Kondensator to element elektryczny, który przechowuje energię w polu elektrycznym. Urządzenie składa się z dwóch metalowych płyt oddzielonych dielektrykiem lub izolatorem. Gdy napięcie prądu stałego zostanie przyłożone do jego zacisków, kondensator pobiera prąd i kontynuuje ładowanie, aż napięcie na zaciskach będzie równe zasilaniu. W obwodzie prądu przemiennego, w którym przyłożone napięcie stale się zmienia, kondensator jest stale ładowany lub rozładowywany z szybkością zależną od częstotliwości zasilania.
Kondensatory są często używane do odfiltrowania składowej prądu stałego w sygnale. Przy bardzo niskich częstotliwościach kondensator działa bardziej jak obwód otwarty, podczas gdy przy wysokich częstotliwościach urządzenie działa jak obwód zamknięty. Gdy kondensator ładuje się i rozładowuje, prąd jest ograniczony przez wewnętrzną impedancję, formę oporu elektrycznego. Ta wewnętrzna impedancja jest znana jako reaktancja pojemnościowa i jest mierzona w omach.
Jaka jest wartość 1 Farada?
Farad (F) jest jednostką pojemności elektrycznej układu SI i mierzy zdolność komponentu do przechowywania ładunku. Kondensator jednofaradowy przechowuje jeden kulomb ładunku z różnicą potencjałów wynoszącą jeden wolt na swoich zaciskach. Pojemność można obliczyć ze wzoru
C=\frac{Q}{V}
gdziedoto pojemność w faradach (F),Qjest ładunkiem w kulombach (C) iVto różnica potencjałów w woltach (V).
Kondensator wielkości jednego farada jest dość duży, ponieważ może przechowywać dużo ładunku. Większość obwodów elektrycznych nie potrzebuje tak dużej pojemności, więc większość sprzedawanych kondensatorów jest znacznie mniejszych, zwykle w zakresie piko-, nano- i mikrofaradów.
Kalkulator mF do μF
Zamiana milifaradów na mikrofarady to prosta operacja. Można skorzystać z internetowego kalkulatora mF na μF lub pobrać tabelę konwersji kondensatorów w formacie PDF, ale rozwiązywanie matematyczne jest prostą operacją. Jeden milifarad odpowiada 10-3 farady i jeden mikrofarad to 10-6 farady. Konwersja to staje się
1\text{ mF} = 1\times 10^{-3}\text{ F} = 1 \times (10^{-3}/10^{-6})\text{ μF} = 1 \times 10 ^3\text{ μF}
W ten sam sposób można przekonwertować pikofarad na mikrofarad.
Reakcja pojemnościowa: opór kondensatora
Gdy kondensator ładuje się, przepływający przez niego prąd szybko i wykładniczo spada do zera, dopóki jego płytki nie zostaną w pełni naładowane. Przy niskich częstotliwościach kondensator ma więcej czasu na ładowanie i przepuszcza mniej prądu, co skutkuje mniejszym przepływem prądu przy niskich częstotliwościach. Przy wyższych częstotliwościach kondensator spędza mniej czasu na ładowaniu i rozładowywaniu oraz gromadzeniu mniejszego ładunku między płytami. Powoduje to przepływ większej ilości prądu przez urządzenie.
Ta „rezystancja” na przepływ prądu jest podobna do rezystora, ale zasadniczą różnicą jest rezystancja prądowa kondensatora – reaktancja pojemnościowa – zmienia się wraz z przyłożoną częstotliwością. Wraz ze wzrostem przyłożonej częstotliwości zmniejsza się reaktancja mierzona w omach (Ω).
Reaktancja pojemnościowa (Xdo)wyliczany jest według wzoru
X_c=\frac{1}{2\pi fC}
gdzieXdojest reaktancją pojemnościową w omach,fajest częstotliwością w hercach (Hz) idoto pojemność w faradach (F).
Obliczanie reaktancji pojemnościowej
Oblicz reaktancję pojemnościową kondensatora 420 nF przy częstotliwości 1 kHz
X_c=\frac{1}{2\pi \times 1000\times 420\times 10^{-9}}=378.9\Omega
Przy 10 kHz reaktancja kondensatora staje się
X_c=\frac{1}{2\pi \times 10000\times 420\times 10^{-9}}=37.9\Omega
Widać, że reaktancja kondensatora spada wraz ze wzrostem przyłożonej częstotliwości. W tym przypadku częstotliwość wzrasta dziesięciokrotnie, a reaktancja maleje o podobną wartość.
