Condensatoarele sunt dispozitive electronice care stochează energie. Ele sunt alcătuite din două plăci conductoare separate de un material dielectric, care este un izolator electric. Capacitatea este măsurată în faradul (F) și reprezintă abilitatea condensatorului de a stoca o sarcină electrică pe plăcile sale. Când o tensiune este aplicată condensatorului, în condensator se acumulează sarcina Q, care este produsul dintre capacitate și tensiune. Capacitatea este parametrul cel mai important care trebuie avut în vedere atunci când planificăm descărcarea în siguranţă a condensatorului.
Concepte de bază: sarcină, tensiune, capacitate
Descărcarea în siguranţă a condensatorului depinde, într-o mare măsură, de construcţia acestuia. Capacitatea condensatorului indicată de producător este capacitatea nominală, care, în practică, este imposibil de obţinut, pentru că valoarea capacităţii poate fi influenţată de foarte mulţi factori de mediu. Capacitatea este determinată de suprafața plăcilor conductoare, distanța dintre plăci și de materialul dielectric dintre plăci. Cu cât suprafața plăcilor este mai mare, cu atât capacitatea este mai mare; cu cât distanța dintre plăci este mai mică, cu atât capacitatea este mai mare. epsilon0 este permitivitatea vidului, iar epsilonr este permitivitatea mediului dielectric utilizat între cele două plăci. Prin formula C = ε0 · εr · A / d se poate determina capacitatea unui condensator cu plăci paralele.
Q = C × V arată relația dintre sarcină, capacitate și tensiune: sarcina pe plăci este direct proporțională cu capacitatea și cu tensiunea aplicată. Unitatea de măsură a capacității, Farad, este o constantă de proporționalitate între sarcină și tensiune. Cu cât capacitatea este mai mare, cu atât sarcina stocată pentru aceeași tensiune este mai mare. Dacă tensiunea este constantă, sarcina este constantă și curentul nu curge prin condensator. Curentul printr-un condensator reprezintă rata de variație a sarcinii în timp; curentul I și tensiunea V sunt funcții de timp: i(t) și v(t).
Descărcarea în siguranţă a condensatorului
Descărcarea în siguranţă a condensatorului se realizează prin conectarea la capetele acestuia a unei sarcini rezistive care poate disipa energia înmagazinată în condensator. În cazul unei descărcări, timpul de descărcare este proporțional cu rezistența înseriată cu capacitatea: t = R × C. Cu cât rezistența este mai mică, cu atât condensatorul se descarcă mai repede, dar trebuie ales un rezistor cu putere suficientă pentru a evita deteriorarea. De exemplu, pentru un condensator de 10 μF descărcat printr-un rezistor de 1 kΩ, timpul de descărcare este 0,01 s. Pentru dezactivarea în siguranţă, uneori se folosesc rezistoare de descărcare conectate la capacitatea principală, care au rolul de a reduce sarcina în câteva minute după decuplarea tensiunii de alimentare.
În practică, condensatoarele mari conectate la surse de înaltă tensiune pot menține încă o cantitate semnificativă de sarcină chiar şi când tensiunea este oprită, din cauza curenților de scurgere interni. Dacă comutatorul este mutat din poziția A, condensatorul complet încărcat ar începe să se descarce prin lampa conectată, iluminând aceasta până la descărcare completă. Luminozitatea lămpii și durata iluminării depind de valoarea capacității condensatorului și de rezistența lămpii (t = C × R).
Aplicarea formulelor fundamentale
Q = C × V descrie relația dintre sarcină, capacitate și tensiune. Pentru o configurație de plăci paralele, capacitatea este proporțională cu aria plăcilor A și invers proporțională cu distanța d dintre plăci. Valoarea permitivității epsilon care intră în formulă este data de ε = ε0 × εr, unde ε0 = 8,85 × 10^-12 F/m. Pentru mediul aerian, εr ≈ 1, iar pentru alte dielectrice valoarea variază în funcție de material.
Constanta dielectrică (k) reprezintă raportul dintre permitivitatea mediului dielectric utilizat și permitivitatea spațiului liber, iar capacitatea unui condensator crește odată cu creșterea constantei dielectrică a materialului dintre plăci. Un condensator cu o capacitate de doar 1 F ar necesita arii enorme de plăci și distanțe minimale, astfel folosindu-se în practică subunități precum microfarad (μF), nanofarad (nF) și picofarad (pF).
Exemple ilustrative
Exemplul 1: un condensator format din două plăci paralele cu suprafața totală 100 cm2 și distanța dintre plăci 0,2 cm, în aer, are o capacitate aproximativă de 44 pF. Exemplul 2 descrie sarcina unui condensator în circuitul descris, unde sarcina pe condensator este de 1,2 millicoulombi.
Tipuri de condensatoare și aplicații
Condensatoarele fixe se împart în două categorii principale: condensatoare cu folie și condensatoare ceramice. Condensatoarele cu folie au trei straturi în configurația electrod-dielectric-electrod, având înfășurare și montaj într-o carcasă. Condensatoarele ceramice, utilizate frecvent în circuite integrate, sunt realizate din plăci ceramice cu electrozi metalici suprapuși. Pentru aplicații specifice, cum ar fi circuitele de corecție și decuplare, pot fi utilizate variante cu caracteristici specifice, cum ar fi SR PASSIVES CC-10/100. Diferite tipuri de dielectrice au valori diferite de permitivitate, de la aer la hârtie, sticlă ori materiale ceramice, ceea ce influențează capacitatea totală a condensatorului.
Unități, prefixe și concepte avansate
Deși Faradul este unitatea de capacitate, în practică se folosesc submultipli: μF, nF, pF. În timp ce capacititatea este o mărime pozitivă, valoarea ei nu poate fi negativă. Tensiunea aplicată determină mărimea sarcinii stocate pe plăcile condensatorului; cu cât tensiunea crește, cu atât sarcina Q crește proporțional. Modul în care energia este stocată într-un condensator este dat de formula E = ½ × C × V^2, mai ales în cazul supercondensatoarelor, unde valorile pot ajunge la mii de farazi. Supercondensatoarele oferă densități mari de energie și pot înlocui bateriile în anumite aplicații, cum ar fi dispozitive portabile sau vehicule electrice hibride, fiind utile pentru stocare de energie și pentru funcționare pe perioade de timp lungi, chiar și la tensiuni moderate.
ESR-ul și condensatorul electrolitic
| Tip condensator | Dielectric | Capacitate tipică |
|---|---|---|
| Folie | Dielectric solid (folie) | μF - mii μF |
| Ceramic | Plăci ceramice cu electrozi suprapuși | μF - nF |
| Supercondensator | Material carbogranulat cu dielectric special | zeci până la mii μF |
tags: #sarcina #electrica #a #condensatorului
Postări populare:
- Pierderea sarcinii: cauze, simptome și pași de recuperare
- Stimularea, transferul și monitorizarea calității embrionilor în fertilizarea in vitro cu blastocist
- Dimensiunea și modificările diametrului extern al bazinului în sarcină: aspecte de obstetrică
- Colică: semnificație și înțelegere în engleză
- Recuperarea post-cesariana: când poți sări coarda în siguranță