Warto przeczytać

Kondensator to element elektroniczny, składający się z dwóch przewodników (okładek) oddalonych od siebie na odległość $d$. Cechą charakterystyczną każdego kondensatora jest jego pojemność $C$. Mówi nam ona, jaki ładunek zostanie zgromadzony na kondensatorze przy określonym napięciu $U$ (różnicy potencjałów między okładkami $\Delta V$):

Jednostką pojemność jest farad, który oznaczamy jako F i definiujemy jako iloraz:

1 farad oznacza bardzo dużą pojemność, częściej więc używamy mniejszych jednostek, takich jak:

• mikrofarad 1 μmuF = 10Indeks górny -6^-6 F,

• nanofarad 1 nF = 10Indeks górny -9^-9 F,

• pikofarad 1 pF = 10Indeks górny -12^-12 F.

Aby zwiększyć pojemność kondensatora, można między jego okładkami umieścić dielektryk (np. ceramikę).

R44XKHRYMccbz

Rys. 1. Na rysunku znajdują się dwie identyczne, pionowe, prostokątne płyty umieszczone równolegle do siebie w pewnej odległości. Od lewej płyty biegnie pozioma linia w lewo, a od prawej płyty, w prawo. Pomiędzy płytami znajduje się prostokąt w innym kolorze, wypełniający w całości przestrzeń między płytami.

Pojemność kondensatora płaskiego o powierzchni okładek $S$ i odległości między nimi $d$, możemy wyznaczyć na podstawie zależności:

gdzie:

$\varepsilon_{0}$ – przenikalność elektryczna próżni ($\varepsilon_{0}$ = 8,85 · 10Indeks górny -12^-12 F/m),

$\varepsilon_{r}$ – przenikalność względna dielektryka, dla powietrza ${\epsilon }_r\approx 1$.

W elektrotechnice stosowane są różne kondensatory, np:

• Kondensatory ceramiczne, w których rolę dielektryka pełni materiał ceramiczny. Główną zaletą tego typu kondensatorów jest ich niewielki rozmiar – kondensator ten jest płaski, więc daje możliwość umieszczenia go nawet w niewielkiej przestrzeni. Kondensator ten nie wymaga polaryzacji - oznacza to, że możliwy jest przepływ prądu przez kondensator w obu kierunkach, co pozwala na montaż w obwodach prądu przemiennegoprąd przemiennyprądu przemiennego (AC).

Kondensatory ceramiczne często wykorzystywane są w pracy z sygnałami o dużej częstotliwości.

Standardowa pojemność tego typu kondensatorów zawiera się w przedziale od 1 nF (10Indeks górny -9^-9 F) do 10 μmuF (10Indeks górny -5^-5 F), ale zdarzają się też kondensatory ceramiczne o pojemnościach 100 μmuF (10Indeks górny -4^-4 F).

R1FYhtSFfCY3Y

Rys. 2. Na rysunku przedstawiono wygląd ceramicznego kondensatora. Składa się on z płaskiego, pełnego krążka, co przypomina kształt okrągłej tabletki lub baterii do wagi łazienkowej lub zegarka. Na podstawie krążka zapisano wartości pojemności, tutaj sto pikofaradów oraz wartość napięcia ładowania, tutaj tysiąc wolt. Z bocznej powierzchni elementu wyprowadzone są dwie pionowe, cienkie, metalowe nóżki, równoległe do siebie.

• Kondensatory elektrolityczne, w których rolę jednej z elektrod pełni elektrolit, czyli substancja zdolna do przewodzenia prądu elektrycznego za pomocą ruchu jonów. Może mieć on formę cieczy lub ciała stałego. Projektując układ należy pamiętać, że ten typ kondensatorów wymaga polaryzacji. Nieprawidłowe podłączenie kondensator elektrolitycznego (zamiana biegunów) może grozić jego wybuchem.

Kondensatory elektrolityczne (Rys. 3.) zwykle mają pojemności z zakresu 10 μmuF (10Indeks górny -5^-5 F) - 50 mF (5 · 10Indeks górny -2^-2 F). Duża pojemność tego typu kondensatorów sprawia, że są one niezwykle często używane, np. w komputerach.

R1NCxaVk4eS0X

Rys. 3. Na zdjęciu przedstawiono różne rodzaje kondensatorów elektrolitycznych. Wszystkie one mają kształt walca. Blisko jednej z podstaw walca znajduje się małe przewężenie. Z podstawy bliżej przewężenia wyprowadzone są dwie pionowe, cienkie metalowe nóżki. Na zdjęciu widzimy kondensatory o różnych średnicach i wysokościach. Na etykiecie kondensatora, naklejonej na bocznej powierzchni walca widoczne jest m.in. jego oznaczenie, pojemność i napięcie ładowania. Pojemności kondensatorów na zdjęciu wynoszą do kilku mikrofaradów.

• Superkondensatory to najnowocześniejszy rodzaj kondensatorów. Wykorzystują węgle aktywne, grafen lub węglowe aerożele. Bywają wykorzystywane jako alternatywa dla akumulatorów. Zaletą jest szybkie tempo ładowania i rozładowywania oraz duża pojemność, natomiast wadą jest duży koszt. Ten typ kondensatorów znajduje zastosowanie w komputerach czy UPS‑ach (urządzeniach podtrzymujących pracę w przypadkach nieciągłości w dostawie energii). Trwają prace nad zastosowaniem superkondensatorów m. in. w samochodach hybrydowychsamochód hybrydowysamochodach hybrydowych.

Superkondensatory mogą uzyskiwać pojemności nawet do 12 000 F.

R10rsn14yXr5k

Rys. 4. Na zdjęciu przedstawiono różne rodzaje superkondensatorów. Mają one kształt walca. Superkondensatory widoczne na zdjęciu mają różne średnice i wysokości. Najmniejsze superkondensatory są podobne do kondensatorów elektrolitycznych – mają przewężenie na walcu, a z podstawy znajdującej się przy przewężeniu wychodzą dwie cienkie, pionowe, metalowe nóżki. Większe superkondensatory mają kształt bardziej zbliżony do baterii paluszków. Na walcach nie ma przewężeń, a na obydwu podstawach znajduje się po jednej metalowej wypustce. Na etykietach naklejonych na bocznych powierzchniach walców widoczne jest logo producenta, oznaczenie kondensatora, pojemność oraz napięcie ładowania. Pojemności superkondensatorów na zdjęciu zawierają się od kilkunastu do kilku tysięcy faradów.

• Kondensatory nastawne, czyli takie, których pojemność można płynnie zmieniać (Rys. 5.). Kondensator nastawny składa się z grupy 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 te były często montowane w obwodach służących do strojenia odbiorników telewizyjnych i radiowych.

RHckYt5hoowTG

Rys. 5. Na zdjęciu widoczny jest kondensator nastawny. Ma on kształt metalowego prostopadłościanu, bez jednej ściany. Przez prostopadłościan przechodzi oś w kształcie walca. Na osi zamontowane są tarcze, z których część jest nieruchoma, a część ruchoma. Tarcze mają kształt półkolisty.

Kondensatory często są też elementami układów RLC (rezystor, cewka, kondensator). Układy te są wykorzystywane między innymi w falownikach rezonansowych, czyli służą do zamiany prądu stałegoprąd stałyprądu stałego na prąd zmienny (można je spotkać np. w tramwajach - w ładowarkach baterii pokładowych).

Na schematach elektrycznych kondensator zazwyczaj oznaczamy jako dwie pogrubione, równoległe kreski.

R5qPZngd8h4dh

Rys. 6. Na rysunku przedstawiono symbol kondensatora. Składa się on z dwóch pionowych, równoległych do siebie kresek o tej samej wysokości. Te kreski symbolizują okładki kondensatora. W połowie wysokości kresek dołączone są kreski poziome, po jednej do każdej pionowej kreski, które biegną od pionowych kresek na zewnątrz. Poziome kreski symbolizują doprowadzenia elektryczne.

Słowniczek