Kondensator

Kondensator elektryczny jest to układ najczęściej dwóch przewodników, które są odizolowane od siebie poprzez próżnię lub dielektryk (izolator), mający zdolność do gromadzenia ładunku elektrycznego Q pod wpływem przyłożonego napięcia elektrycznego U. Każdy z dwóch przewodników stanowi tak zwaną okładkę kondensatora. Na jednej z okładek gromadzi się ładunek dodatni, na drugiej zaś ujemny.

Schemat kondensatora przedstawia poniższy rysunek.

kondensator - schemat

W rzeczywistości kondensator wygląda jak na poniższym zdjęciu (kondensator cylindryczny). Kondensatory płaskie również są spotykane w elektronice.

kondensator

Symbol kondensatora

W schematach obwodów prądu używa się następujących symboli dla oznaczenia kondensatorów:

	Kondensator - przy symbolu kondensatora często umieszcza się wartość dopuszczalnego napięcia.
	Kondensator spolaryzowany - to kondensator elektrolityczny lub tantalowy. Jego okładki są oznaczone znakami + lub -. Nie można takiego kondensatora podłączać w układzie odwrotnie niż wskazuje jego polaryzacja tzn. plus do potencjału wyższego, a minus do niższego. Podłączenie odwrotnie spowoduje uszkodzenie kondensatora.
	Kondensator zmienny - kondensator o zmiennej pojemności, stosowany najczęściej w obwodach częstotliwości radiowej. Dostrajając się do stacji w dawnych odbiornikach radiowych posługiwano się właśnie takim kondensatorem.

Rodzaje kondensatorów

Rozróżniamy ze względu na geometrię układu przewodników:

kondensatory płaskie - w postaci dwóch równoległych płytek;
kondensatory cylindryczne - to współosiowe cylindry;
kondensatory kuliste - to współśrodkowe kule zbudowane z przewodników.

Pojemność kondensatora

Pojemność kondensatora C jest to iloraz ładunku Q zgromadzonego na okładce kondensatora do napięcia U (różnicy potencjałów ΔV) pomiędzy okładkami.

Jednostką pojemności elektrycznej kondensatora jest 1 farad (F).

To bardzo duża jednostka i zwykle używa się przedrostków "mikro", "nano" i "piko" do oznaczenia pojemności rzeczywistych kondensatorów używanych w elektronice, dużo mniejszych od pojemności 1 farada (np. 1 µF to 0,000001 F).

Dla kondensatora płaskiego, znajdującego się w próżni, obowiązuje następujący wzór na pojemność elektryczną:

$C=\frac{\epsilon_0 S}{d}$

gdzie:

C - pojemność elektryczna,
ε₀ - przenikalność elektryczna próżni,
d - odległość między okładkami kondensatora,
S - pole powierzchni okładki kondensatora.

Dla kondensatora płaskiego, pomiędzy okładkami którego znajdującego się izolator, obowiązuje następujący wzór na pojemność elektryczną:

$C=\frac{\epsilon_0 \epsilon_r S}{d}$

gdzie:

ε_r - przenikalność elektryczna dielektryka, tak zwana stała dielektryczna lub liczba pojemnościowa,

Z powyższych wzorów wynika, że włożenie między okładki kondensatora izolatora zwiększa pojemność tego kondensatora tyle razy ile wynosi współczynnik ε_r.

Pojemność kondensatora zależy od wielu czynników, między innymi od kształtu przewodników (okładek), ich wielkości, odległości, rodzaju izolatora między nimi. Jest to cech charakterystyczna danego układu przewodników.

Natężenie pola w kondensatorze

Pomiędzy okładkami płaskiego kondensatora powstaje jednorodne pole elektryczne, którego wartość możemy obliczyć ze wzoru:

E=U/d

gdzie:

E - natężenie pola elektrycznego,
U - napięcie między okładkami kondensatora,
d - odległość między okładkami.

Symulacja

Poniższa symulacja zawiera także możliwość wygenerowania obrazu pola elektrostatycznego między okładkami kondensatora. Uruchom przykład 7 w symulacji.

Energia kondensatora

Aby naładować kondensator ładunkiem Q do napięcia U trzeba wykonać pewną pracę W. Praca ta jest równa energii kondensatora i jest równa:

$W=\frac{1}{2}QU=\frac{1}{2}CU^2=\frac{1}{2}\frac{Q^2}{C}$

Ja widać zwiększenie napięcia dwa razy powoduje wzrost energii kondensatora cztery razy.

Zastosowanie kondensatorów

Zastosowanie kondensatorów jest bardzo szerokie. Stosuje się je między innymi w:

radiotechnice,
elektrotechnice,
spektrografie masowym do odchylania naładowanych cząstek,
lampie oscyloskopowej do odchylania wiązki elektronów.

Pytania

Co to jest napięcie znamionowe kondensatora?

Jest to takie napięcie, które może być stale doprowadzane do kondensatora, nie powodując jego uszkodzenia lub choćby zmiany jego parametrów.

Istnieje jeszcze pojęcie napięcia probierczego, które oznacza możliwość przyjęcia przez kondensator napięcia wyższego niż znamionowe w czasie zwykle 1 minuty bez jego uszkodzenia.

Co to jest butelka lejdejska?

Butelka lejdejska to nic innego jak duży cylindryczny kondensator, zwykle spotykany na przykład w szkolnych maszynach elektrostatycznych. Butelka lejdejska to w ogóle pierwszy kondensator zbudowany w historii nauki. W praktyce jest to szklana butelka, której obie powierzchnie – zewnętrzna i wewnętrzna – pokryte są metalem (okładki kondensatora), zaś szkło butelki jest dielektrykiem.

Łączenie równoległe kondensatorów

Pojemność zastępcza w połączeniu równoległym kondensatorów jest równa sumie wszystkich pojemności kondensatorów w układzie.

Łączenie szeregowe kondensatorów

Pojemność zastępcza kondensatorów połączonych szeregowo jest to taka pojemność jednego kondensatora, który zgromadzi taki sam ładunek elektryczny po przyłożeniu takiego samego napięcia jak w przypadku układu kondensatorów.

Pojemność elektryczna

Pojemność elektryczna C odizolowanego przewodnika jest to wielkość fizyczna równa stosunkowi ładunku Q dostarczonego do przewodnika do potencjału tego przewodnika.