Kondensatorer er grunnleggende komponenter innen elektronikk og spiller en avgjørende rolle i ulike elektroniske kretser. Å forstå begrepene kapasitans og ladning er avgjørende for alle som ønsker å fordype seg i elektroteknikk. I denne artikkelen vil vi ha en kort introduksjon til kondensatorer, forklare kapasitans og fordype oss i ligningen som styrer oppførselen deres.
Hva er en kondensator
En kondensator er en passiv to-terminal elektronisk komponent som lagrer elektrisk energi i et elektrisk felt. Strukturen til en kondensator består av to ledende plater, vanligvis sammensatt av metall, som er plassert fra hverandre med et dielektrisk materiale mellom dem. Når en spenningsforskjell påføres over terminalene til en kondensator, akkumulerer den ladning på platene, og skaper et elektrisk felt mellom dem.
Hva er kapasitans
Kapasitans er et mål på hvor mye elektrisk energi som kan lagres per spenningsenhet over en enhet eller komponent. Enheten for kapasitans er Farad.
Hva er Charge
Ladningen beskrives som tilstedeværelsen av elektrisk energi. Symbolet er Q og enheten er Coulomb.
Arbeid av kondensatorer
Når en elektrisk spenning introduseres over terminalene til en kondensator, initierer det elektriske feltet som etableres mellom platene elektronenes bevegelse. Kondensatorens negative plate blir et oppsamlingspunkt for elektroner som har beveget seg fra spenningskildens negative terminal.
Samtidig forlater et likt antall elektroner kondensatorens positive plate og går tilbake til den positive terminalen til spenningskilden.
Denne akkumuleringen og omfordelingen av ladning fortsetter til kondensatoren er fulladet, på hvilket tidspunkt strømmen av elektroner opphører, ladning lagret i en kondensator kan bestemmes ved hjelp av ligningen:
I den gitte ligningen symboliserer 'Q' lade akkumulert innenfor kondensator , 'C' angir kapasitans , og 'V' representerer den påførte spenningen over kondensatoren.
Denne ligningen viser et proporsjonalt forhold mellom kapasitansen og påført spenning, og viser at mengden ladning som holdes i en kondensator er direkte relatert til begge disse variablene. Derfor vil økning av enten kapasitansen eller spenningen resultere i en høyere ladningsakkumulering.
Kapasitans til en parallell platekondensator
Kapasitansen til en kondensator bestemmes av overflatearealet til platene (A) og separasjonsavstanden (d) mellom dem, med begge faktorer som påvirker dens totale kapasitans. Jo større plateareal, jo større kapasitans, mens mindre avstand mellom platene fører til økt kapasitans. Dette forholdet er beskrevet av ligningen:
Kondensatorer har evnen til å lagre elektrisk energi, hvorved mengden av lagret energi (U) er direkte proporsjonal med både kvadratet på den påførte spenningen (V) og kapasitansen (C) til kondensatoren. Ligningen for energi lagret i en kondensator er gitt av:
Å kjenne til energien som er lagret i en kondensator er avgjørende for å designe kretser, spesielt i applikasjoner der energifrigjøring eller øyeblikkelige strømkrav er viktige.
Kapasitans til en sfærisk kondensator
For å beregne kapasitansen til en sfærisk kondensator, må du kjenne radiusen til både de indre og ytre ledende kulene. Formen på kondensatoren og permittiviteten til materialet plassert mellom kulene styrer kapasitansen. Formelen for å beregne kapasitansen til en sfærisk kondensator er:
På den annen side brukes symbolet 'εᵣ' for å representere den relative permittiviteten eller dielektrisitetskonstanten til materialet som ligger mellom kulene. I tillegg betegner 'r₁' radiusen til den indre sfæren, mens 'r₂' angir radien til den ytre sfæren.
Ved å erstatte verdiene til radiusen og permittiviteten til materialet, kan du beregne kapasitansen til den sfæriske kondensatoren. Det er verdt å merke seg at hvis den indre sfæren har en ubetydelig radius eller regnes som en punktladning, forenkler kapasitansformelen til:
I dette tilfellet bestemmes kapasitansen utelukkende av radiusen til den ytre sfæren og materialets permittivitet.
Kapasitans til en sylindrisk kondensator
For å beregne kapasitansen til en sylindrisk kondensator, må du vite lengden på kondensatoren (L), radiusen til den indre lederen (r₁) og radien til den ytre lederen (r₂). Formen på kondensatoren og permittiviteten til materialet plassert mellom kulene styrer kapasitansen. Formelen for å beregne kapasitansen til en sylindrisk kondensator er:
På den annen side brukes symbolet 'εᵣ' for å representere den relative permittiviteten eller dielektrisitetskonstanten til materialet som ligger mellom kulene. I tillegg betegner 'r₁' radiusen til den indre sfæren, mens 'r₂' angir radien til den ytre sfæren.
Konklusjon
Kondensatorer er avgjørende komponenter når det kommer til elektronikk, som muliggjør energilagring og spenningsregulering. Kapasitans, målt i farad (F), kvantifiserer en kondensators evne til å lagre ladning. Den er direkte proporsjonal med ladningen som er lagret (Q) og omvendt proporsjonal med spenningen (V) over terminalene til kondensatoren.