Электрдик конденсатор – бул электр энергиясын чогултууга жана сактоого жөндөмдүү пассивдүү түзүлүш. Ал диэлектрдик материал менен бөлүнгөн эки өткөрүүчү пластинкадан турат. Өткөргүч пластиналарга ар кандай белгидеги электрдик потенциалдардын колдонулушу алар тарабынан бир пластинада оң, экинчисинде терс зарядга ээ болушуна алып келет. Бул учурда, жалпы төлөм нөлгө барабар.
Бул макалада конденсатордун сыйымдуулугун аныктоо жана тарых маселелери талкууланат.
Ойлоп табуу окуясы
1745-жылы октябрда немис окумуштуусу Эвальд Георг фон Клейст электростатикалык генератор менен айнек идиштеги белгилүү өлчөмдөгү суу кабели менен туташтырылса, электр заряды сакталышы мүмкүн экенин байкаган. Бул экспериментте фон Клейсттин колу менен суусу өткөргүч, ал эми айнек идиш электрдик изолятор болгон. Окумуштуу колу менен металл зымды кармагандан кийин, күчтүү разряд пайда болгон, ал болгонэлектростатикалык генератордун разрядынан алда канча күчтүү. Натыйжада фон Клейст электр энергиясы сакталган деген жыйынтыкка келген.
1746-жылы голландиялык физик Питер ван Мушенбрук конденсаторду ойлоп таап, аны окумуштуу иштеген Лейден университетинин урматына Лейден бөтөлкөсү деп атаган. Андан кийин Даниел Гралат бир нече Лейден бөтөлкөлөрүн туташтыруу менен конденсатордун сыйымдуулугун жогорулатты.
1749-жылы Бенджамин Франклин Лейден конденсаторун изилдеп, электр заряды мурда эсептелгендей сууда эмес, суу менен айнектин чегинде сакталат деген жыйынтыкка келген. Франклиндин ачылышынын аркасында Лейден бөтөлкөлөрү айнек идиштердин ичин жана сыртын металл плиталар менен жабуу менен жасалган.
Өнөр жайды өнүктүрүү
"Конденсатор" терминин 1782-жылы Алессандро Вольта киргизген. Алгач электрдик конденсатор изоляторлорун жасоо үчүн айнек, фарфор, слюда жана жөнөкөй кагаз сыяктуу материалдар колдонулган. Ошентип, радиоинженер Гуглильмо Маркони өзүнүн өткөргүчтөрү үчүн фарфор конденсаторлорду, ал эми кабыл алгычтар үчүн - 1909-жылы ойлоп табылган слюда изолятору бар кичинекей конденсаторлорду колдонгон - Экинчи Дүйнөлүк Согушка чейин алар АКШда эң кеңири таралган.
Биринчи электролиттик конденсатор 1896-жылы ойлоп табылган жана алюминий электроддору бар электролит болгон. Электрониканын тез өнүгүшү 1950-жылы миниатюралык тантал конденсатору ойлоп табылгандан кийин гана башталган.катуу электролит.
Экинчи дүйнөлүк согуштун жылдарында пластмасса химиясынын өнүгүшүнүн натыйжасында конденсаторлор пайда боло баштаган, аларда ичке полимердик пленкаларга изолятордун ролу берилген.
Акыры, 50-60-жылдары бир нече жумушчу өткөргүч беттери бар суперконденсаторлордун өнөр жайы өнүгөт, мунун аркасында конденсаторлордун электр кубаттуулугу кадимки конденсаторлор үчүн маанисине салыштырмалуу 3 баллга жогорулайт.
Конденсатордун сыйымдуулугу жөнүндө түшүнүк
Конденсатор пластинасында сакталган электр заряды аппараттын плиталарынын ортосундагы электр талаасынын чыңалуусуна пропорционалдуу. Бул учурда пропорционалдык коэффициент жалпак конденсатордун электр сыйымдуулугу деп аталат. СИде (Эл аралык бирдик системасы) электр кубаттуулугу физикалык чоңдук катары фарад менен өлчөнөт. Бир фарад - бул конденсатордун электр сыйымдуулугу, анын пластинкаларынын ортосундагы чыңалуу 1 вольт, сакталган заряды 1 кулон.
Электр сыйымдуулугу 1 фарад чоң жана практикада электр техникасында жана электроникада пикофарад, нанофарад жана микрофарад даражасындагы сыйымдуулуктагы конденсаторлор кеңири колдонулат. Активдештирилген көмүрдөн турган суперконденсаторлор гана өзгөчөлүктөргө ээ, бул аппараттын иштөө аянтын көбөйтөт. Алар миңдеген фарадка жете алышат жана электр унааларынын прототиби үчүн колдонулат.
Ошентип, конденсатордун сыйымдуулугу: C=Q1/(V1-V2). Бул жерде C-электр кубаттуулугу, Q1 - конденсатордун бир пластинасында сакталган электр заряды, V1-V2- плиталардын электр потенциалдарынын айырмасы.
Жалпак конденсатордун сыйымдуулугунун формуласы: C=e0eS/d. Бул жерде e0жана e - универсалдуу диэлектрдик өтмөк жана изолятор материалынын диэлектрдик өтмөлү S - плиталардын аянты, d - плиталардын ортосундагы аралык. Бул формула изолятордун материалын, плиталардын ортосундагы аралыкты же алардын аянтын өзгөртсөңүз, конденсатордун сыйымдуулугу кандай өзгөрөрүн түшүнүүгө мүмкүндүк берет.
Колдонулган диэлектриктердин түрлөрү
Конденсаторлорду жасоо үчүн диэлектриктердин ар кандай түрлөрү колдонулат. Эң популярдуулары төмөнкүлөр:
- Аба. Бул конденсаторлор өткөргүч материалдан турган эки пластинка болуп саналат, алар аба катмары менен бөлүнүп, айнек корпуска салынган. Аба конденсаторлорунун электр кубаттуулугу аз. Алар көбүнчө радиотехникада колдонулат.
- Слюда. Слюданын касиеттери (жука барактарга бөлүнүү жана жогорку температурага туруштук берүү жөндөмдүүлүгү) аны конденсаторлордо изолятор катары колдонууга ылайыктуу.
- Кагаз. Мокс же лакталган кагаз нымдан коргоо үчүн колдонулат.
Сакталган энергия
Конденсатордун пластинкаларынын потенциалдуу айырмасы көбөйгөн сайын аппарат электр энергиясын сактайт.анын ичинде электр талаасынын болушу. Эгерде плиталардын ортосундагы потенциалдар айырмасы азайса, анда конденсатор разрядсыз болуп, электр чынжырына энергия берет.
Математикалык жактан конденсатордун ыктыярдуу түрүндө сакталган электр энергиясын төмөнкү формула менен туюндуруп алса болот: E=½C(V2-V 1)2, мында V2 жана V1 акыркы жана баштапкы плиталардын ортосундагы стресс.
Заряддоо жана кубаттоо
Эгер конденсатор резистор жана электр тогунун кандайдыр бир булагы бар электр чынжырына туташтырылса, анда чынжыр аркылуу ток өтүп, конденсатор зарядтала баштайт. Ал толук кубатталгандан кийин чынжырдагы электр тогу токтойт.
Эгерде заряддалган конденсатор резистор менен параллель туташтырылган болсо, анда резистор аркылуу ток бир пластинкадан экинчи пластинкага өтөт, ал аппарат толугу менен разрядсыз болгонго чейин уланат. Бул учурда, разряд агымынын багыты аппарат кубатталып жатканда электр тогунун агымынын багытына карама-каршы болот.
Конденсаторду заряддоо жана разряддоо экспоненциалдык убакыттан көз карандылыкты ээрчийт. Мисалы, конденсатордун разряд учурундагы пластинкаларынын ортосундагы чыңалуу төмөнкү формула боюнча өзгөрөт: V(t)=Vie-t/(RC) , мында V i - конденсатордогу баштапкы чыңалуу, R - чынжырдагы электр каршылыгы, t - разряд убактысы.
Электр чынжырында бириктирүү
Бар конденсаторлордун сыйымдуулугун аныктоо үчүнэлектр чынжыры, алар эки башка жол менен айкалыштырылышы мүмкүн экенин эстен чыгарбоо керек:
- Сериялык туташуу: 1/Cs =1/C1+1/C2+ …+1/C.
- Параллель туташуу: Cs =C1+C2+…+C.
Cs - n конденсатордун жалпы сыйымдуулугу. Конденсаторлордун жалпы электр сыйымдуулугу жалпы электрдик каршылыктын математикалык туюнтмаларына окшош формулалар менен аныкталат, резисторлорду параллелдүү туташтыруу үчүн приборлорду катар туташтыруу формуласы гана жарактуу жана тескерисинче.
