Jak vypočítat kondenzátor?

Kondenzátory našly v naší době velmi široké uplatnění v elektronice a elektrotechnice, protože jsou hlavními prvky většiny elektrických obvodů a obvodů. V tomto článku se pokusíme podrobně vysvětlit, jaká je elektrická kapacita kondenzátoru. Dále budou uvedeny použité výpočtové vzorce, popsány různé typy takových zařízení a probráno jejich označení. Kromě toho bude ovlivněn vliv různých faktorů na kapacitu kondenzátoru.

Kondenzátor

Než zjistíte, jaká je kapacita jednoduchého kondenzátoru, musíte se rozhodnout, jaký je tento elektrický prvek. Kondenzátor je radioelektronická část, která může akumulovat a uvolňovat určitou část elektrického náboje. Zařízení se skládá z následujících prvků:

1. Případy. Často vyrobené z hliníku. Může být plochého, kulového nebo válcového tvaru.
2. Kryty (2 nebo více). Jsou vyrobeny z kovových desek nebo fólie.
3. Dielektrické těsnění. Instaluje se mezi desky a slouží jako izolant.
4. Dva nebo více výstupních kontaktů pro připojení zařízení k elektrickému obvodu.

Tento typ zařízení pro ukládání elektrického náboje funguje následovně.

1. Když je prvek připojen ke zdroji elektrického proudu, funguje jako vodič. V tomto okamžiku je elektrický proud na maximální hodnotě a napětí na minimu.
2. Na deskách prvku se začnou hromadit kladné a záporné náboje (elektrony a ionty). Tímto způsobem se nabíjí samotné zařízení. V době nabíjení se síla elektrického proudu postupně snižuje a napětí naopak roste.
3. Poté, co množství náboje v kondenzátoru překročí přípustnou mez, dojde k jeho vybití a proces se opět začne cyklicky opakovat.

Základem výkonu tohoto zařízení je jeho kapacita. Právě tento parametr určuje dobu akumulace náboje a celkovou „kapacitu“ zařízení. Následující obrázek níže vám pomůže pochopit, jak je na schématech znázorněn nejjednodušší kondenzátor.

Elektrická kapacita, stejně jako samotné kondenzátory, našly širokou škálu aplikací. Používají se jako:

1. Frekvenční filtry.
2. Pulzní zdroj pro různé fotografické vybavení.
3. Vyhlazovače pulzujících proudů v usměrňovačích.
4. Prvky fázového posuvu pro elektromotory.

Použití kondenzátorů v různých oblastech je založeno právě na schopnosti zařízení akumulovat elektrický náboj. Ve složitějších elektrických zařízeních se tato zařízení používají k nepřetržitému udržování určitého napětí v různých zařízeních pro ukládání dat.

Kapacita

Kapacita kondenzátoru je fyzikální veličina, která určuje vztah mezi nahromaděným nábojem na deskách a potenciálním rozdílem mezi nimi.

V soustavě SI je kapacita kondenzátoru a jeho jednotka měření Farad. Ve vzorcích se k jeho označení používá písmeno Ф (F). Kapacita kondenzátoru se však zřídka měří ve Faradech, protože je to poměrně velká hodnota. Nejčastěji se používají jeho násobky a podnásobky.

Hodnotu elektrické kapacity kondenzátoru lze vždy zjistit z označení zařízení, které je vytištěno na jeho těle.

Ve schématu je prvek označen písmenem „C“. Předpokladem je označení kapacity, protože to zjednoduší proces výběru potřebných elektrických součástí pro obvod.

Závislost

Díky dříve uvedenému popisu jsme se dozvěděli, co je to kapacita. Dále se pokusíme zjistit, na čem tato charakteristika závisí. Kapacita kondenzátoru závisí na vzdálenosti mezi deskami, jejich ploše a také na samotném dielektrickém materiálu. Díky tomu můžeme říci, na čem závisí kapacita zařízení: je přímo úměrná ploše desky kondenzátoru a nepřímo úměrná vzdálenosti mezi deskami.

Zvažme, jak tuto hodnotu zjistit. Pro plochý kondenzátor je vzorec pro výpočet kapacity následující:

Závislost schopnosti zařízení akumulovat náboj na ploše jeho desek a tloušťce dielektrické vrstvy také naznačuje, že tato hodnota je také ovlivněna celkovými rozměry prvku.

Výpočet

Výpočet kapacity kondenzátoru se provádí pomocí poměrně jednoduchého vzorce:

1. q je množství náboje akumulovaného kondenzátorem.
2. φ1−φ2 je potenciální rozdíl mezi jeho deskami.

Tento výraz pomáhá poměrně snadno vypočítat kapacitu libovolného plochého kondenzátoru. Jak již bylo zmíněno dříve v článku, tato hodnota elektrické kapacity kondenzátoru vždy závisí na jeho geometrických rozměrech.

Plochý kondenzátor

Charakteristickým rysem plochého kondenzátoru je přítomnost dvou paralelních desek. Taková zařízení mohou mít čtvercový, kulatý nebo obdélníkový tvar.

Podívejme se dále, jak určit kapacitu tohoto typu kondenzátoru. Následující vzorec vám vždy pomůže najít kapacitu tohoto typu kondenzátoru:

Elektrická kapacita

Použití kondenzátorů často zahrnuje připojení několika takových prvků do obvodu najednou. Díky tomu lze navýšit celkovou kapacitu. Vzorec pro určení elektrické kapacity plochého kondenzátoru při paralelním zapojení je následující:

Určení celkové kapacity pro takový elektrický obvod se provádí následovně: C=C₁+C₂

Množství náboje a napětí pro takový spojovací obvod se určuje následovně:

Vzorec vám umožní určit kapacitu kondenzátoru pro sériové připojení prvků:

To znamená, že v tomto případě se celková elektrická kapacita plochého kondenzátoru zjistí pomocí výrazu:

Pomocí těchto výrazů najdeme celkové napětí a určíme velikost náboje pro sériové zapojení prvků:

Kapacita kondenzátoru a výpočetní vzorce používané pro různé možnosti připojení plochých zařízení jsou uvedeny na obrázku níže. Můžeme říci, že je velmi vizuální a snadno použitelný:

Kulový kondenzátor

Kulové zařízení má dvě desky ve formě soustředných koulí, mezi nimiž je umístěno dielektrikum. Kapacitu kulového kondenzátoru lze určit následovně:

V tomto výrazu hodnota „4π“ určuje koeficient disipace náboje na povrchu kulových rovin.

Kapacitu kulového kondenzátoru lze vypočítat pomocí vzorce pro ploché zařízení, pokud je mezera ve srovnání s poloměrem koule poměrně malá.

Válcový

Válcové zařízení je mírně podobné dříve popsanému kulovému. Používají výstelky podobného tvaru. Mají také kulatý tvar, což znamená, že výpočet kapacity válcového zařízení bude ovlivněn i takovým parametrem, jako je poloměr desek. Rozdíl spočívá pouze v nejprotáhlejším tvaru desek válcového kondenzátoru. Kapacita válcového kondenzátoru je určena vzorcem:

Kulové a válcové typy prvků jsou vysoce závislé na tloušťce dielektrické vrstvy. Čím silnější je, tím menší bude objem náboje, což znamená, že se zvýší jeho odolnost proti průraznému napětí.

Проверка

Jak již bylo uvedeno výše, kapacita zařízení je vyznačena na jeho těle. Jmenovitou hodnotu a dostupnou kapacitu zařízení můžete zkontrolovat pomocí testeru s režimem „CX“. Hodí se k tomu například oblíbené modely M890D, AM-1083, DT9205A, UT139C a další. Dále budete potřebovat:

1. Odpájejte a vybijte zařízení. Vypouštění se provádí přísně izolovaným kovovým předmětem.
2. Vložte nožičky kondenzátoru do drážek „CX“, dodržujte polaritu.
3. Přístroj zobrazí výsledek měření na displeji. Bude třeba jej porovnat s označením uvedeným na jeho těle. Pokud se hodnoty od sebe výrazně liší, znamená to, že prvek je vadný a vyžaduje výměnu.

Pokud multimetr ukazuje přítomnost nekonečné kapacity, znamená to zkrat uvnitř těla zařízení a je také považováno za vadné a vyžaduje výměnu. Kromě toho lze poruchu vždy vizuálně zjistit podle prasklin nebo otoků krytu.

Závěr

V článku bylo popsáno, co je kondenzátor, jak určit jeho kapacitu, na čem tento parametr závisí a základní vzorce pro výpočet kapacity různých typů takových zařízení. Zařízení mají vždy speciální označení na pouzdru, takže je docela snadné vybrat nejvhodnější zařízení pro ukládání elektrického náboje. Kromě toho byl uveden způsob kontroly zařízení, který umožňuje určit jeho možné poruchy.

Související videa