Kondensaatorid on elektroonikavaldkonna põhikomponendid ja mängivad olulist rolli mitmesugustes elektroonilistes vooluringides. Mahtuvuse ja laengu mõistete mõistmine on oluline kõigile, kes soovivad süveneda elektrotehnika valdkonda. Selles artiklis tutvustame lühidalt kondensaatoreid, selgitame mahtuvust ja süveneme nende käitumist reguleerivasse võrrandisse.
Mis on kondensaator
Kondensaator on passiivne kahe klemmiga elektrooniline komponent, mis salvestab elektrienergiat elektriväljas. Kondensaatori struktuur koosneb kahest juhtivast plaadist, mis koosnevad tavaliselt metallist ja mis asetsevad üksteisest eemal ja nende vahel on dielektriline materjal. Kui kondensaatori klemmidele rakendatakse pingeerinevust, kogub see oma plaatidele laengu, luues nende vahel elektrivälja.
Mis on mahtuvus
Mahtuvus on mõõt, mis näitab, kui palju elektrienergiat saab seadme või komponendi pingeühiku kohta salvestada. Mahtuvuse ühik on Farad.
Mis on Charge
Laengut kirjeldatakse kui elektrienergia olemasolu. Selle sümbol on Q ja ühik on Coulomb.
Kondensaatorite töö
Kui kondensaatori klemmidele sisestatakse elektripinge, käivitab plaatide vahel tekkiv elektriväli elektronide liikumise. Kondensaatori negatiivne plaat muutub pingeallika negatiivsest klemmist liikunud elektronide kogumispunktiks.
Samal ajal lahkub kondensaatori positiivselt plaadilt võrdne arv elektrone ja naaseb pingeallika positiivsesse klemmi.
See laengu akumuleerumine ja ümberjaotumine jätkub kuni kondensaatori täieliku laenguni, mil elektronide voog lakkab, kondensaatorisse salvestatud laengu saab määrata võrrandi abil:
Antud võrrandis sümboliseerib 'Q'. tasu jooksul kogunenud kondensaator , 'C' tähistab mahtuvus , ja 'V' tähistab kondensaatorile rakendatavat pinget.
See võrrand näitab proportsionaalset seost mahtuvuse ja rakendatud pinge vahel, mis näitab, et kondensaatoris hoitav laengu hulk on otseselt seotud mõlema muutujaga. Seega suurendab mahtuvuse või pinge suurendamine suuremat laengu kogunemist.
Paralleelse plaatkondensaatori mahtuvus
Kondensaatori mahtuvuse määrab plaatide pindala (A) ja nendevaheline eralduskaugus (d), kusjuures mõlemad tegurid mõjutavad selle üldist mahtuvust. Mida suurem on plaadi pindala, seda suurem on mahtuvus, samas kui väiksem vahemaa plaatide vahel suurendab mahtuvust. Seda seost kirjeldab võrrand:
Kondensaatoritel on võime salvestada elektrienergiat, kusjuures salvestatud energia kogus (U) on otseselt võrdeline nii kondensaatori rakendatud pinge (V) kui ka kondensaatori mahtuvuse (C) ruuduga. Kondensaatorisse salvestatud energia võrrand on esitatud järgmiselt:
Kondensaatorisse salvestatud energia tundmine on vooluahelate kavandamisel ülioluline, eriti rakendustes, kus on olulised energia vabanemise või hetkelise võimsuse nõuded.
Sfäärilise kondensaatori mahtuvus
Sfäärilise kondensaatori mahtuvuse arvutamiseks peate teadma nii sisemise kui ka välimise juhtiva sfääri raadiust. Kondensaatori kuju ja kerade vahele paigutatud materjali läbilaskvus juhivad mahtuvust. Sfäärilise kondensaatori mahtuvuse arvutamise valem on järgmine:
Teisest küljest kasutatakse sfääride vahel asuva materjali suhtelise läbilaskvuse või dielektrilise konstandi tähistamiseks sümbolit 'εᵣ'. Lisaks tähistab “r₁” sisesfääri raadiust, samas kui “r₂” tähistab välissfääri raadiust.
Asendades raadiuse ja materjali läbilaskvuse väärtused, saate arvutada sfäärilise kondensaatori mahtuvuse. Väärib märkimist, et kui sisemise sfääri raadius on tühine või seda peetakse punktlaenguks, lihtsustatakse mahtuvuse valem järgmiselt:
Sel juhul määrab mahtuvuse ainult välissfääri raadius ja materjali läbilaskvus.
Silindrilise kondensaatori mahtuvus
Silindrilise kondensaatori mahtuvuse arvutamiseks peate teadma kondensaatori pikkust (L), sisemise juhi raadiust (r₁) ja välisjuhi raadiust (r₂). Kondensaatori kuju ja kerade vahele paigutatud materjali läbilaskvus juhivad mahtuvust. Silindrilise kondensaatori mahtuvuse arvutamise valem on järgmine:
Teisest küljest kasutatakse sfääride vahel asuva materjali suhtelise läbilaskvuse või dielektrilise konstandi tähistamiseks sümbolit 'εᵣ'. Lisaks tähistab “r₁” sisesfääri raadiust, samas kui “r₂” tähistab välissfääri raadiust.
Järeldus
Kondensaatorid on elektroonika osas üliolulised komponendid, mis võimaldavad energiat salvestada ja pinget reguleerida. Mahtuvus, mõõdetuna faradides (F), näitab kondensaatori võimet laengut salvestada. See on otseselt võrdeline salvestatud laenguga (Q) ja pöördvõrdeline kondensaatori klemmide pingega (V).