Kondenzátory sú základnými komponentmi v oblasti elektroniky a zohrávajú kľúčovú úlohu v rôznych elektronických obvodoch. Pochopenie pojmov kapacity a náboja je nevyhnutné pre každého, kto sa chce ponoriť do oblasti elektrotechniky. V tomto článku budeme mať krátky úvod do kondenzátorov, vysvetlíme kapacitu a ponoríme sa do rovnice, ktorá riadi ich správanie.
Čo je kondenzátor
Kondenzátor je pasívna dvojpólová elektronická súčiastka, ktorá ukladá elektrickú energiu v elektrickom poli. Štruktúra kondenzátora obsahuje dve vodivé dosky, zvyčajne zložené z kovu, ktoré sú umiestnené oddelene od seba s dielektrickým materiálom medzi nimi. Keď sa na svorky kondenzátora aplikuje rozdiel napätia, akumuluje náboj na svojich doskách a vytvára medzi nimi elektrické pole.
Čo je kapacita
Kapacita je mierou toho, koľko elektrickej energie možno uložiť na jednotku napätia naprieč zariadením alebo komponentom. Jednotkou kapacity je Farad.
Čo je Charge
Náboj je opísaný ako prítomnosť elektrickej energie. Jeho symbol je Q a jeho jednotka je Coulomb.
Práca kondenzátorov
Keď sa cez svorky kondenzátora zavedie elektrické napätie, elektrické pole vytvorené medzi doskami iniciuje pohyb elektrónov. Záporná doska kondenzátora sa stáva zberným miestom pre elektróny, ktoré sa presunuli zo zápornej svorky zdroja napätia.
Súčasne rovnaký počet elektrónov opustí kladnú dosku kondenzátora a vráti sa na kladnú svorku zdroja napätia.
Táto akumulácia a prerozdelenie náboja pokračuje, až kým nie je kondenzátor úplne nabitý, kedy sa tok elektrónov zastaví, náboj uložený v kondenzátore možno určiť pomocou rovnice:
V danej rovnici „Q“ symbolizuje poplatok nahromadené v rámci kondenzátor , „C“ označuje kapacita a „V“ predstavuje aplikované napätie na kondenzátore.
Táto rovnica zobrazuje proporcionálny vzťah medzi kapacitou a aplikovaným napätím, čo ukazuje, že množstvo náboja držaného v kondenzátore priamo súvisí s oboma týmito premennými. Preto zvýšenie buď kapacity alebo napätia bude mať za následok vyššiu akumuláciu náboja.
Kapacita paralelného doskového kondenzátora
Kapacita kondenzátora je určená povrchom dosiek (A) a vzdialenosťou (d) medzi nimi, pričom oba faktory ovplyvňujú jeho celkovú kapacitu. Čím väčšia je plocha dosky, tým väčšia je kapacita, zatiaľ čo menšia vzdialenosť medzi doskami vedie k zvýšeniu kapacity. Tento vzťah je opísaný rovnicou:
Kondenzátory majú schopnosť uchovávať elektrickú energiu, pričom množstvo uloženej energie (U) je priamo úmerné druhej mocnine použitého napätia (V) a kapacite (C) kondenzátora. Rovnica pre energiu uloženú v kondenzátore je daná:
Poznanie energie uloženej v kondenzátore je nevyhnutné pre návrh obvodov, najmä v aplikáciách, kde je dôležité uvoľňovanie energie alebo okamžité požiadavky na výkon.
Kapacita sférického kondenzátora
Na výpočet kapacity guľového kondenzátora potrebujete poznať polomer vnútorných aj vonkajších vodivých guľôčok. Tvar kondenzátora a permitivita materiálu umiestneného medzi guľôčkami riadia kapacitu. Vzorec na výpočet kapacity guľového kondenzátora je:
Na druhej strane symbol „εᵣ“ sa používa na vyjadrenie relatívnej permitivity alebo dielektrickej konštanty materiálu umiestneného medzi guľami. Okrem toho „r₁“ označuje polomer vnútornej gule, zatiaľ čo „r₂“ označuje polomer vonkajšej gule.
Nahradením hodnôt polomeru a permitivity materiálu môžete vypočítať kapacitu guľového kondenzátora. Stojí za zmienku, že ak má vnútorná guľa zanedbateľný polomer alebo sa považuje za bodový náboj, kapacitný vzorec sa zjednoduší na:
V tomto prípade je kapacita určená výlučne polomerom vonkajšej gule a permitivitou materiálu.
Kapacita valcového kondenzátora
Na výpočet kapacity valcového kondenzátora potrebujete poznať dĺžku kondenzátora (L), polomer vnútorného vodiča (r₁) a polomer vonkajšieho vodiča (r₂). Tvar kondenzátora a permitivita materiálu umiestneného medzi guľôčkami riadia kapacitu. Vzorec na výpočet kapacity valcového kondenzátora je:
Na druhej strane symbol „εᵣ“ sa používa na vyjadrenie relatívnej permitivity alebo dielektrickej konštanty materiálu umiestneného medzi guľami. Okrem toho „r₁“ označuje polomer vnútornej gule, zatiaľ čo „r₂“ označuje polomer vonkajšej gule.
Záver
Kondenzátory sú rozhodujúce komponenty, pokiaľ ide o elektroniku, umožňujúce ukladanie energie a reguláciu napätia. Kapacita, meraná vo faradoch (F), kvantifikuje schopnosť kondenzátora ukladať náboj. Je priamo úmerná uloženému náboju (Q) a nepriamo úmerná napätiu (V) na svorkách kondenzátora.