Warto przeczytać

Wiesz już zapewne, że kondensator to układ dwóch równoległych przewodzących płyt. Kondensator służy do magazynowania energii. W tym materiale dowiesz się, jakie są rodzaje kondensatorów.

1. Podział ze względu na budowę:

• Kondensator płaski
  Kondensator płaski to układ dwóch płaskich, równoległych, przewodzących płyt. Pojemność kondensatora płaskiego wyznaczamy z wzoru:

  $$C=\frac{{\epsilon }_0{\epsilon }_{r}S}{d}$$,

  gdzie S to powierzchnia okładek, a d odległość między nimi.

  RImVaYv4GRi3G

  Rys. 1. Rysunek przedstawia dwie równoległe, ustawione pionowo okładki w kształcie jednakowych prostokątów. Z każdej okładki wychodzi na zewnątrz przewód elektryczny. Zaznaczona jest odległość między okładkami, małe d i pole powierzchni każdej okładki, wielkie S. Przestrzeń między okładkami wypełniona jest dielektrykiem, którego względna przenikalność elektryczna, oznaczona jest grecką litera epsilon z indeksem dolnym małe r.

  

• Kondensator kulisty
  Kondensator kulisty to przewodząca sfera o promieniu $r_1$ umieszczona wewnątrz innej przewodzącej sfery o promieniu $r_2$ takim, że $r_2>r_1$, tak, że środki tych sfer się pokrywają. Jego pojemność wyznaczamy z wzoru:

  $$C=\frac{4\pi {\epsilon }_0{\epsilon }_r{r}_1{r}_2}{r_2-r_1}$$,

  gdzie $r_1$ to promień wewnętrznej okładki kondensatora, natomiast $r_2$to promień zewnętrznej okładki kondensatora.

  R1W7mins6FYdc

  Rys. 2. Rysunek przedstawia dwa współśrodkowe okręgi, które stanowią przekrój poprzeczny przez dwie współśrodkowe powierzchnie kuliste. Mniejszy okrąg ma zaznaczony promień literą małe r z indeksem dolnym jeden, a większy okrąg ma zaznaczony promień literą małe r z indeksem dolnym dwa. Między okręgami znajduje się dielektryk, którego względna przenikalność elektryczna, oznaczona jest grecką litera epsilon z indeksem dolnym małe r.

  

• Kondensator walcowy
  Kondensator walcowy to układ składający się z przewodzącego walca o promieniu $r_1$ i otaczającego go cylindra o promieniu $r_2$, wykonanego z tego samego materiału.

  RDJpZ5mtStQi4

  Rys. 3. Rysunek przedstawia dwa współosiowe walce o jednakowej długości i różnych promieniach. Mniejszy walec ma zaznaczony promień literą małe r z indeksem dolnym jeden, a większy walec ma zaznaczony promień literą małe r z indeksem dolnym dwa. Długość walca oznaczono wielką literą L. Między powierzchniami bocznymi walców umieszczony jest dielektryk, którego względna przenikalność elektryczna, oznaczona jest grecką litera epsilon z indeksem dolnym małe r.

  

  Jego pojemność wyznaczamy z wzoru:

  $$C=\frac{2\pi {\epsilon }_0{\epsilon }_{r}L}{ln{r}_2-ln{r}_1}$$,

  gdzie $ln$ oznacza logarytm naturalny. Jest to szczególny logarytm o podstawie e, czyli liczbie Eulera równej w przybliżeniu 2,71828.

2. Podział ze względu na materiał znajdujący się między okładkami kondensatora

• Kondensator próżniowy – przestrzeń między okładkami to próżnia. Względna przenikalność elektryczna ${\epsilon }_r$ dla próżni jest równa 1, dlatego w kondensatorach próżniowych pomija się ten czynnik we wzorach.

• Kondensator powietrzny – przestrzeń między okładkami wypełniona jest powietrzem. Względna przenikalność elektryczna powietrza ${\epsilon }_r$ wynosi 1,00054. Zazwyczaj traktuje się ją w przybliżeniu jako 1, a dla kondensatorów powietrznych stosuje się takie same wzory, jak dla próżniowych.

• Kondensator z dielektrykiem – przestrzeń między okładkami wypełniona jest dielektrykiem. W takim wypadku we wzorach na pojemność kondensatora uwzględnia się względną przenikalność elektryczną materiału dielektryka ${\epsilon }_r$, która jest większa od 1.

  Różnice we wzorach dla kondensatorów próżniowych i wypełnionych dielektrykiem przedstawiono w tabeli poniżej:

3. Podział ze względu na zastosowanie

• Kondensator ceramiczny - rolę dielektryka pełni materiał ceramicznymateriał ceramicznymateriał ceramiczny. Jego zaletą jest rozmiar – kondensator ten jest płaski, więc daje możliwość umieszczenia go w nawet niewielkiej przestrzeni. Kondensator ten nie wymaga polaryzacji (tzn. możliwy jest przepływ prądu przez kondensator w obu kierunkach), pozwala to na montaż w obwodach ACobwód ACobwodach AC. Kondensatory te mają zwykle pojemności od 1 nF do 10 µF, ale zdarzają się też kondensatory ceramiczne o pojemnościach 100 µF.

• Kondensatory elektrolityczne - rolę jednej z elektrod pełni elektrolit (substancja zdolna do przewodzenia prądu elektrycznego za pomocą ruchu jonów). Może być to elektrolit ciekły lub stały (polimer). Ten typ kondensatorów wymaga polaryzacji. Kondensatory elektrolityczne zwykle mają pojemności z zakresu 10 µF - 50 mF.

• Superkondensatory wykorzystują węgle aktywne, grafengrafengrafen lub węglowe aerożele. Bywają wykorzystywane jako alternatywa dla akumulatorów. Ich zaletą jest szybkie tempo ładowania i rozładowywania oraz duża pojemność, natomiast wadą jest duży koszt. Superkondensatory mogą uzyskiwać pojemności nawet do 12000 F.

• Kondensatory nastawne - ich pojemność można płynnie zmieniać. Składają się one z serii nieruchomych, równoległych tarcz (statora) i drugiego układu ruchomych tarcz (rotora). Po przekręceniu rotora talerze zazębiają się. W zależności od kąta obrotu zmienia się powierzchnia „zazębiających” się tarcz tworzących kondensator, a więc zmienia się też jego pojemność.

• Kondensatory foliowe – dielektrykiem jest folia z tworzywa sztucznego. Często folia ta jest metalizowana jedno - lub dwustronnie. Ich zaletami są długa żywotność (powolny proces starzenia) oraz niski koszt. Kondensatory te nie wymagają polaryzacji, więc mogą być montowane w układach z sygnałami przemiennymi. Mają pojemność rzędu 1 nF do 30 µF.

Słowniczek