Kondensatory są powszechnie używane w urządzeniach elektrycznych w domach, w przemyśle i w przestrzeni publicznej. Ale czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, co to jest kondensator, jak jest zbudowany i jak działa? W tym artykule odpowiemy na każde z tych pytań i podamy przykłady zastosowań kondensatorów.
Co to kondensator?
Jeśli chodzi o kondensator definicja jest następująca: jest to dwuzaciskowy element elektryczny. Wraz z rezystorami i cewkami indukcyjnymi są one jednymi z podstawowych elementów pasywnych. Trudno jest znaleźć jakiekolwiek urządzenie elektryczne bez kondensatora. To, co sprawia, że kondensator jest tak wyjątkowy to jego zdolność do magazynowania energii, jest on jak naładowana bateria. Kondensatory mają wiele krytycznych zastosowań. Najczęstsze z nich to magazynowanie energii, tłumienie skoków napięcia i filtrowanie złożonych sygnałów.
Jak zbudowane są kondensatory?
Budowa kondensatora polega na konstrukcji dwóch metalowych płytek i materiału izolacyjnego zwanego dielektrykiem. Metalowe płytki są umieszczone bardzo blisko siebie, w pozycji równoległej, a dielektryk jest umieszczony pomiędzy nimi, tak aby płytki się nie dotykały.
Dielektryk może być wykonany z dowolnego rodzaju materiału izolacyjnego, w tym: papieru, szkła, gumy, ceramiki, plastiku lub dowolnego innego elementu, który utrudnia przepływ prądu. Płytki wykonane są z materiału przewodzącego, takiego jak: aluminium, tantal, srebro lub inne metale. Każda z nich jest podłączona do zacisku przewodowego, który jest połączony z resztą obwodu.
Pojemność kondensatora (liczba faradów) zależy od sposobu jego wykonania. Im większy kondensator, tym większa pojemność. Z drugiej strony, im większa odległość między płytkami, tym mniejsza pojemność. Nawet materiał dielektryczny ma wpływ na to, ile faradów ma kondensator.
Jak działają kondensatory?
Prąd elektryczny to przepływ ładunku elektrycznego, który jest wykorzystywany przez komponenty do włączania, obracania lub wykonywania innych czynności. Zasada działania kondensatora jest następująca: gdy prąd przepływa przez kondensator, ładunki „przyklejają się” do płytek, ponieważ nie mogą przejść przez izolujący materiał dielektryczny. Elektrony (ujemnie naładowane cząstki) przyklejają się do jednej z płytek i staje się ona naładowana ujemnie. Duża masa ujemnych ładunków na jednej z płytek wypycha równe ładunki na drugą płytkę, sprawiając, że ta druga płytka jest naładowana dodatnio.
Dodatnie i ujemne ładunki na każdej z płyt przyciągają się, ponieważ tak właśnie działa fizyka. Ponieważ jednak pomiędzy płytkami znajduje się materiał dielektryczny, bez względu na to, jak bardzo ładunki będą chciały się przyciągnąć, pozostaną one na płytkach na zawsze (lub do momentu, gdy zostaną uwolnione z kondensatora). Nieruchome ładunki na tych płytkach wytwarzają pole elektryczne, które indukuje elektryczną energię potencjalną i napięcie. Gdy ładunki są zgrupowane w kondensatorze w ten sposób, kondensator przechowuje energię tak samo, jak bateria przechowuje energię chemiczną.
Ładowanie i rozładowywanie kondensatorów
Kiedy ładunki dodatnie i ujemne łączą się na płytkach kondensatora, kondensator jest naładowany. Kondensator może zachować swoje pole elektryczne (lub utrzymać ładunek), ponieważ ładunki dodatnie i ujemne na każdej płytce przyciągają się, ale nigdy nie mogą się połączyć.
W pewnym momencie płytki kondensatora staną się tak naładowane, że nie będą w stanie przyjąć więcej ładunku. Na płytce będzie znajdować się wystarczająco dużo ładunków ujemnych, aby były ona w stanie odepchnąć wszystkie inne, które próbują się do niej przyłączyć. W tym miejscu do gry wkracza pojemność (farady) kondensatora, która określa maksymalną ilość ładunku, jaką kondensator może pomieścić. Jeśli w obwodzie zostanie utworzona ścieżka, która pozwoli ładunkom znaleźć inny sposób na połączenie się, opuszczą one kondensator i nastąpi jego rozładowanie. Na przykład dioda LED, która jest umieszczona szeregowo z kondensatorem, może zapewnić ścieżkę dla prądu, wtedy energia zmagazynowana w kondensatorze zostanie wykorzystana do krótkotrwałego podświetlenia diody LED.
Zastosowania kondensatorów – przykłady
Istnieje wiele zastosowań tego niewielkiego elementu pasywnego. Praktycznie wszystkie produkty dostępne w sklepie https://elektronikadomowa.pl mają w sobie kondensatory. Zapraszamy do zapoznania się z naszą bogatą ofertą, dostępną na każdą kieszeń.
Oto zastosowania kondensatorów, dla lepszego zobrazowania:
Kondensatory odsprzęgające (bypass)
Wiele kondensatorów montowanych w elektronice, zwłaszcza te obecne w układach scalonych, to kondensatory odsprzęgające. Eliminują one małe skoki napięcia z zasilacza, które mogą być szkodliwe dla delikatnych układów scalonych.
W pewnym sensie, kondensatory odsprzęgające działają jak mały, lokalny zasilacz dla układów scalonych (podobny do komputerowego UPS). Jeśli napięcie zasilania chwilowo spadnie (co jest dość powszechne, zwłaszcza gdy zasilany obwód stale zmienia swoje wymagania dotyczące obciążenia), kondensator odsprzęgający jest w stanie na krótko dostarczyć zasilanie o prawidłowym napięciu.
Magazynowanie i dostarczanie energii
Wydaje się oczywiste, że skoro kondensator magazynuje energię, to jednym z jego zastosowań powinno być zasilanie obwodu, podobnie jak w przypadku baterii. Problem polega na tym, że kondensatory mają niższą gęstość energii niż baterie, po prostu nie są w stanie przechowywać takiej samej ilości energii jak baterie chemiczne tej samej wielkości (ale ta różnica się zmniejsza!).
Zaletą kondensatorów jest to, że generalnie mają dłuższą żywotność niż baterie, co czyni je lepszym wyborem z punktu widzenia ochrony środowiska. Są one również w stanie dostarczać energię szybciej niż bateria, co czyni je dobrymi do zastosowań wymagających krótkiego, ale wysokiego impulsu mocy. Na przykład lampa błyskowa aparatu jest zasilana z kondensatora (który z kolei jest ładowany przez akumulator).
Element rozruchowy silnika
Zastanawiasz się, do czego służy kondensator w silniku elektrycznym? Tak zwany kondensator rozruchowy pozwala na natychmiastowy rozruch silnika, ponieważ dostarcza dużą ilość energii w krótkim czasie (jak opisano w punkcie powyżej), jest więc idealnym rozwiązaniem.
Filtry sygnału
Kondensatory mają unikalną reakcję na sygnały o różnych częstotliwościach. W tym przypadku, zastosowanie kondensatora polega na blokowaniu składowych sygnału o niskiej częstotliwości lub DC, jednocześnie przepuszczając wysokie częstotliwości. Na przykład odbiorniki radiowe wykorzystują kondensatory (wśród innych komponentów) do odszumiania niepożądanych częstotliwości.
Innym przykładem kondensatorów jako filtrów sygnału są obwody zwrotnicy wewnątrz głośników, które rozdzielają czysty sygnał audio na kilka sygnałów. Kondensator szeregowy blokuje niskie częstotliwości, pozwalając pozostałej części sygnału o wysokiej częstotliwości przejść do głośnika wysokotonowego.
dzięki mega