Condensatorii sunt componente fundamentale în domeniul electronicii și joacă un rol crucial în diferite circuite electronice. Înțelegerea conceptelor de capacitate și sarcină este esențială pentru oricine dorește să se adâncească în domeniul ingineriei electrice. În acest articol, vom avea o scurtă introducere în condensatoare, vom explica capacitatea și vom aprofunda în ecuația care guvernează comportamentul lor.
Ce este un condensator
Un condensator este o componentă electronică pasivă cu două terminale care stochează energia electrică într-un câmp electric. Structura unui condensator cuprinde două plăci conductoare, de obicei compuse din metal, care sunt poziționate deoparte cu un material dielectric între ele. Când se aplică o diferență de tensiune la bornele unui condensator, acesta acumulează sarcină pe plăcile sale, creând un câmp electric între ele.
Ce este Capacitatea
Capacitatea este o măsură a câtă energie electrică poate fi stocată pe unitatea de tensiune pe un dispozitiv sau componentă. Unitatea de măsură a capacității este Farad.
Ce este Charge
Sarcina este descrisă ca prezența energiei electrice. Simbolul său este Q și unitatea sa este Coulomb.
Funcționarea condensatoarelor
Când o tensiune electrică este introdusă la bornele unui condensator, câmpul electric stabilit între plăci inițiază mișcarea electronilor. Placa negativă a condensatorului devine un punct de colectare pentru electronii care s-au mutat de la borna negativă a sursei de tensiune.
Simultan, un număr egal de electroni părăsesc placa pozitivă a condensatorului și revin la borna pozitivă a sursei de tensiune.
Această acumulare și redistribuire a sarcinii continuă până când condensatorul este complet încărcat, moment în care fluxul de electroni încetează, sarcina stocată într-un condensator poate fi determinată folosind ecuația:
În ecuația dată, „Q” simbolizează încărca acumulate în cadrul condensator , „C” indică capacitate , iar „V” reprezintă tensiunea aplicată pe condensator.
Această ecuație afișează o relație proporțională între capacitatea și tensiunea aplicată, arătând că cantitatea de sarcină deținută într-un condensator este direct legată de ambele variabile. Prin urmare, creșterea capacității sau a tensiunii va duce la o acumulare mai mare de sarcină.
Capacitatea unui condensator cu plăci paralele
Capacitatea unui condensator este determinată de aria suprafeței plăcilor (A) și de distanța de separare (d) dintre ele, ambii factori influențând capacitatea sa globală. Cu cât suprafața plăcii este mai mare, cu atât capacitatea este mai mare, în timp ce o distanță mai mică între plăci duce la creșterea capacității. Această relație este descrisă de ecuația:
Condensatorii au capacitatea de a stoca energie electrică, prin care cantitatea de energie stocată (U) este direct proporțională atât cu pătratul tensiunii aplicate (V) cât și cu capacitatea (C) a condensatorului. Ecuația energiei stocate într-un condensator este dată de:
Cunoașterea energiei stocate într-un condensator este vitală pentru proiectarea circuitelor, în special în aplicațiile în care eliberarea de energie sau cerințele de putere instantanee sunt importante.
Capacitatea unui condensator sferic
Pentru a calcula capacitatea unui condensator sferic, trebuie să cunoașteți raza sferelor conductoare interioare și exterioare. Forma condensatorului și permitivitatea materialului poziționat între sfere controlează capacitatea. Formula pentru calcularea capacității unui condensator sferic este:
Pe de altă parte, simbolul „εᵣ” este utilizat pentru a reprezenta permisivitatea relativă sau constanta dielectrică a materialului situat între sfere. În plus, „r₁” înseamnă raza sferei interioare, în timp ce „r₂” înseamnă raza sferei exterioare.
Prin înlocuirea valorilor razei și permitivității materialului, puteți calcula capacitatea condensatorului sferic. Este de remarcat faptul că, dacă sfera interioară are o rază neglijabilă sau este considerată o sarcină punctiformă, formula capacității se simplifică astfel:
În acest caz, capacitatea este determinată numai de raza sferei exterioare și de permisivitatea materialului.
Capacitatea unui condensator cilindric
Pentru a calcula capacitatea unui condensator cilindric, trebuie să cunoașteți lungimea condensatorului (L), raza conductorului interior (r₁) și raza conductorului exterior (r₂). Forma condensatorului și permitivitatea materialului poziționat între sfere controlează capacitatea. Formula de calcul a capacității unui condensator cilindric este:
Pe de altă parte, simbolul „εᵣ” este utilizat pentru a reprezenta permisivitatea relativă sau constanta dielectrică a materialului situat între sfere. În plus, „r₁” înseamnă raza sferei interioare, în timp ce „r₂” înseamnă raza sferei exterioare.
Concluzie
Condensatorii sunt componente cruciale atunci când vine vorba de electronică, permițând stocarea energiei și reglarea tensiunii. Capacitatea, măsurată în faradi (F), cuantifică capacitatea unui condensator de a stoca sarcina. Este direct proporțională cu sarcina stocată (Q) și invers proporțională cu tensiunea (V) la bornele condensatorului.