Kondenzatori su temeljne komponente u području elektronike i igraju ključnu ulogu u raznim elektroničkim sklopovima. Razumijevanje pojmova kapacitivnosti i naboja bitno je za svakoga tko želi zadubiti u područje elektrotehnike. U ovom ćemo članku imati kratak uvod u kondenzatore, objasniti kapacitet i proniknuti u jednadžbu koja upravlja njihovim ponašanjem.
Što je kondenzator
Kondenzator je pasivna elektronička komponenta s dva priključka koja pohranjuje električnu energiju u električnom polju. Struktura kondenzatora sastoji se od dvije vodljive ploče, obično sastavljene od metala, koje su razdvojene s dielektričnim materijalom između njih. Kada se razlika napona primijeni na terminale kondenzatora, on nakuplja naboj na svojim pločama, stvarajući električno polje između njih.
Što je kapacitivnost
Kapacitivnost je mjera koliko se električne energije može pohraniti po jedinici napona na uređaju ili komponenti. Jedinica kapaciteta je Farad.
Što je Charge
Naboj se opisuje kao prisutnost električne energije. Njegov simbol je Q, a jedinica mu je Kulon.
Rad kondenzatora
Kada se električni napon uvede preko priključaka kondenzatora, električno polje uspostavljeno između ploča pokreće gibanje elektrona. Negativna ploča kondenzatora postaje sabirna točka za elektrone koji su se pomaknuli s negativnog terminala izvora napona.
Istovremeno, jednak broj elektrona napušta pozitivnu ploču kondenzatora i vraća se na pozitivni terminal izvora napona.
Ova akumulacija i preraspodjela naboja nastavljaju se sve dok se kondenzator potpuno ne napuni, u kojoj točki prestaje protok elektrona, naboj pohranjen u kondenzatoru može se odrediti pomoću jednadžbe:
U danoj jednadžbi 'Q' simbolizira naplatiti akumulirano unutar kondenzator , 'C' označava kapacitet , a 'V' predstavlja primijenjeni napon preko kondenzatora.
Ova jednadžba prikazuje proporcionalni odnos između kapacitivnosti i primijenjenog napona, pokazujući da je količina naboja u kondenzatoru izravno povezana s obje ove varijable. Stoga će povećanje ili kapacitivnosti ili napona rezultirati većom akumulacijom naboja.
Kapacitet kondenzatora s paralelnim pločama
Kapacitet kondenzatora određen je površinom ploča (A) i razmakom (d) između njih, pri čemu oba faktora utječu na njegov ukupni kapacitet. Što je veća površina ploče, to je veći kapacitet, dok manji razmak između ploča dovodi do povećanja kapaciteta. Ovaj odnos je opisan jednadžbom:
Kondenzatori imaju sposobnost pohranjivanja električne energije, pri čemu je količina pohranjene energije (U) izravno proporcionalna kvadratu primijenjenog napona (V) i kapacitetu (C) kondenzatora. Jednadžba za energiju pohranjenu u kondenzatoru dana je na sljedeći način:
Poznavanje energije pohranjene u kondenzatoru ključno je za projektiranje strujnih krugova, posebno u primjenama gdje su važni oslobađanje energije ili trenutna snaga.
Kapacitet sfernog kondenzatora
Da biste izračunali kapacitet sferičnog kondenzatora, trebate znati polumjer unutarnje i vanjske vodljive sfere. Oblik kondenzatora i permitivnost materijala smještenog između kuglica kontroliraju kapacitet. Formula za izračunavanje kapaciteta sfernog kondenzatora je:
S druge strane, simbol 'εᵣ' koristi se za predstavljanje relativne permitivnosti ili dielektrične konstante materijala koji se nalazi između kuglica. Dodatno, 'r₁' označava radijus unutarnje sfere, dok 'r₂' označava radijus vanjske sfere.
Zamjenom vrijednosti radijusa i permitivnosti materijala, možete izračunati kapacitet sfernog kondenzatora. Vrijedno je napomenuti da ako unutarnja sfera ima zanemariv radijus ili se smatra točkastim nabojem, formula za kapacitet se pojednostavljuje na:
U ovom slučaju, kapacitet je isključivo određen polumjerom vanjske sfere i permitivnošću materijala.
Kapacitet cilindričnog kondenzatora
Da biste izračunali kapacitet cilindričnog kondenzatora, morate znati duljinu kondenzatora (L), polumjer unutarnjeg vodiča (r₁) i polumjer vanjskog vodiča (r₂). Oblik kondenzatora i permitivnost materijala smještenog između kuglica kontroliraju kapacitet. Formula za izračunavanje kapaciteta cilindričnog kondenzatora je:
S druge strane, simbol 'εᵣ' koristi se za predstavljanje relativne permitivnosti ili dielektrične konstante materijala koji se nalazi između kuglica. Dodatno, 'r₁' označava radijus unutarnje sfere, dok 'r₂' označava radijus vanjske sfere.
Zaključak
Kondenzatori su ključne komponente kada je u pitanju elektronika, omogućujući pohranu energije i regulaciju napona. Kapacitet, mjeren u faradima (F), kvantificira sposobnost kondenzatora da pohrani naboj. Direktno je proporcionalan pohranjenom naboju (Q) i obrnuto proporcionalan naponu (V) na stezaljkama kondenzatora.