Elektrischer Kondensator: Was ist das? Funktionen, Bedeutung und mehr

Die Welt der Elektronik war das Sprungbrett, das die Technologie vorantreiben musste. Und dieses Sprungbrett besteht aus kleinen Teilen wie dem Kondensator. In diesem kuriosen Beitrag erfahren Sie im Detail Was ist ein elektrischer Kondensator?, die verschiedenen Funktionen, die damit angewendet werden und seine große Bedeutung in verschiedenen Bereichen.

Kondensator

Um das Studium des Kondensators zu beginnen, werden wir zuerst erklären was ist ein kondensator. Es ist ein passives elektrisches Bauteil, d. h. es erzeugt selbst keinen Strom, kann elektrische Ladung speichern und später wieder abgeben. Du findest ihn als Kondensator oder Kondensator. Die Ladung, die es im Inneren hält, ist eine Potential- oder Spannungsdifferenz.

Die Geschichte der Stifterzählung entsteht 1745, als der Deutsche Ewald Georg von Kleist erkannte, dass man elektrische Ladung speichern kann. Dies entstand durch einen Unfall, als er einen elektrostatischen Generator mit einem Kabel an eine Wassermenge anschloss, die sich in einem Glaskrug oder einer Glasflasche befand. Als er das Kabel entfernte und seine Hand darauf legte.

Es verging kein Jahr, als der niederländische Physiker Pieter van Musschenbroek einen Kondensator mit denselben Eigenschaften erfand. In Gedenken an die Universität, an der er arbeitete, nannte er diesen Kondensator "die Leydener Flasche".

Wie funktioniert ein Kondensator?

Jetzt mal sehen So funktioniert ein Kondensator y wofür ist ein kondensator. Die Speicherung der elektrischen Ladung erfolgt durch die Verwendung von zwei Platten aus leitfähigem Material, wie beispielsweise Tantal, die durch dielektrisches Material, beispielsweise Luft, getrennt sind.

Bevor Sie fortfahren, ist es wichtig, ein Dielektrikum nicht mit einem vollständig isolierenden Material zu verwechseln. Das heißt, alle Dielektrika sind Isolatoren, aber dies macht nicht notwendigerweise alle Isolatoren dielektrisch. Dielektrische Materialien haben die Fähigkeit, leitfähig zu werden, wenn sie einer großen elektrischen Ladung ausgesetzt werden, und die Durchschlagsfestigkeit zu brechen. Einige dieser Materialien können sein: Keramik, Papier, Wachs, Glas, Öl, unter anderem. Vollisolierende Materialien sind solche, die unabhängig von der elektrischen Ladung kein Leiter sind, ein Beispiel ist Gummi.

Nun werden die Platten im Kondensator, die von einer Stromquelle gespeist werden, zu gleichen Teilen elektrisch geladen, jedoch mit unterschiedlichen Vorzeichen. Dies bedeutet, dass eine Ladung positiv (+ q) ist und die andere Ladung die gleiche Größe hat, aber eine negative Ladung (-q).

Im Allgemeinen werden in Kondensatoren Luft, Papier, Tantal, Aluminium und Keramik als dielektrisches Material verwendet, auch werden in einigen Kondensatoren bestimmte Kunststoffe verwendet.

Die Speicherkapazität, die ein Kondensator oder Kondensator hat, wird in der Einheit Farad berechnet. Der Bereich, in dem die meisten elektrischen Kondensatoren zu finden sind, reicht von Pico (pF) bis Mikro (uF) Farad. Die Gleichung zur Berechnung der Kapazität eines Kondensators lautet:

C=q/V

Wo:

q = ist die Ladung, die jede Platte speichert. Seine Einheit ist Coulomb (C)

V = ist die Spannung, Spannung oder Potentialdifferenz zwischen den beiden Platten oder Leitern des Kondensators. Seine Einheit ist Volt (V)

Wenn wir diese Formel anwenden, wenn wir die Werte für Last 1 und für Spannung 1 annehmen, würden wir 1 Farad erhalten. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, da ein Kondensator dieser Kapazität nicht existiert, weil er unglaublich groß wäre. Um eine Idee zu bekommen, würde es den Raum von 1000 m² abdecken².

Wenn wir nun die Spannung wissen möchten, die ein Kondensator speichern kann, wenn wir die Ladung und die Farad des Kondensators kennen, können wir nach der Spannung aus der vorherigen Gleichung auflösen:

V=q/C

Laden und Entladen eines Kondensators

Eine der Eigenschaften des Kondensators besteht darin, dass seine Entladung fortschreitend und nicht sofort erfolgt. Ein Kondensator hat eine Entladezeit. Diese Eigenschaft ermöglicht dem Kondensator andere Anwendungen wie Timer und Filter in einem elektrischen Schaltkreis.

Wenn ein Kondensator vollständig geladen ist, lässt er die Spannung durch. Wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, beginnt der Kondensator allmählich die Spannung an die Last oder das Element, das die Spannung verbraucht, abzugeben.

Im Allgemeinen ist dem Kondensator aus Gründen des Kondensatorschutzes immer ein Widerstand vorgeschaltet. Selbst wenn ein Kondensator einen kleinen Innenwiderstand hat, ist dieser vernachlässigbar, und wenn der Kondensator nicht geschützt wird, kann er beschädigt werden und sogar explodieren.

Kondensatorladung

Um das Verhalten eines Kondensators beim Laden einfach zu erklären, verwenden wir das am häufigsten verwendete Beispiel, um es zu veranschaulichen:

Betrachten wir eine Schaltung mit einer Stromquelle wie einer Batterie, einem Widerstand namens R1, der für die Steuerung des Stromflusses verantwortlich ist, der den Kondensator erreicht, um ihn zu schützen. Außerdem ein Schalter, der das Laden oder Entladen des Kondensators ermöglicht, und schließlich ein Widerstand namens R2, der das Gerät darstellt, das den Strom verbraucht.

An erster Stelle sehen wir, wie der Schalter so angeordnet ist, dass der Kondensator in Reihe mit der Stromversorgung und dem Widerstand liegt. Wir müssen übrigens betonen, dass dieser Widerstand als Lastwiderstand bezeichnet wird.

In diesem Moment wird der Kondensator durch den Ladewiderstand kontrolliert aufgeladen. Mit dieser Kombination aus Widerstand und Kondensator können Sie die bereits erwähnten Timer einstellen. Dies liegt an der Tatsache, dass der Widerstand den freien Stromfluss verhindert, so dass der Strom länger braucht, um durch den Stromkreis zu wandern, so dass er dann durch den Kondensator fließt, es dauert eine Weile, bis er aufgeladen ist.

Die Ladezeit eines Kondensators lässt sich mit folgender Gleichung berechnen:

t1 = 5 x R1 x C

Dónde:

t1: ist die Ladezeit. Seine Einheit ist Millisekunden (me)

R1: ist der Lastwiderstand. Seine Einheit ist Ohm (Ω).

C: ist die Kapazität des Kondensators. Seine Einheit ist Farad (F)

Diese Gleichung erlaubt es uns zu bestätigen, dass die Ladezeit umso länger ist, je höher der Lastwiderstand und / oder je größer die Kapazität eines Kondensators ist. Was in der folgenden Grafik verifiziert werden kann.

Sie fragen sich vielleicht, was passieren würde, wenn wir den Lastwiderstand nicht setzen. Theoretisch würde sich der Kondensator sofort aufladen. Dies wird jedoch, wie bereits erwähnt, nicht empfohlen, da Kondensatoren nur einen geringen Strom aufnehmen können. Wenn wir uns an das Ohmsche Gesetz erinnern, können wir Folgendes sehen:

Ich = V / R

Wo:

I: ist der Strom. Seine Einheit ist Ampere (A)

V: ist die Spannung. Seine Einheit ist Volt (V)

A: Es ist Widerstand. Seine Einheit ist das Ohm (Ω)

Wenn der Widerstand gegen 0 strebt oder gleich XNUMX ist, würde dies bedeuten, dass der Strom praktisch unendlich oder zumindest sehr groß wäre. Der Kondensator kann nur die Speisung mit einem niedrigeren Strom unterstützen. Kurz gesagt, wenn kein Lastwiderstand angebracht ist, kann der Kondensator diesem Strom möglicherweise nicht standhalten und brennt durch.

Nehmen wir nun an, der Kondensator ist bereits aufgeladen, was passiert also? Kehren wir zum Ohmschen Gesetz zurück, da die Spannung steigt und da der Widerstandswert beibehalten wird, tendiert der Stromwert gegen Null.

Wie wir bereits wissen, besteht die Funktion des Kondensators darin, Spannung oder Spannung zu speichern. Dies bedeutet, dass beim Aufladen des Kondensators an diesem Punkt eine höhere Spannung anliegt. Da der Widerstand seinen Wert nicht ändert, geht der Strom gegen Null. Kurz gesagt, sobald ein Kondensator geladen ist, verhält er sich wie ein offener Stromkreis oder ein Schalter, der den Stromfluss verhindert, obwohl an diesem Punkt Spannung oder Spannung anliegt.

Kondensatorentladung

Nun stellen wir den umgekehrten Fall vor. Sobald der Schalter seine Position ändert und der Kondensator in Reihe mit dem Widerstand R2 geschaltet wird, beginnt sich der Kondensator zu entladen. Warum Nun, weil der Widerstand R2 den Verbrauch des Stromkreises darstellt, und dieser Widerstand muss geliefert werden, wenn der Stromkreis geschlossen ist. Diese Versorgung wird vom Kondensator bereitgestellt, der die gespeicherte Potenzialdifferenz entlädt.

Wie beim Laden erfolgt der Download nicht sofort, sondern schrittweise. Und wie beim Laden ist die Gleichung zur Schätzung der Entladezeit dieselbe. Dies bedeutet, dass die Zeit, die zum Entladen des Kondensators benötigt wird, vom Widerstand von R2 und der Kapazität des Kondensators abhängt. Ebenso aktualisieren wir hier die Gleichung erneut:

t1 = 5 x R1 x C

Dónde:

t2: ist die Ladezeit. Seine Einheit ist Millisekunden (ms)

R2: ist der Lastwiderstand. Seine Einheit ist Ohm (Ω).

C: ist die Kapazität des Kondensators. Seine Einheit ist Farad (F)

Diese Art von Schaltung könnte beispielsweise die Zeit steuern, zu der ein Gerät eingeschaltet ist.

Der Kondensator als Filter

Eine weitere Anwendung, für die Kondensatoren häufig verwendet werden, sind Filter. Dies ist dank seiner Eigenschaft des allmählichen Ladens und Entladens möglich, und dieses Phänomen wird verwendet, um Verunreinigungen aus den Signalen oder der elektrischen Welle zu entfernen.

Nehmen wir als Beispiel die Ausgangsschaltung, aber in diesem Fall mit einer Wechselstromversorgung. Der Kondensator beginnt sich aufzuladen, bis er seine maximale Speicherkapazität erreicht hat, dann hört der Stromfluss auf und die Last wird durch die im Kondensator vorhandene Spannung versorgt. Sobald sich der Kondensator zu entladen beginnt, lädt das Netzteil den Kondensator wieder auf, ohne darauf zu warten, dass er vollständig entladen ist.

Dies kann visuell leichter zu verstehen sein:

Wie Sie sehen, ist die Welle der Wechselstromversorgung sinusförmig und dank der Eigenschaft des Kondensators ist es möglich, die Welle bei einer direkten Versorgung gleichzurichten. Dies ist sehr nützlich für Netzteile, die beispielsweise von Computern verwendet werden. Viele Geräte können nicht mit Wechselstrom, sondern mit Gleichstrom arbeiten und da treten die Netzteile als Vermittler ein. Natürlich verfügen diese Netzteile über viele weitere Komponenten, um dieses Ziel zu erreichen.

 Arten von Kondensatoren

Kondensatoren oder Kondensatoren können unterschiedliche Klassifizierungen haben. Als nächstes beginnen wir mit der Klassifizierung von Kondensatoren nach ihrem Dielektrikumstyp:

Wegen seines Dielektrikums

Kondensatoren werden nach ihrem Dielektrikum klassifiziert. Es gibt sogenannte Elektrolytkondensatoren, das sind solche, die eine Polarität haben, dh sie haben einen Pluspol oder "Bein" und einen Minuspol. Bei verpoltem Anschluss wird der Kondensator beschädigt.

Diese Elektrolytkondensatoren verwenden im Gegensatz zu anderen Kondensatoren eine leitfähige ionische Flüssigkeit. Diese Flüssigkeit ist eine chemische Lösung, die üblicherweise aus Borsäure oder Natriumborat mit Ethylenglykolzucker besteht. Diese Flüssigkeit tritt als Ersatz für eine der leitfähigen Platten oder Platten des Kondensators ein.

Im Gegensatz zu Elektrolytkondensatoren haben Kondensatoren, die Luft, Keramik, Papier oder andere als Dielektrikum haben, keine festgelegte Polarität. Darüber hinaus haben sie zwei Platten im Inneren und keine interne Flüssigkeit.

Beide Arten von Kondensatoren haben ihre Anwendungen, daher war es nicht möglich, die Kondensatoren untereinander zu ersetzen, obwohl sie unterschiedliche Dielektrika haben.

Kurz gesagt gibt es Kondensatoren:

• Elektrolyt
• Keramik
• Aus Papier
• Aus Luft
• Variabler Kondensator

Fest oder variabel

Wie Widerstände gibt es Kondensatoren mit fester Kapazität und auch Kondensatoren, deren Kapazität variiert werden kann. Dies wird erreicht, indem der Abstand zwischen ihren Platten mit einem Knopf wie einem Potentiometer oder einem variablen Widerstand eingestellt wird.

Entsprechend seiner Form

Die Kondensatoren können in ihrer Bauart variieren, vorhandene Scheiben-, Perl- und Röhrenkondensatoren, wie unten dargestellt.

Kondensator-Code

Es gibt einige Kondensatoren, die ihren Kapazitätswert anhand einer Farbtabelle anzeigen, die der von Widerständen sehr ähnlich ist.

Farbcode

Die erste Farbe gibt den Wert der ersten an, die zweite den der zweiten Zahl, die dritte ist der Exponent, der auf 10 erhöht wird, dh 10 wird auf die Zahl erhöht, die die dritte Farbe darstellt. Die vierte Farbe gibt den Prozentsatz der Abweichung an, dh sie kann beispielsweise 10 % mehr oder 10 % des Wertes betragen, der die Kapazität angibt. Schließlich zeigt die fünfte Farbe die Ladespannung oder -spannung an. Alle diese Kondensatoren haben Picofarad pro Einheit.

Der Wert der Farben wird in einer kommerziellen Tabelle angegeben, die wie folgt lautet:

Japanischer Code

Es gibt eine andere Art von Code, um die Kapazität eines Kondensators zu identifizieren, eine Art von Code, der als japanischer Code oder Code 101 bezeichnet wird. Dieser Code besteht aus drei Zahlen, die auf dem Kondensator sichtbar sind.

Die ersten beiden Ziffern bilden eine Zahl, die mit 10 multipliziert werden muss, um die dritte Zahl zu erhöhen, wobei das Picofarad als Einheit erhalten bleibt. Zum Beispiel:

Dieser Kondensator hat per Code die Nummern 104. Die Kapazität dieses Kondensators kann also folgendermaßen berechnet werden:

10 x 10cm⁴ = 100000 pF = 0,1 uF

Alphanumerischer Code

Es gibt einen weiteren Code zur Identifizierung des Materials und der Kapazität eines Kondensators, der die Kombination von Buchstaben und Zahlen verwendet. Es gibt viele Möglichkeiten, diesen aus Zahlen und Buchstaben zusammengesetzten Code zu präsentieren, und sie sind so vielfältig, dass es sich nicht wirklich lohnt, sie zu lernen, daher wird empfohlen, stattdessen das Datenblatt des Herstellers zu konsultieren.

Kondensatoren in Reihe und parallel

Die Anordnung der Kondensatoren in Reihe oder parallel erzeugt wie bei den Widerständen ein Verhalten in der Gesamtkapazität. Beginnen wir mit dem Phänomen, das auftritt, wenn Kondensatoren in Reihe geschaltet sind.

Kondensatoren in Serie

Wenn Kondensatoren in Reihe geschaltet sind, verhält sich die Kapazität jedes Kondensators wie folgt:

Es ergibt sich die Gleichung:

Vt = V1 + V2

Wo:

Vt: Gesamtspannung

V1: Spannung des ersten Kondensators

V2: Spannung des zweiten Kondensators

Gehen wir zurück zur Gleichung, um die Kondensatorkapazität zu berechnen:

C=q/V

Wo:

q = ist die Ladung, die jede Platte speichert. Seine Einheit ist Coulomb (C)

V = ist die Spannung, Spannung oder Potentialdifferenz zwischen den beiden Platten oder Leitern des Kondensators. Seine Einheit ist Volt (V)

Und dass es möglich war, V auf folgende Weise zu löschen:

V=q/C

Wenn wir nun jedes V jedes Kondensators in der Schaltung durch den vorherigen Ausdruck ersetzen, erhalten wir das;

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

Parallelkondensatoren

Da in diesem Fall die Kondensatoren parallel geschaltet sind, ist die Spannung, die jeder Kondensator empfängt, die gleiche wie die des Netzteils, also müssen wir:

Vt = V1 = V2 = V3… Vn

Wo

Vt: ist die Gesamt- oder Quellenspannung

V1: Spannung des ersten Kondensators

V2. Spannung des zweiten Kondensators

V3: Spannung des dritten Kondensators

Nochmals, wenn wir zu dem Ausdruck zurückkehren, der es uns ermöglicht, den Spannungswert entsprechend der Last und dem Kapazitätswert zu schätzen:

V=q/C

Und wir fahren fort, jedes V jedes Kondensators der Schaltung durch den vorherigen Ausdruck zu ersetzen, wir erhalten Folgendes:

C = C1 + C2 + C3… + Cn

Kondensator verwendet

Der Kondensator ist eine der grundlegendsten Komponenten der Elektronik. Es ist heute fast unmöglich, ein Gerät zu erwähnen, das in seinem Design keine Kondensatoren benötigt. Als nächstes werden wir einige der häufigsten Anwendungen erwähnen, bei denen der Kondensator zu finden ist.

• Batterien und Speicher: Dank seiner Speicherkapazität ist es möglich, mehrere Kondensatoren parallel zu schalten, um die Ladekapazität zu erhöhen.
• Filter: Sie werden häufig in elektrischen Netzen verwendet, da sie die Welligkeit und das Rauschen aus dem Netz eliminieren können oder im umgekehrten Fall, so dass die von den internen elektrischen Netzen erzeugten Oberwellen gefiltert werden, bevor sie in das Netz zurückkehren. In der Telekommunikation wird seine Filterkapazität weit verbreitet verwendet, um Frequenzbänder einzurichten und auch um Störungen zu reduzieren oder zu beseitigen.
• Energiequellen: Sein graduelles Lade- und Entladeverhalten ermöglicht eine Wellengleichrichtung, die in Stromversorgungen unerlässlich ist, um Wechselströme in Gleichstrom umzuwandeln, da die meisten elektronischen Geräte intern mit Gleichstrom arbeiten, elektrische Dienste jedoch mit Wechselstrom arbeiten. Aus diesem Grund sind Stromquellen für den Betrieb von Geräten erforderlich, und unter den Komponenten, aus denen er besteht, spielt der Kondensator eine unersetzliche Rolle.
• Impedanzadapter: Kondensatoren können Energie in praktisch vernachlässigbaren Zeiträumen entladen und aufladen, und dies ermöglicht, dass der spezifische Widerstand zusammen mit anderen Komponenten mitschwingt, so dass zwei Schaltungen mit unterschiedlichen Impedanzen gekoppelt oder zusammengearbeitet werden können.

Dies sind jedoch nur einige der wenigen Verwendungen, die wir erwähnen können. Kondensatoren finden Anwendungen in der Elektronik, in großen elektrischen Netzwerken, in der Telekommunikation und anderen. In unseren Computern, Mobiltelefonen, Kühlschränken, Digitaluhren, Fernsehern und vielen anderen Erfindungen sind Kondensatoren als wesentlicher Bestandteil des Sets enthalten, das Geräte oder Ausrüstungen zum Leben erweckt.

Schlussfolgerungen

Die Anwendungen, die die Elektronik heute hat, sind in unserem täglichen Leben so wichtig, dass es praktisch unmöglich ist, in einer Welt zu überleben, in der sie nicht mehr existiert. Und diese riesige Welt fortschrittlicher Technologie beginnt in ihren bescheidensten Fundamenten, ebenso wie jede Komponente, die Teil der Elektronik ist.

Dies ist der Fall des Kondensators, einer Komponente aus sehr einfachen Materialien, die ihn zu einem der Grundkomponenten der Elektronik macht, aber aufgrund seines Verhaltens ist es unmöglich, dass er nicht in allen existierenden elektronischen Geräten zu finden ist .

Zweifellos war der Fortschritt der Elektronik ein grundlegender Treiber, der den Weg für die Weiterentwicklung von Technologien in verschiedenen Disziplinen geebnet hat. Und auch wenn der Verflüssiger allein in Kombination mit anderen Komponenten wenig sinnvoll ist, so sind doch ausgeklügelte Geräte wie RAM-Speicherkarten, Computer, Roboter, Drohnen, Handys, Server und vieles mehr.