Také přepínač, který umožňuje nabíjení nebo vybíjení kondenzátoru, a nakonec odpor nazývaný R2, který bude představovat zařízení, které spotřebovává proud.

Kondenzátor 4

V první řadě vidíme, jak je přepínač uspořádán tak, aby byl kondenzátor v sérii s napájecím zdrojem a odporem, mimochodem musíme zdůraznit, že tento odpor se nazývá odpor zátěže.

V tomto okamžiku je kondenzátor nabíjen kontrolovaným způsobem díky nabíjecímu odporu. Tato kombinace odporu a kondenzátoru vám umožňuje nastavit časovače, které jsme zmínili dříve. To je dáno skutečností, že odpor brání volnému průchodu proudu, takže proudění proudu obvodem trvá déle, takže poté, co projde kondenzátorem, chvíli trvá, než se nabije.

Dobu, za kterou se kondenzátor nabije, lze vypočítat pomocí následující rovnice:

t1 = 5 x R1 x C

Kde:

t1: je doba nabíjení. Jeho jednotka je milisekund (já)

R1: je odpor zátěže. Jeho jednotka je ohm (Ω).

C: je kapacita kondenzátoru. Jeho jednotkou je Farads (F)

Tato rovnice nám umožňuje potvrdit, že čím vyšší je odpor zátěže a / nebo čím větší je kapacita kondenzátoru, tím delší je doba nabíjení. Což lze ověřit v následujícím grafu.

Kondenzátor 5

Možná si říkáte, co by se stalo, kdybychom nezapnuli zatěžovací odpor. Teoreticky by se kondenzátor okamžitě nabil. Jak jsme však zmínili dříve, toto se nedoporučuje, protože kondenzátory mohou přijímat pouze malý proud. Pokud si vzpomeneme na Ohmův zákon, můžeme vidět, že:

I = V/R

Kde:

I: je aktuální. Jeho jednotkou jsou ampéry (A)

V: je napětí. Jeho jednotkou jsou volty (V)

A: to je odpor. Jeho jednotkou je Ohm (Ω)

Pokud odpor má tendenci nebo je roven 0, znamenalo by to, že proud bude prakticky nekonečný nebo alespoň velmi velký. Kondenzátor může podporovat napájení pouze z nižšího proudu. Stručně řečeno, pokud není umístěn žádný typ zatěžovacího odporu, kondenzátor nemusí odolat tomuto proudu a vyhoří.

Nyní předpokládejme, že se kondenzátor již nabil, co se tedy stane? Vraťme se k Ohmovu zákonu, jak napětí stoupá, a protože je zachována hodnota odporu, hodnota proudu má tendenci k nule.

Jak již víme, funkcí kondenzátoru je ukládat napětí nebo napětí. To znamená, že jak se kondenzátor nabíjí, v tomto bodě je vyšší napětí. Protože odpor nemění svoji hodnotu, má proud tendenci k nule. Stručně řečeno, jakmile je kondenzátor nabitý, chová se jako otevřený obvod nebo jako spínač, který brání průchodu proudu, ačkoli v tomto bodě bude napětí nebo napětí.

Vybití kondenzátoru

Nyní si představme inverzní případ. V okamžiku, kdy spínač změní polohu, a kondenzátor je umístěn v sérii s odporem R2, kondenzátor se začne vybíjet. Proč? No, protože odpor R2 představuje spotřebu obvodu a tento odpor bude vyžadovat napájení v obvodu, ve kterém je uzavřen. Toto napájení bude zajištěno kondenzátorem, čímž se vybije potenciální rozdíl, který je uložen.

Kondenzátor 6

Stejně jako u nabíjení není stahování okamžité, ale postupně. A stejně jako u nabíjení je rovnice pro odhad doby vybití stejná. To znamená, že doba potřebná k vybití kondenzátoru závisí na odporu R2 a kapacitoru kondenzátoru. Podobně zde rovnici znovu aktualizujeme:

t1 = 5 x R1 x C

Kde:

t2: je doba nabíjení. Jeho jednotka je milisekunda (ms)

R2: je odpor zátěže. Jeho jednotka je ohm (Ω).

C: je kapacita kondenzátoru. Jeho jednotkou je Farads (F)

Tento typ obvodu by mohl řídit například dobu zapnutí zařízení.

Kondenzátor jako filtr

Další aplikací, pro kterou se kondenzátory často používají, je filtr. To je možné díky jeho charakteristice postupného nabíjení a vybíjení a tento jev se používá k čištění nečistot ze signálů nebo elektrické vlny.

Vezmeme -li počáteční obvod jako příklad, ale v tomto případě se zdrojem střídavého proudu. Kondenzátor se začne nabíjet, dokud nedosáhne své maximální skladovací kapacity, pak tok proudu ustane a zátěž začne být dodávána napětím, které v kondenzátoru existuje. Jakmile se kondenzátor začne vybíjet, napájecí zdroj pokračuje v nabíjení kondenzátoru, aniž by čekal na úplné vybití.

To může být vizuálně snáze pochopitelné:

Kondenzátor 7

Jak je vidět, vlna střídavého napájecího zdroje je sinusová a díky vlastnosti kondenzátoru je možné vlnu usměrnit přímým napájením. To je velmi užitečné pro napájecí zdroje používané například počítači. Mnoho zařízení nemůže pracovat se střídavým proudem, ale se stejnosměrným proudem, a to je, když napájecí zdroje vstupují jako prostředník. K dosažení tohoto cíle mají tyto napájecí zdroje samozřejmě mnohem více komponent.

 Typy kondenzátorů

Kondenzátory nebo kondenzátory mohou mít různé klasifikace. Dále začneme klasifikací kondenzátorů podle jejich typu dielektrika:

Kvůli svému dielektriku

Kondenzátory jsou klasifikovány podle dielektrika, které mají. Existují takzvané elektrolytické kondenzátory, jsou to ty, které mají polaritu, to znamená, že mají kladnou svorku nebo „nohu“ a zápornou svorku. Pokud jsou připojeny s obrácenou polaritou, dojde k poškození kondenzátoru.

Tyto elektrolytické kondenzátory, na rozdíl od jiných kondenzátorů, jsou, že používají vodivou iontovou kapalinu. Tato kapalina je chemický roztok, který se běžně skládá z kyseliny borité nebo boritanu sodného s ethylenglykolovými cukry. Tato kapalina vstupuje jako náhrada za jednu z vodivých desek nebo listů kondenzátoru.

Na rozdíl od elektrolytických kondenzátorů nemají kondenzátory, jejichž dielektrikum je vzduch, keramika, papír nebo jiné, nastavenou polaritu. Kromě toho mají uvnitř dvě desky a žádnou vnitřní kapalinu.

Oba typy kondenzátorů mají své aplikace, takže nebylo možné je navzájem nahradit, přestože mají odlišná dielektrika.

Stručně řečeno, existují kondenzátory:

  • Elektrolytický
  • Keramika
  • Z papíru
  • Ze vzduchu
  • Variabilní kondenzátor

Fixní nebo variabilní

Stejně jako odpory existují kondenzátory s pevnou kapacitou a také kondenzátory, jejichž kapacitu lze měnit. Toho je dosaženo úpravou mezery mezi jejich deskami pomocí knoflíku, jako je potenciometr nebo variabilní odpor.

Podle jeho tvaru

Kondenzátory se mohou lišit v designu, s diskovými, perličkovými a trubkovými kondenzátory, jak je uvedeno níže.

Kód kondenzátorů

Existuje několik kondenzátorů, které udávají hodnotu své kapacity pomocí tabulky barev, velmi podobné té, kterou používají rezistory.

Barevný kód

První barva označuje hodnotu první, druhá hodnoty druhého obrázku, třetí je exponent, který zvyšuje na 10, to znamená, že 10 bude zvýšeno na číslo, které třetí barva představuje. Čtvrtá barva označuje procento variací, to znamená, že to může být například o 10% více nebo 10% k hodnotě, která udává kapacitu. Nakonec pátá barva označuje nabíjecí napětí nebo napětí. Všechny tyto kondenzátory mají picofarady na jednotku.

Hodnota barev přichází v komerční tabulce, která je následující:

Japonský kód

Existuje další typ kódu pro identifikaci kapacity kondenzátoru - typ kódu, který se nazývá japonský kód nebo kód 101. Tento kód se skládá ze tří čísel, která jsou na kondenzátoru viditelná.

První dvě číslice tvoří číslo, které musí být vynásobeno 10 zvýšenými na třetí číslo, přičemž picofarad zůstane jednotkou. Například:

Tento kondenzátor má podle kódu čísla 104. Způsob výpočtu kapacity tohoto kondenzátoru je tedy následující:

10 X 104 = 100000 0,1 pF = XNUMX uF

Alfanumerický kód

Existuje další kód pro identifikaci materiálu a kapacity kondenzátoru, který používá kombinaci písmen a číslic. Existuje mnoho způsobů, jak prezentovat tento kód, které kombinují čísla a písmena, a jsou tak rozmanité, že se opravdu nevyplatí se je učit, proto se místo toho doporučuje nahlédnout do datového listu výrobce.

Kondenzátory v sérii a paralelně

Stejně jako odpory, poloha kondenzátorů v sérii nebo paralelně generuje chování v celkové kapacitě. Začněme se podívat na jev, který se stane, když jsou kondenzátory v sérii.

Kondenzátory v sérii

Když jsou kondenzátory v sérii, kapacita každého kondenzátoru se chová následovně:

Vzniká rovnice:

Vt = V1 + V2

Kde:

Vt: celkové napětí

V1: napětí prvního kondenzátoru

V2: napětí druhého kondenzátoru

Vraťme se k rovnici pro výpočet kapacity kondenzátoru:

C = q/V

Kde:

q = je náboj, který každá deska ukládá. Jeho jednotkou je Coulomb (C)

V = je rozdíl napětí, napětí nebo potenciálu mezi dvěma listy nebo vodiči kondenzátoru. Jeho jednotkou jsou volty (V)

A že bylo možné vyčistit V následujícím způsobem:

V = q/C

Nyní, když nahradíme každý V každého kondenzátoru v obvodu předchozím výrazem, získáme to;

1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3… 1 / Cn

Paralelní kondenzátory

V tomto případě, protože kondenzátory jsou paralelní, napětí, které každý kondenzátor přijímá, je stejné jako napětí napájecího zdroje, takže musíme:

Vt = V1 = V2 = V3… Vn

kde

Vt: je celkové nebo zdrojové napětí

V1: Napětí prvního kondenzátoru

V2. Napětí druhého kondenzátoru

V3: Napětí třetího kondenzátoru

Opět se vrátíme k výrazu, který nám umožňuje odhadnout hodnotu napětí podle zátěže a hodnoty kapacity:

V = q/C

A pokračujeme k nahrazení každého V každého kondenzátoru obvodu předchozím výrazem, získáme, že:

C = C1 + C2 + C3… + Cn

Kondenzátor používá

Kondenzátor je jednou z nejzákladnějších součástí elektroniky. Je téměř nemožné dnes zmínit zařízení, které ve svém provedení nevyžaduje kondenzátory. Dále zmíníme některé z nejběžnějších aplikací, kde se kondenzátor nachází.

  • Baterie a paměti: Díky své úložné kapacitě je možné paralelně umístit několik kondenzátorů pro zvýšení nabíjecí kapacity.
  • Filtry: Jsou široce používány v elektrických sítích, protože mohou eliminovat zvlnění a šum ze sítě, nebo v opačném případě, takže harmonické generované vnitřními elektrickými sítěmi jsou filtrovány před návratem do sítě. V telekomunikacích je jeho filtrační kapacita široce používána k vytváření frekvenčních pásem a také ke snížení nebo odstranění rušení.
  • Zdroje energie: Jeho postupné chování při nabíjení a vybíjení umožňuje usměrňování vln, což je u napájecích zdrojů zásadní pro transformaci střídavých proudů na stejnosměrné, protože většina elektronických zařízení pracuje interně se stejnosměrným proudem, ale elektrická služba pracuje se střídavým proudem. Proto jsou zdroje energie nezbytné pro provoz zařízení a mezi součástmi, které jej tvoří, hraje kondenzátor nezastupitelnou roli.
  • Impedanční adaptéry: Kondenzátory mohou vybíjet a nabíjet energii v prakticky zanedbatelných časových obdobích, což umožňuje rezistivitě rezonovat s jinými součástmi, takže dva obvody s různými impedancemi lze spojit nebo pracovat společně.

To je však jen několik z jeho několika použití, které můžeme zmínit. Kondenzátory mají uplatnění v elektronice, velkých elektrických sítích, telekomunikacích a dalších. Z našich počítačů, mobilních telefonů, ledniček, digitálních hodin, televizorů a mnoha dalších vynálezů mají uvnitř kondenzátory jako nezbytnou součást sady, která tvoří a oživuje zařízení nebo vybavení.

Závěry

Aplikace, které dnes elektronika má, jsou v našem každodenním životě tak důležité, že je prakticky nemožné přežít ve světě, kde již neexistuje. A tento obrovský svět pokročilých technologií začíná ve svých nejskromnějších základech, stejně jako každá součást, která je součástí elektroniky.

To je případ kondenzátoru, součásti vyrobené z velmi jednoduchých materiálů, což z něj činí jednu ze základních součástí elektroniky, ale díky jeho chování není možné, aby nebyl nalezen ve všech existujících elektronických zařízeních .

Rozvoj elektroniky byl bezpochyby zásadní hybnou silou, která vydláždila cestu pro rozvoj technologií v různých disciplínách. A i když kondenzátor sám o sobě není příliš užitečný, když je kombinován s jinými komponenty, sofistikované vybavení jako např RAM paměťové kartypočítače, roboti, drony, mobilní telefony, servery a mnohem více.


Buďte první komentář

Zanechte svůj komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Povinné položky jsou označeny *

*

*

  1. Odpovědný za data: Actualidad Blog
  2. Účel údajů: Ovládací SPAM, správa komentářů.
  3. Legitimace: Váš souhlas
  4. Sdělování údajů: Údaje nebudou sděleny třetím osobám, s výjimkou zákonných povinností.
  5. Úložiště dat: Databáze hostovaná společností Occentus Networks (EU)
  6. Práva: Vaše údaje můžete kdykoli omezit, obnovit a odstranit.