Kondensatorer är grundläggande komponenter inom elektronikområdet och spelar en avgörande roll i olika elektroniska kretsar. Att förstå begreppen kapacitans och laddning är viktigt för alla som vill fördjupa sig i elektroteknik. I den här artikeln kommer vi att ha en kort introduktion till kondensatorer, förklara kapacitans och fördjupa oss i ekvationen som styr deras beteende.
Vad är en kondensator
En kondensator är en passiv elektronisk komponent med två terminaler som lagrar elektrisk energi i ett elektriskt fält. Strukturen hos en kondensator består av två ledande plattor, vanligtvis sammansatta av metall, som är placerade isär med ett dielektriskt material mellan dem. När en spänningsskillnad appliceras över terminalerna på en kondensator, ackumulerar den laddning på sina plattor, vilket skapar ett elektriskt fält mellan dem.
Vad är kapacitans
Kapacitans är ett mått på hur mycket elektrisk energi som kan lagras per spänningsenhet över en enhet eller komponent. Kapacitansenheten är Farad.
Vad är Charge
Laddningen beskrivs som närvaron av elektrisk energi. Dess symbol är Q och dess enhet är Coulomb.
Drift av kondensatorer
När en elektrisk spänning införs över terminalerna på en kondensator, initierar det elektriska fältet som upprättas mellan plattorna elektronernas rörelse. Kondensatorns negativa platta blir en samlingspunkt för elektroner som har flyttat från spänningskällans negativa terminal.
Samtidigt lämnar ett lika stort antal elektroner kondensatorns positiva platta och återgår till spänningskällans positiva terminal.
Denna ackumulering och omfördelning av laddning fortsätter tills kondensatorn är fulladdad, vid vilken punkt flödet av elektroner upphör, laddning lagrad i en kondensator kan bestämmas med hjälp av ekvationen:
I den givna ekvationen symboliserar 'Q'. avgift ackumulerats inom kondensator , 'C' betecknar kapacitans , och 'V' representerar den applicerade spänningen över kondensatorn.
Denna ekvation visar ett proportionellt förhållande mellan kapacitansen och pålagd spänning, vilket visar att mängden laddning som hålls i en kondensator är direkt relaterad till båda dessa variabler. En ökning av antingen kapacitansen eller spänningen kommer därför att resultera i en högre laddningsackumulering.
Kapacitans för en parallellplattakondensator
Kapacitansen för en kondensator bestäms av plattornas (A) yta och avståndet (d) mellan dem, varvid båda faktorerna påverkar dess totala kapacitans. Ju större plattarea desto större kapacitans, medan ett mindre avstånd mellan plattorna leder till ökad kapacitans. Detta förhållande beskrivs av ekvationen:
Kondensatorer har förmågan att lagra elektrisk energi, varvid mängden lagrad energi (U) är direkt proportionell mot både kvadraten på den pålagda spänningen (V) och kapacitansen (C) hos kondensatorn. Ekvationen för energi lagrad i en kondensator ges av:
Att känna till energin som lagras i en kondensator är avgörande för att designa kretsar, särskilt i applikationer där energiutsläpp eller momentana effektkrav är viktiga.
Kapacitans för en sfärisk kondensator
För att beräkna kapacitansen för en sfärisk kondensator måste du känna till radien för både de inre och yttre ledande sfärerna. Kondensatorns form och permittiviteten hos materialet placerat mellan sfärerna styr kapacitansen. Formeln för att beräkna kapacitansen för en sfärisk kondensator är:
Å andra sidan används symbolen 'εᵣ' för att representera den relativa permittiviteten eller dielektricitetskonstanten för materialet som är beläget mellan sfärerna. Dessutom betecknar 'r₁' radien för den inre sfären, medan 'r₂' betecknar radien för den yttre sfären.
Genom att ersätta värdena för radien och materialets permittivitet kan du beräkna kapacitansen för den sfäriska kondensatorn. Det är värt att notera att om den inre sfären har en försumbar radie eller anses vara en punktladdning, förenklas kapacitansformeln till:
I detta fall bestäms kapacitansen enbart av radien för den yttre sfären och materialets permittivitet.
Kapacitans för en cylindrisk kondensator
För att beräkna kapacitansen för en cylindrisk kondensator måste du känna till längden på kondensatorn (L), radien på den inre ledaren (r₁) och radien på den yttre ledaren (r₂). Kondensatorns form och permittiviteten hos materialet placerat mellan sfärerna styr kapacitansen. Formeln för att beräkna kapacitansen för en cylindrisk kondensator är:
Å andra sidan används symbolen 'εᵣ' för att representera den relativa permittiviteten eller dielektricitetskonstanten för materialet som är beläget mellan sfärerna. Dessutom betecknar 'r₁' radien för den inre sfären, medan 'r₂' betecknar radien för den yttre sfären.
Slutsats
Kondensatorer är avgörande komponenter när det kommer till elektronik, vilket möjliggör energilagring och spänningsreglering. Kapacitans, mätt i farad (F), kvantifierar en kondensators förmåga att lagra laddning. Den är direkt proportionell mot den lagrade laddningen (Q) och omvänt proportionell mot spänningen (V) över kondensatorns terminaler.