ისევე, როგორც ბატარეები იძლევა პორტატული ენერგიის შენახვის საშუალებას, კონდენსატორები იძლევა დროებითი ენერგიის შენახვას და მრავალი სქემის კრიტიკული კომპონენტია.
ისინი საშუალებას აძლევს დიდი რაოდენობით ბრალდები გამოიყოს ერთმანეთისგან და გათავისუფლდეს ენერგიის უეცარი გამოხტომით, ისეთ მოწყობილობებში, როგორიცაა ფლეშ კამერები, ასევე სხვა ელექტრონულ პროცესებში შუამავლობით, როგორიცაა AC და DC ენერგიის წყაროებს შორის გადაქცევა ან მაგნიტური ველების დატენვა და განმუხტვა, რაც სასარგებლოა რადიოს დასაყენებლად. სადგურები.
ტევადობის განმარტება
ტევადობა არის არაგამტარი მასალის ენერგიის შენახვის შესაძლებლობის საზომი პოტენციური სხვაობის (ძაბვის) მუხტის გამიჯვნის შექმნით. მასალა არ უნდა იყოს გამტარი, მაგალითად მინის ან PVC მილის მსგავსად, რადგან წინააღმდეგ შემთხვევაში მასში მუხტი შემოვა და ვერ დარჩება განცალკევებული.
მათემატიკურად, ობიექტის ტევადობაგტოლია მუხტის თანაფარდობისQძაბვაზევ.
C = \ frac {Q} {V}
სიმძლავრის SI ერთეულიაფარად(F); პასუხისმგებელი,კულონი(C); და ძაბვის,ვოლტი(V).ფარადი, რომელსაც ელექტრომაგნეტიზმის პიონერის მაიკლ ფარადეის სახელი მიენიჭა, განისაზღვრება ისეთი, რომ 1 ფარადი ტოლია 1 კოლუმბი ვოლტზე, ან 1 F = 1 C / V.
სქემის ნებისმიერ ნაწილს, რომელიც ამ გზით გამოყოფს მუხტს, ეწოდება აკონდენსატორი. ამრიგად, ზემოთ მოცემული განტოლების შესაბამისად, კონდენსატორის ნებისმიერი მოცემული ტევადობაგდაკავშირებულია ბატარეასთან პოტენციური სხვაობითვ, შეინახავს ელექტრო მუხტსQ.
პარალელური ფირფიტის კონდენსატორები
კონდენსატორის ერთი საერთო ტიპია aპარალელური ფირფიტის კონდენსატორი. ასეთ აპარატში, გამტარობის მასალის ორი ფირფიტა (ლითონის მსგავსად), როგორც სახელწოდება გვთავაზობს, ერთმანეთთან პარალელურად იკავებს გარკვეულ მანძილზე. ფირფიტებს შორის არის ადიელექტრიკული მასალა, ასევე მოუწოდა anსაიზოლაციო მასალა.
ეს არის ის, რაც საშუალებას არ აძლევს მუხტებს მასში გაედინება და, შესაბამისად, შეიძლება გახდეს პოლარიზებული - მასში არსებული მუხტები გადამისამართება, ასე რომ, ყველა პოზიტივი ერთად არის ერთ მხარეს და ყველა უარყოფითი მხარე - მეორეზე ელექტრული თანდასწრებით ველი
ნებისმიერ მსურველს შეუძლია შექმნას მარტივი პარალელური ფირფიტის კონდენსატორი ორი ლითონის ფოლგის, როგორც ფირფიტებისა და რამდენიმე ფურცლის გამოყენებით, როგორც იზოლატორი, რომელიც მოთავსებულია მათ შორის.
პარალელური ფირფიტის კონდენსატორის ტევადობა დამოკიდებულია ერთი ფირფიტის ფართობზე, ანა; მათ შორის გამიჯვნად; და დიელექტრიკული მუდმივაκმათ შორის მასალის ამ გზით:
C = \ dfrac {κε_0A} {d}
ტერმინი ε0 ("epsilon-naught") არისნებადართულობათავისუფალი სივრცის, რაც მუდმივია 8,854 × 10 – ის ტოლი-12 ფარადები თითო მეტრზე (F / მ). დიელექტრიკული მუდმივაκარის ერთეულად ნაკლები რაოდენობა, რომლის ნახვა შესაძლებელია ცხრილში, მაგალითად, ამ სტატიასთან დაკავშირებული.
სხვა ტიპის კონდენსატორები
ყველა ტიპის კონდენსატორი არ საჭიროებს პარალელურ ფირფიტებს. ზოგი ცილინდრულია, კოაქსიალური კაბელის მსგავსი, ან სფერული, როგორც უჯრედის მემბრანა (რომელიც მთავრდება მუხტის ჩატარებით, უჯრედისგან დადებითი კალიუმის იონების და მასში ნეგატიური ქლორიდის იონების ამოღებით).
კოაქსიალური კაბელი ფართოდ გამოიყენება ვიდეო, აუდიო და საკომუნიკაციო მონაცემების მისაღებად. მისი ცილინდრული კონსტრუქცია შედგება საიზოლაციო დიელექტრიკული მასალების რამდენიმე ფენისგან, ძლიერ გამტარ ფურცლებს შორის, ხშირად სპილენძი, რომლებიც შემოვიდა ჟელეულივით.
ეს საშუალებას აძლევს კაბელს, სუსტი ელექტრული სიგნალებიც კი გადაიტანოს დეგრადაციის გარეშე დიდ მანძილზე. გარდა ამისა, იმის გამო, რომ საიზოლაციო და გამტარი ფენები შემოვიდა, კოაქსიალური კაბელი უზრუნველყოფს ენერგიის შენახვა შედარებით მცირე სივრცეში - რა თქმა უნდა უფრო მცირე მოცულობაში, ვიდრე პარალელური ფირფიტის კონდენსატორები შეიძლება
RC სქემები
კონდენსატორების ერთი საერთო გამოყენებაა RC სქემაში, ასე დაარქვეს, რადგან ის შეიცავს რეზისტორს და კონდენსატორს. დავუშვათ, რომ მიკროსქემის ორი კომპონენტი პარალელურად არის დაკავშირებული, ჩამრთველი საშუალებას აძლევს წრედს დაუკავშირდეს ერთ – ერთ ორ შესაძლო მარყუჟში: ძაბვის წყარო პლუს კონდენსატორი, ან კონდენსატორი პლუს რეზისტორი.
როდესაც კონდენსატორი უკავშირდება ძაბვის წყაროს, მიმდინარეობა მიედინება წრეში და ის იწყებს შენახული მუხტის შექმნას. როდესაც ჩამრთველი გადაბრუნდება და კონდენსატორი უკავშირდება რეზისტორს, ის გამოყოფს და აცხელებს რეზისტორს.
დატენვისას ძაბვა, ან პოტენციური განსხვავება კონდენსატორზე, არის:
V_ {capacitor} = V_ {წყარო} (1-e ^ {t / RC})
სადაც ორივევკონდენსატორიდავწყაროარის ძაბვები ვოლტებში დატწამში დროა. დროის მუდმივიRCარის წრიული წინააღმდეგობის და ტევადობის პროდუქტი, რაც გულისხმობს, რომ რაც უფრო დიდია რეზისტორი ან კონდენსატორი, მით უფრო მეტი დრო დასჭირდება დამუხტვას ან დათხოვნას. მისი ერთეული წამებშიცაა.
საპირისპირო პროცესში (განმუხტვისას) განტოლება მსგავსია:
V_ {capacitor} = V_ {0} e ^ {- t / RC}
სადვ0არის კონდენსატორის საწყისი, დამუხტული ძაბვა განტვირთვის დაწყებამდე.
იმის გამო, რომ დატენვას დრო სჭირდება ასაშენებლად და გამოსათავისუფლებლად, და ეს დრო დამოკიდებულია თვისებებზე მიკროსქემის ელემენტები, RC სქემა სასარგებლოა ბევრ ელექტრო მოწყობილობაში, რომლებიც საჭიროებენ ზუსტს დროის განაწილება. რამდენიმე გავრცელებული მაგალითია: ფლეშ კამერები, კარდიოსტიმულატორები და აუდიო ფილტრები.
მაგალითი გათვლები
მაგალითი 1: რა არის ტევადობა პარალელური ფირფიტის კონდენსატორისა, რომელიც დამზადებულია ორი 0,25-მ-ისაგან2 ალუმინის ფირფიტები გამოყოფილია 0,1 მ-ით ტეფლონით 20 გრადუს ცელსიუსზე?
ერთი ფირფიტის ფართობის, განცალკევების და დიელექტრიკული მასალის გათვალისწინებით, დაიწყეთ ტეფლონის დიელექტრიკული მუდმივის ძიებით. 20 გრადუსი ცელსიუსით, ეს არის 2,1 (გახსოვდეთ, მას არ აქვს ერთეული!).
მოცულობის გადაჭრა:
მაგალითი 2: რამდენი დრო დასჭირდება 100-μF (10) დამუხტვას-6 ფარად) კონდენსატორი 20 ვ-მდე, როდესაც ის 30-ვ ბატარეასთან არის დაკავშირებული და 10 კვΩ (1000 ომი) რეზისტორით ჩართულია?
დაიწყეთ სიმძლავრისა და წინააღმდეგობის მათი SI ერთეულების გარდაქმნით და შემდეგ RC დროის მუდმივის გაანგარიშებით:
C = 100 μF = 0.0001 F
R = 10 kΩ = 10,000 Ω
RC = 0.0001 F × 10,000 Ω = 1 წამი
შემდეგ, დამუხტვის კონდენსატორის ფორმულის გამოყენება და დროის ამოხსნატ:
V_ {capacitor} = V_ {source} (1-e ^ {t / RC}) \ newline 20 V = 30 V (1-e ^ {t / 1}) \ newline 2/3 = 1-e ^ t \ ახალი ხაზი 1/3 = e ^ t \ ახალი ხაზი ln (1/3) = ln (e ^ t) \ ახალი ხაზი 1,1 წამი = t
კონდენსატორები v. ელემენტები
კონდენსატორები და კვების ელემენტები შეიძლება მსგავსი იყოს, რადგან მათ ორივეს შეუძლია შენახოს და გაათავისუფლოს ელექტრონული მუხტი. მათ აქვთ რამდენიმე ძირითადი განსხვავება, რაც მათ განსხვავებული უპირატესობებისა და უარყოფითი მხარეების მქონე აქვთ.
პირველი, კონდენსატორი ენერგიას ინახავს დამუხტულ ელექტრულ ველში, ხოლო ბატარეა ენერგიას ქიმიურ ნივთიერებებში ინახავს, ქიმიური რეაქციის შედეგად გამოყოფს მას. ამ მატერიალური განსხვავებების გამო, ბატარეას შეუძლია მეტი ენერგიის შენახვა ვიდრე იმავე ზომის კონდენსატორი.
ამასთან, ამ ენერგიის გასათავისუფლებლად საჭირო ქიმიური რეაქცია, როგორც წესი, უფრო ნელია, ვიდრე ელექტრული ველიდან კონდენსატორში მუხტების გამოყოფა. ამრიგად, კონდენსატორს შეუძლია ბატარეაზე უფრო სწრაფად დამუხტვა და გამონადენი, რაც უზრუნველყოფს მოკლე ელექტროენერგიის მეტ ელექტროენერგიას. კონდენსატორი ასევე უფრო მტკიცეა ვიდრე ბატარეა, რაც მას უფრო ეკოლოგიურად სუფთა ხდის.
ყველა ამ მიზეზის გამო, დღეს ინჟინრები ცდილობენ გაზარდონ კონდენსატორების შენახვის ლიმიტები და შეამცირონ ელემენტების დატენვისა და განმუხტვის დრო. მანამდე კი მოწყობილობები ხშირად გამოიყენება ერთად. მაგალითად, კამერის ფლეშ და კარდიოსტიმულატორი იყენებენ ბატარეას და კონდენსატორს გრძელვადიანი ენერგიის უზრუნველსაყოფადდამიაქციეთ იგი სწრაფი აფეთქებებით მაღალ ძაბვებში.
პროგრამები
კონდენსატორებს ხშირად იყენებენ სქემებში ძაბვის ცვლილებების გასწორების ან შუამავლობისთვის, რომელსაც მოწყობილობა სხვაგვარად განიცდის. მაგალითად, სახლში მიტანილი ენერგიის უმეტესი ნაწილი მოდის ალტერნატიული დენის (AC) მიწოდებაში, რომელიც უზრუნველყოფს ”ძაბვის” ძაბვას, მაგრამ საყოფაცხოვრებო ტექნიკის უმეტესობას ენერგიის პირდაპირი დენის (DC) მიწოდება სჭირდება.
კედლის კონდენსატორები ხელს უწყობენ სიგნალის გარდაქმნას AC- დან DC- ზე ამ მოწყობილობებისთვის. შემომავალი ძაბვა ამუხტავს კონდენსატორს, ხოლო როდესაც ის იწყებს ქვედა ძაბვის მონაცვლეობას, კონდენსატორი იწყებს შენახული ენერგიის ზოგიერთი ნაწილის გამოყოფას. ეს საშუალებას აძლევს მოწყობილობას მეორე მხარეს გააგრძელოს უფრო მუდმივი ძაბვა, ვიდრე ეს იქნებოდა კონდენსატორის გარეშე.
კონდენსატორები ასევე სასარგებლოა მოწყობილობებში, სადაც შესაძლოა ელექტრონული სიგნალების გარკვეული სიხშირეების გაფილტვრა დასჭირდეს, მაგალითად, რადიოს გამაძლიერებელი ან აუდიო მიქსერი. მაგალითად, კონდენსატორს შეუძლია ჩართოს დაბალი სიხშირისა და მაღალი სიხშირის ხმები დინამიკის სხვადასხვა ნაწილზე, მაგალითად, ქვე-ვუფერზე ან ტვიტერზე. ან, რადიო დინამიკს, რომელიც იყენებს კონდენსატორებს სიხშირეების დასაყოფად, შეუძლია გაამრავლოს ზოგი, მაგრამ არა სხვისი, ამით გააძლიეროს სასურველი სადგურის სიგნალი, რომელშიც რადიოა აწყობილი.
გათიშვა ინტეგრირებულ წრეში.კონდენსატორის ერთ-ერთი ყველაზე საყოველთაო გამოყენებაა ინტეგრირებული წრეში - მცირე წრეში დაფა, რომელიც შეიცავს ყველა ელექტრონულ კომპონენტს, რომელიც გამოიყენება სამომხმარებლო ელექტრონიკის უმეტესი ნაწილის ენერგიის მისაღებად სმარტფონებისათვის. იქ, კონდენსატორი ემსახურება როგორც ფარს, იცავს სხვა ელექტრონულ კომპონენტებს მოულოდნელად ძაბვის ვარდნა და მოქმედებს როგორც მცირე, დროებითი ენერგიის წყარო, როდესაც მომენტალურად წყდება მიწოდება ხდება
მსგავსია, თუ როგორ ეხმარება ისინი საყოფაცხოვრებო ტექნიკას პირდაპირი დენის მიწოდებაში, კონდენსატორებში ბუფერული ძაბვის ცვლილებებს ელექტრონიკაში მათ მიღმა ჩართვაში; ისინი "იწოვენ" დამატებით ძაბვას და, თავის მხრივ, ათავისუფლებენ ზედმეტ ძაბვას, როდესაც მიწოდება იწყებს ვარდნას.
ინტეგრირებულ წრეებში კონდენსატორების გათიშვა სპეციალურად ხსნის ძაბვის მაღალსიხშირული ცვლილებებს (რადგან მათ შეუძლიათ შეიწოვონ ძაბვის შეცვლა მათში). ეს იწვევს, რომ დანარჩენი წრეების კომპონენტები განიცდიან ძაბვის კიდევ უფრო მეტ კანს მათ სწორად მუშაობისთვის საჭირო დონეზე.
კონდენსატორები, როგორც სენსორები.იმის გამო, რომ კონდენსატორის დიზაინი დამოკიდებულია გამოყენებულ მასალებზე, რომლებსაც, თავის მხრივ, განსხვავებული გამტარ თვისებები აქვთ სხვადასხვა პირობებში, კონდენსატორები ელექტრონული სენსორების მნიშვნელოვანი კომპონენტებია.
მაგალითად, ტენიანობის სენსორი იყენებს დიელექტრიკულ მასალას, როგორიცაა პლასტიკური ან პოლიმერი, რომელიც ტენიანობის დონის შეცვლისას საიმედოდ ცვლის მის გამტარობას. ამრიგად, ამ დიელექტრიკის გამტარობის წაკითხვით, სენსორი გამოყოფს ფარდობით ტენიანობას.
ანალოგიურად, ზოგიერთი საწვავის დონის სენსორი, მათ შორის თვითმფრინავებში, იყენებს კონდენსატორებს იმის დასადგენად, თუ რამდენი საწვავი დარჩა ავზში. ამ მოწყობილობებში საწვავი თავისთავად დიელექტრიკის ფუნქციას ასრულებს. მას შემდეგ, რაც ის დაეცემა საკმარისად დაბალ დონემდე, კონდუქტომეტრული ცვლილებები ხდება და პილოტს აფრთხილებენ.
შესაძლოა, კიდევ უფრო გავრცელებულია სენსორულ მოწყობილობებში გამოყენებული capacitive კონცენტრატორები. როდესაც ადამიანის თითი ეკრანს შეეხება, ის მცირე რაოდენობით ახდენს დატენვას, რითაც ხდება მოწყობილობის გამტარობის გაზომვა და მითითება კონკრეტულ ადგილას. ეს ასევე ხსნის იმას, თუ რატომ უშლის ხელს ხელთათმანების ტარება სმარტფონზე გადახვევას - მატყლი ან ბამბა ხელთათმანში შესანიშნავი იზოლატორია, თითების მუხტებს ეკრანზე გადასვლისგან.