Kondensator. Kondensator jest to układ dwóch przewodników przedzielonych

Transkrypt

1 Kondensatory

2 Kondensator Kondensator jest to układ dwóch przewodników przedzielonych dielektrykiem, na których zgromadzone są ładunki elektryczne jednakowej wartości ale o przeciwnych znakach.

3 Budowa Najprostsze kondensatory zbudowane są z dwóch płytek metalowych, między którymi znajduje się np. powietrze, materiał ceramiczny, papier impregnowany dielektrykiem. Te płytki nazywa się okładkami kondensatora.

4 Działanie I Doprowadzenie napięcia do okładek kondensatora powoduje zgromadzenie się na nich ładunku elektrycznego. Po odłączeniu od źródła napięcia ładunki utrzymują się na okładkach siłami przyciągania elektrostatycznego. Ładunki równe są co do wartości bezwzględnej, lecz o przeciwnych znakach. Doprowadzenie napięcia stałego U do końcówek kondensatora o pojemności C powoduje zgromadzenie w nim ładunku: Q =C * U

5 Działanie II W tym obwodzie kondensator połączony jest z baterią i żarówką. Zakładając że kondensator jest w miarę duży, po podłączeniu baterii żarówka się zaświeci ponieważ prąd zacznie przepływać przez nią do kondensatora. Żarówka stopniowo będzie przygasać aż zgaśnie, w momencie kiedy kondensator się naładuje. Jeśli zamiast baterii podłączymy kabel, prąd zacznie płynąć od plusowej okładki do minusowej, więc początkowo żarówka się zaświeci a następnie będzie przygasać w miarę rozładowywania się kondensatora.

6 Historia Pierwszy kondensator został skonstruowany w 1746 roku w laboratorium Uniwersytetu w Lejdzie. Został on wykonany z butli zawierającej wodę, która była połączona drutem z maszyną elektrostatyczną. Po pewnym czasie pracy maszyny zgromadził się bardzo duży ładunek. Tak, więc pierwszy kondensator nosił nazwę "butelka lejdejowska".

7 Jednostki Jednostką pojemności jest farad, który ma wymiar. Pojemność 1 farada posiada kondensator, w którym ładunek 1 Coulomba powoduje powstanie napięcia 1 volta. Jeden farad to bardzo duża jednostka, dlatego w praktyce spotyka się kondensatory o pojemnościach piko-, nano-, mikro- i milifaradów.

8 Parametry I Parametry kondensatora Podstawowymi parametrami kondensatora są pojemność znamionowa wraz z tolerancją oraz napięcie znamionowe i stratność dielektryczna (tangens kąta strat d). Do ważniejszych parametrów kondensatora zalicza się napięcie probiercze, dopuszczalne napięcie przemienne, rezystancję izolacji, temperaturowy współczynnik pojemności, kategorię klimatyczną i rozmiary. W niektórych zastosowaniach istotne znaczenie mają również takie parametry jak: temperaturowa stałość pojemności, moc znamionowa, częstotliwość maksymalna (graniczna), dopuszczalne obciążenie impulsowe itp.

9 Parametry II Pojemność elektryczna zdolność kondensatora do gromadzenia ładunku. Pojemność kondensatora określają przenikalność elektryczna, oraz rozmiary (grubość i powierzchnia) materiału dielektrycznego wypełniającego przestrzeń między elektrodami przewodzącymi. Gdzie: C pojemność, w faradach Q ładunek zgromadzony na jednej okładce, w kulombach U napięcie elektryczne między okładkami, w woltach.

10 Parametry III Jak łatwo zauważyć pomiędzy okładkami naładowanego kondensatora powstaje jednorodne pole elektryczne, którego natężenie zależy od różnicy potencjałów i odległości między okładkami: E = V / d E - natężenie pola elektrycznego V - różnica potencjałów d - odległość między okładkami

11 Parametry IV Pojemność znamionowa Cn kondensatora jest to wartość pojemności założona przy wytwarzaniu kondensatora, która z uwzględnieniem tolerancji podawana jest jako jego cecha. W określonych warunkach różnica między pojemnością rzeczywistą a znamionową kondensatora, tj. odchyłka pojemności, nie może być większa niż wartość wynikająca z tolerancji. Wartości pojemności znamionowej tworzą ciągi liczb, które oznacza się symbolami E3, E6, El 2, E24 itd. Tolerancja pojemności podawana w procentach możliwa odchyłka rzeczywistej wartości opornika od jego wartości nominalnej

12 Parametry V Napięcie znamionowe Un kondensatora jest to wartość napięcia stałego (dla niektórych kondensatorów wartość napięcia przemiennego o określonej częstotliwości, zwykle 50 Hz), które może być długotrwale doprowadzone do kondensatora nie powodując jego uszkodzenia ani jakiejkolwiek trwałej zmiany jego parametrów. Wartości napięcia znamionowego są znormalizowane, są to więc np. wartości 25V, 63V, 100V, 160V, 250V itd. Przez określony czas (zwykle l minutę) kondensator powinien także bez żadnej szkody wytrzymać napięcie o większej wartości, nazywane napięciem probierczym równym, w zależności od typu kondensatora, 1,4-2,5 Un. Wartość obu tych napięć zależy również od warunków pracy kondensatora, tj. rodzaju doprowadzonego napięcia (stałe, przemienne, impulsowe) oraz temperatury otoczenia, przy czym zmniejsza się ona ze wzrostem zarówno częstotliwości jak i temperatury. Jeżeli do kondensatora jest doprowadzone napięcie zmienne, to w pierwszym przybliżeniu można przyjąć warunek, aby suma składowej stałej i składowej przemiennej nie przekraczała wartości napięcia znamionowego określonego dla przebiegu prądu stałego (zalecenia szczegółowe dla danego kondensatora są podawane w warunkach technicznych.)

13 Parametry VI Stratność kondensatora, tj. jednostkowe straty energii wynikające z pracy kondensatora przy napięciu przemiennym, charakteryzuje tangens kata strat δ (czyli tgδ). Straty kondensatora są zazwyczaj większe niż straty samego dielektryka ze względu na występowanie również strat w elektrodach i doprowadzeniach. Wartość strat zależy od częstotliwości i temperatury, przy czym przebieg tej zależności jest złożoną funkcją polaryzacji dielektryka oraz rezystancji kondensatora. W katalogach wartość tg d podaje się dla ściśle określonej częstotliwości pomiarowej, zwykle l khz lub l MHz (dla kondensatorów elektrolitycznych 100 Hz).

14 Bibliografia