Kondensatoriai yra pagrindiniai komponentai elektronikos srityje ir atlieka lemiamą vaidmenį įvairiose elektroninėse grandinėse. Talpos ir įkrovos sąvokų supratimas yra būtinas kiekvienam, norinčiam gilintis į elektros inžinerijos sritį. Šiame straipsnyje trumpai supažindinsime su kondensatoriais, paaiškinsime talpą ir įsigilinsime į jų elgesį reguliuojančią lygtį.
Kas yra kondensatorius
Kondensatorius yra pasyvus dviejų gnybtų elektroninis komponentas, kaupiantis elektros energiją elektriniame lauke. Kondensatoriaus konstrukciją sudaro dvi laidžios plokštės, paprastai sudarytos iš metalo, kurios yra išdėstytos viena nuo kitos, o tarp jų yra dielektrinė medžiaga. Kai kondensatoriaus gnybtuose taikomas įtampos skirtumas, jis kaupia krūvį ant jo plokščių, sukurdamas tarp jų elektrinį lauką.
Kas yra talpa
Talpa yra matas, nurodantis, kiek elektros energijos galima sukaupti įtaiso ar komponento įtampos vienetui. Talpos vienetas yra Faradas.
Kas yra Apmokestinimas
Krūvis apibūdinamas kaip elektros energijos buvimas. Jo simbolis yra Q, o vienetas yra Kulonas.
Kondensatorių veikimas
Kai kondensatoriaus gnybtuose įvedama elektros įtampa, tarp plokščių susidaręs elektrinis laukas inicijuoja elektronų judėjimą. Neigiama kondensatoriaus plokštė tampa elektronų, pajudėjusių iš neigiamo įtampos šaltinio gnybto, surinkimo tašku.
Vienodas skaičius elektronų išeina iš teigiamos kondensatoriaus plokštės ir grįžta į teigiamą įtampos šaltinio gnybtą.
Šis krūvio kaupimasis ir perskirstymas tęsiasi tol, kol kondensatorius visiškai įkraunamas, tada nutrūksta elektronų srautas, kondensatoriuje sukauptą krūvį galima nustatyti pagal lygtį:
Pateiktoje lygtyje „Q“ simbolizuoja mokestis sukaupta viduje kondensatorius , „C“ reiškia talpa , o „V“ reiškia kondensatoriaus įtampą.
Ši lygtis rodo proporcingą ryšį tarp talpos ir naudojamos įtampos, parodydama, kad kondensatoriaus įkrovos kiekis yra tiesiogiai susijęs su abiem šiais kintamaisiais. Taigi, padidinus talpą arba įtampą, bus kaupiamas didesnis krūvis.
Lygiagrečiojo plokštelinio kondensatoriaus talpa
Kondensatoriaus talpa nustatoma pagal plokščių paviršiaus plotą (A) ir atstumą tarp jų (d), o abu veiksniai turi įtakos bendrai jo talpai. Kuo didesnis plokštės plotas, tuo didesnė talpa, o mažesnis atstumas tarp plokščių padidina talpą. Šis ryšys apibūdinamas lygtimi:
Kondensatoriai turi galimybę kaupti elektros energiją, todėl sukauptos energijos kiekis (U) yra tiesiogiai proporcingas tiek įjungtos įtampos (V) kvadratui, tiek kondensatoriaus talpai (C). Kondensatoriuje sukauptos energijos lygtis pateikiama taip:
Kondensatoriuje saugomos energijos žinojimas yra gyvybiškai svarbus kuriant grandines, ypač tais atvejais, kai svarbūs energijos išsiskyrimo ar momentinės galios reikalavimai.
Sferinio kondensatoriaus talpa
Norėdami apskaičiuoti sferinio kondensatoriaus talpą, turite žinoti tiek vidinės, tiek išorinės laidžios sferos spindulį. Kondensatoriaus forma ir medžiagos, esančios tarp sferų, laidumas kontroliuoja talpą. Sferinio kondensatoriaus talpos apskaičiavimo formulė yra tokia:
Kita vertus, simbolis „εᵣ“ naudojamas tarp sferų esančios medžiagos santykiniam laidumui arba dielektrinei konstantai pavaizduoti. Be to, „r₁“ reiškia vidinės sferos spindulį, o „r₂“ – išorinės sferos spindulį.
Pakeisdami spindulio ir medžiagos skvarbumo vertes, galite apskaičiuoti sferinio kondensatoriaus talpą. Verta paminėti, kad jei vidinė sfera turi nereikšmingą spindulį arba ji laikoma taškiniu įkrovimu, talpos formulė supaprastinama taip:
Šiuo atveju talpą lemia tik išorinės sferos spindulys ir medžiagos laidumas.
Cilindrinio kondensatoriaus talpa
Norėdami apskaičiuoti cilindrinio kondensatoriaus talpą, turite žinoti kondensatoriaus ilgį (L), vidinio laidininko spindulį (r₁) ir išorinio laidininko spindulį (r₂). Kondensatoriaus forma ir medžiagos, esančios tarp sferų, laidumas kontroliuoja talpą. Cilindrinio kondensatoriaus talpos apskaičiavimo formulė yra tokia:
Kita vertus, simbolis „εᵣ“ naudojamas tarp sferų esančios medžiagos santykiniam laidumui arba dielektrinei konstantai pavaizduoti. Be to, „r₁“ reiškia vidinės sferos spindulį, o „r₂“ – išorinės sferos spindulį.
Išvada
Kondensatoriai yra labai svarbūs elektronikos komponentai, leidžiantys kaupti energiją ir reguliuoti įtampą. Talpa, matuojama faradais (F), kiekybiškai įvertina kondensatoriaus gebėjimą kaupti įkrovą. Jis yra tiesiogiai proporcingas saugomam krūviui (Q) ir atvirkščiai proporcingas įtampai (V) per kondensatoriaus gnybtus.