Кондензаторите са основни компоненти в областта на електрониката и играят решаваща роля в различни електронни схеми. Разбирането на концепциите за капацитет и заряд е от съществено значение за всеки, който иска да навлезе в сферата на електротехниката. В тази статия ще имаме кратко въведение в кондензаторите, ще обясним капацитета и ще се задълбочим в уравнението, което управлява тяхното поведение.
Какво е кондензатор
Кондензаторът е пасивен електронен компонент с два извода, който съхранява електрическа енергия в електрическо поле. Структурата на кондензатор се състои от две проводими плочи, обикновено съставени от метал, които са разположени една от друга с диелектричен материал между тях. Когато се приложи разлика в напрежението през клемите на кондензатор, той натрупва заряд върху своите плочи, създавайки електрическо поле между тях.
Какво е капацитет
Капацитетът е мярка за това колко електрическа енергия може да се съхранява на единица напрежение в устройство или компонент. Единицата за капацитет е фарад.
Какво е такса
Зарядът се описва като наличие на електрическа енергия. Неговият символ е Q, а мерната му единица е кулон.
Работа на кондензатори
Когато електрическо напрежение се въведе през клемите на кондензатор, електрическото поле, установено между плочите, инициира движението на електрони. Отрицателната пластина на кондензатора се превръща в събирателна точка за електрони, които са се преместили от отрицателния извод на източника на напрежение.
Едновременно с това равен брой електрони напускат положителната пластина на кондензатора и се връщат към положителния извод на източника на напрежение.
Това натрупване и преразпределение на заряд продължава, докато кондензаторът е напълно зареден, в който момент потокът от електрони спира, зарядът, съхраняван в кондензатора, може да се определи с помощта на уравнението:
В даденото уравнение 'Q' символизира зареждане натрупани в рамките на кондензатор , „C“ означава капацитет и 'V' представлява приложеното напрежение върху кондензатора.
Това уравнение показва пропорционална връзка между капацитета и приложеното напрежение, показвайки, че количеството заряд, задържано в кондензатор, е пряко свързано с двете от тези променливи. Следователно увеличаването или на капацитета, или на напрежението ще доведе до по-високо натрупване на заряд.
Капацитет на кондензатор с паралелни пластини
Капацитетът на кондензатора се определя от повърхността на плочите (A) и разстоянието на разделяне (d) между тях, като и двата фактора оказват влияние върху общия му капацитет. Колкото по-голяма е площта на плочата, толкова по-голям е капацитетът, докато по-малкото разстояние между плочите води до увеличен капацитет. Тази връзка се описва с уравнението:
Кондензаторите притежават способността да съхраняват електрическа енергия, при което количеството съхранена енергия (U) е право пропорционално както на квадрата на приложеното напрежение (V), така и на капацитета (C) на кондензатора. Уравнението за енергията, съхранявана в кондензатор, се дава от:
Познаването на енергията, съхранявана в кондензатор, е жизненоважно за проектирането на вериги, особено в приложения, където освобождаването на енергия или моментните изисквания за мощност са важни.
Капацитет на сферичен кондензатор
За да изчислите капацитета на сферичен кондензатор, трябва да знаете радиуса както на вътрешната, така и на външната проводяща сфера. Формата на кондензатора и диелектричната проницаемост на материала, разположен между сферите, контролират капацитета. Формулата за изчисляване на капацитета на сферичен кондензатор е:
От друга страна, символът „εᵣ“ се използва за представяне на относителната диелектрична проницаемост или диелектрична константа на материала, разположен между сферите. Освен това 'r₁' означава радиуса на вътрешната сфера, докато 'r₂' означава радиуса на външната сфера.
Като заместите стойностите на радиуса и диелектричната проницаемост на материала, можете да изчислите капацитета на сферичния кондензатор. Струва си да се отбележи, че ако вътрешната сфера има незначителен радиус или се счита за точков заряд, формулата за капацитет се опростява до:
В този случай капацитетът се определя единствено от радиуса на външната сфера и диелектричната проницаемост на материала.
Капацитет на цилиндричен кондензатор
За да изчислите капацитета на цилиндричен кондензатор, трябва да знаете дължината на кондензатора (L), радиуса на вътрешния проводник (r₁) и радиуса на външния проводник (r₂). Формата на кондензатора и диелектричната проницаемост на материала, разположен между сферите, контролират капацитета. Формулата за изчисляване на капацитета на цилиндричен кондензатор е:
От друга страна, символът „εᵣ“ се използва за представяне на относителната диелектрична проницаемост или диелектрична константа на материала, разположен между сферите. Освен това 'r₁' означава радиуса на вътрешната сфера, докато 'r₂' означава радиуса на външната сфера.
Заключение
Кондензаторите са ключови компоненти, когато става дума за електроника, позволяващи съхранение на енергия и регулиране на напрежението. Капацитетът, измерен във фаради (F), определя количествено способността на кондензатора да съхранява заряд. Той е право пропорционален на съхранявания заряд (Q) и обратно пропорционален на напрежението (V) през клемите на кондензатора.