Een condensator is een elektrisch onderdeel dat energie opslaat in een elektrisch veld. Het apparaat bestaat uit twee metalen platen gescheiden door een diëlektricum of isolator. Wanneer een gelijkspanning over de klemmen wordt aangelegd, trekt de condensator stroom en gaat door met opladen totdat de spanning over de klemmen gelijk is aan de voeding. In een wisselstroomcircuit waarin de aangelegde spanning voortdurend verandert, wordt de condensator continu opgeladen of ontladen met een snelheid die afhankelijk is van de voedingsfrequentie.
Condensatoren worden vaak gebruikt om de DC-component in een signaal uit te filteren. Bij zeer lage frequenties werkt de condensator meer als een open circuit, terwijl bij hoge frequenties het apparaat werkt als een gesloten circuit. Terwijl de condensator oplaadt en ontlaadt, wordt de stroom beperkt door de interne impedantie, een vorm van elektrische weerstand. Deze interne impedantie staat bekend als capacitieve reactantie en wordt gemeten in ohm.
Wat is de waarde van 1 Farad?
De farad (F) is de SI-eenheid van elektrische capaciteit en meet het vermogen van een component om lading op te slaan. Een condensator van één farad slaat één coulomb lading op met een potentiaalverschil van één volt over de klemmen. De capaciteit kan worden berekend met de formule:
C=\frac{Q}{V}
waarCis de capaciteit in farads (F),Vraagis de lading in coulombs (C), enVis het potentiaalverschil in volt (V).
Een condensator ter grootte van één farad is vrij groot omdat hij veel lading kan opslaan. De meeste elektrische circuits hebben zo'n grote capaciteit niet nodig, dus de meeste verkochte condensatoren zijn veel kleiner, meestal in het pico-, nano- en micro-farad-bereik.
De mF naar μF rekenmachine
Het omzetten van millifarads naar microfarads is een eenvoudige handeling. Men kan een online mF naar μF-calculator gebruiken of een pdf-conversietabel voor condensatoren downloaden, maar wiskundig oplossen is een eenvoudige handeling. Eén millifarad is gelijk aan 10-3 farads en één microfarad is 10-6 farad. Dit omzetten wordt
1\text{ mF} = 1\times 10^{-3}\text{ F} = 1 \times (10^{-3}/10^{-6})\text{ μF} = 1 \times 10 ^3\tekst{ μF}
Men kan picofarad op dezelfde manier naar microfarad converteren.
Capacitieve reactantie: de weerstand van een condensator
Terwijl een condensator oplaadt, daalt de stroom erdoorheen snel en exponentieel naar nul totdat de platen volledig zijn opgeladen. Bij lage frequenties heeft de condensator meer tijd om op te laden en minder stroom door te laten, wat resulteert in minder stroom bij lage frequenties. Bij hogere frequenties besteedt de condensator minder tijd aan opladen en ontladen, en accumuleert minder lading tussen de platen. Hierdoor gaat er meer stroom door het apparaat.
Deze "weerstand" tegen stroom is vergelijkbaar met een weerstand, maar het cruciale verschil is dat de stroomweerstand van een condensator - de capacitieve reactantie - varieert met de toegepaste frequentie. Naarmate de toegepaste frequentie toeneemt, neemt de reactantie, gemeten in ohm (Ω) af.
Capacitieve reactantie (Xc)wordt berekend met de volgende formule
X_c=\frac{1}{2\pi fC}
waarXcis de capacitieve reactantie in ohm,fis de frequentie in Hertz (Hz), enCis de capaciteit in farads (F).
Capacitieve reactantieberekening
Bereken de capacitieve reactantie van een 420 nF condensator bij een frequentie van 1 kHz
X_c=\frac{1}{2\pi \times 1000\times 420\times 10^{-9}}=378.9\Omega
Bij 10 kHz wordt de reactantie van de condensator
X_c=\frac{1}{2\pi \times 10000\times 420\times 10^{-9}}=37.9\Omega
Het is te zien dat de reactantie van een condensator afneemt naarmate de toegepaste frequentie toeneemt. In dit geval neemt de frequentie met een factor 10 toe en neemt de reactantie met een vergelijkbare hoeveelheid af.