con den satori 1

5/14/2018 Con Den Satori 1 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/con-den-satori-1 1/13

Oarecum, condensatorul este un fel de baterie. Cu toate că lucrează în moduri total diferite, şicondensatorii şi bateriile stochează energie electrică. În interiorul bateriilor, o serie de reacţiichimice produc electroni pe un terminal şi îi „absorb” de la celălalt. Un condensator este maisimplu decât o baterie, în sensul că el nu produce electroni, ci doar îi stochează.

Deci, condensatorul este un dispozitiv electric pasiv ceînmagazinează energie sub forma unui câmp electric între douăarmături încărcate cu o sarcină electrică egală, dar de semnopus. Acesta mai este cunoscut si sub denumirea de capacitor.Unitatea de măsură, în sistemul internaţional, pentru capacitateaelectrică este faradul (notat F). Condensatoarele pot fi de maimulte feluri (electrolitice, cu tantal, etc.), ele fiind realizate atât în tehnologie SMD (surface mounted device) cat şi tehnologieTHD (trough hole device).

În interiorul condensatorului, terminalele sunt conectate la două

plăci de metal separate de un material dielectric (non-conductor). Puteţi face cu uşurinţă uncondensator din două bucăţi de folie de aluminiu separate de o bucată de hârtie.

Nu va fi un condensator foarte bun în privinţa capacităţii sale de acumulare a energiei electrice,dar va funcţiona.

În teorie, orice material non-conductor poate fi dielectric. Totuşi, pentru aplicaţii practice,materiale specifice sunt folosite pentru a obţin cele mai bune rezultate. Mica, ceramica, celuloza, porţelanul, Mylar -ul, teflonul şi chiar aerul sunt o parte dintre materialele dielectrice folosite lacondensatori. Dielectricul folosit dictează tipul condensatorului şi pentru ce este folosit. Înfuncţie de mărimea şi tipul dielectricului, unii condensatori sunt mai buni pentru curenţi electrici

de frecvenţe înalte, în timp ce alţii pentru voltaje înalte. Condensatorii pot fi folosiţi în aproapeorice scop, de la micii condensatori din computerul dumneavoastră la uriaşi condensatori cealimentează un autobuz. NASA utilizează condensatori ce au ca dielectric sticla pentru a pornisistemele electrice uriaşe ale navetelor şi staţiilor spaţiale.

Aici sunt o parte din dielectricii folosiţi în condensatori şi ce capacităţi le dau acestora:

1. Aerul – adesea folosit în circuite radio;2. Mylar – folosit adesea pentru circuitele ceasurilor, cronometrelor şi altor dispozitive de

măsurare a timpului;3. Sticla – bună pentru aplicaţii de mare voltaj;

4.

Condensatorii ceramici – folosiţi pentru frecvenţe mari, în dispozitive ca antenele,scannere cu raze X sau MRI;5. Super-condensatori – folosiţi la maşini electrice şi hibride.

1. Circuitul condensatorilor

Într-o reprezentare schematică a unui circuit electric, un condensator este prezentat astfel, înfuncţie de tipul său.



Când conectaţi un condensator de o baterie, iată ce se întâmplă (vezi f ig. de mai jos):

Placa condensatorului care este ataşată la terminalul negativ al bateriei acceptă electronii produşi de aceasta;

Placa condensatorului care este ataşată la terminalul pozitiv al bateriei pierde electroni,aceştia ducându-se la baterie.

Odată ce este încărcat, condensatorul va avea aceeaşi tensiune electrică ca şi bateria (dacă bateriaare 1,5 volţi, atunci si condensatorul va avea tot 1,5 volţi). Pentru un mic condensator,capacitatea este mică. Marii condensatori pot suporta puţin mai multă sarcină electrică. Puteţi

găsi condensatori mai cât o conservă care pot susţine destulă sarcină electrică necesară pentru aface posibilă aprinderea unui bec timp de un minut mai sau mai mult.

Chiar şi natura are un „condensator” care funcţionează în forma fulgerelor. O „placă” sunt norii,iar cealaltă este reprezentată de pământ, iar fulgerul apare între aceste două „plăci”. Evident, cuun condensator de aceste dimensiuni se poate stoca destulă sarcină pentru a produce fulgerele.



În imaginea de mai sus este un circuit format dintr-un bec, o baterie şi un condensator. Dacăcondensatorul este destul de mare, veţi observa că, atunci când conectaţi bateria, becul va luminaîn timp ce curentul de bateriei circulă spre condensator şi acest acumulează sarcină electrică.Lumina becului va creşte în intensitate până ce condensatorul îşi atinge capacitatea maximă.Dacă veţi deconecta bateria de la circuit şi o veţi înlocui cu un fir, curentul va circula de la o placă a condensatorului la cealaltă. Becul va emite iniţial o lumină intensă care apoi scade înintensitate pe măsură ce condensatorul se descarcă.

2. Faradul

Capacitatea de stocare a sarcinii electrice de către condensator, sau capacitanţa, este măsurată în

Sistemul Internaţional în unităţi numite farazi. Un condensator de un farad poate stoca uncoulomb de sarcină la un volt. Un coulomb are 625 X 1016 electroni. Un amper reprezintă o ratăde electroni de 1 coulomb pe secundă, aşadar un condensator de un farad poate susţine un amper pe secundă la tensiunea de un volt.

Un condensator de un farad este destul de mare. Din acest motiv, de obicei condensatorii semăsoară în submultiplii faradului, în unităţi ca microrfaradul (mF) şi picofaradul (pF).

Pentru a avea o perspectivă a cât de mare este un farad, gândiţi-vă la asta:

1. O baterie AA alcalină standard are aproximativ 2,8 amperi/oră;

2. Asta înseamnă că o baterie AA alcalină standard poate produce un curent electric cuintensitatea de 2,8 amperi şi cu tensiunea de 1,5 volţi timp de o oră (aproximativ 4,2 waţi pe oră – o astfel de baterie poate ţine aprins un bec de 4 waţi aproximativ de o oră);

3. Să spunem că bateria produce curent cu tensiunea de un volt pentru a simplifica calculele.Pentru a stoca energia unei baterii AA cu intensitatea curentului de 2,8 amperi şi cutensiunea de un volt într-un condensator, v-ar trebui un condensator de 3600 X2.8=10080 farazi, deoarece un amper pe oră este egal cu 3600 amperi pe secundă.



3. Energia stocată

Ca sarcini opuse care se acumulează pe plăcile unui condensator datorate unei separaţii asarcinilor, se dezvoltă un voltaj în condensator datorită câmpului electric al acestor sarcini.Creşterea energiei se face împotriva câmpului electric, fiind separată mai multă sarcină electrică.

Energia (măsurată în SI în jouli) stocată în condensator este egală cu acţiunea necesară pentru astabili voltajul în condensator şi, implicit, şi a câmpului electric. Energia stocată este calculatăprin formula:

unde „V” este voltajul (tensiunea electrica) la bornele condensatorului.

Energia maximă care poate fi stocată (în siguranţă) într -un condensator este limitată de câmpul

electric maxim pe care îl poate suporta materialul dielectric înainte să se distugă. Aşadar, toţicondensatorii care folosesc acelaşi material dielectric au aceeaşi densitate a energiei (jouli per metru cub).

4. Aplicaţii

Diferenţa dintre un condensator şi o baterie este că un condensator poate să se descarce de toatăenergia electrică într -o fracţiune de secundă, în timp ce unei baterii îi trebuie minute pentr u a sedescărca în totalitate. Acesta este motivul pentru care fulgerul electronic al unei camere fotofoloseşte un condensator – bateria încarcă condensatorul timp de câteva secunde, iar acestaeliberează toată sarcina pe care a acumulat-o în lampa de blitz aproape instantaneu. Acest lucru

face condensatorii mari extrem de periculoşi – televizoarele şi alte dispozitive care conţincondensatori mari au avertismente cu privire la deschiderea lor.

Condensatorii sunt folosiţi în circuitele electrice în câteva moduri diferite:

1. Uneori, sunt folosiţi pentru a stoca energie şi pentru a o folosi cu mare viteză. Acest lucruface un fulger. Laserele mari folosesc această tehnică pentru a genera scântei luminoase,instantanee.

2. Condensatorii pot de asemenea elimina pulsaţiile. Dacă un traseu electric de alimentare incurent continuu "are pulsaţi", un condensator poate absorbi „vârfurile” şi umple „văile”,deci netezi forma de unda (de tensiune).

3.

Un condensator poate bloca tensiunea curentului continuu. dacă conectaţi un condensatorla o baterie, atunci când se va încărca în totalitate, între polii bateriei nu va mai circulacurentul. Totuşi, orice semnal alternativ, trece printr -un condensator nestingherit. Acestlucru se întâmplă deoarece condensatorul se încarcă şi se descarcă odată cu fluctuaţiilecurentului, făcând să pară că acesta trece prin el.



5. Istoria condensatorului

Invenţia condensatorului variază oarecum în funcţia de cine întrebi. Există documente careindică faptul că cercetătorul german Ewald Gorg von Kleist a inventat condensatorul înnoiembrie 1754. Câteva luni după aceea, Pieter van Musschenbroek, un profesor olandez de launiversitatea Leyden a venit cu un dispozitiv similar, numit butelia de Leyda, care esteconsiderat primul condensator. Deoarece Kleist nu avea jurnale şi note foarte amănunţite, el afost adesea privit ca un contribuitor la dezvoltarea condensatorului, nu inventatorul acestuia.Totuşi, peste ani, s-a stabilit că cercetările lor au fost independente şi că între ele a fost doar opură coincidenţă.

Butelia de Leyda este un dispozitiv foarte simplu. El constă dintr -un borcan de sticlă, pe jumătate

umplut cu apă, şi căptuşi pe interior şi pe exterior cu folie de metal. Sticla acţionează ca undielectric, deşi s-a crezut pentru un timp că apa este ingredientul-cheie. Acolo este de obicei unfir de metal sau un lanţ care este trecut printr -un dop de plută (sau alt material izolant). Lanţuleste încovoiat pe ceva care va distribui sarcina. Odată transmis curentul în butelie, ea ar trebui să poată susţine două sarcini opuse, dar egale în echilibru până când este conectată la un fir, producând o scânteie sau un şoc.



Benjamin Franklin a folosit butelia de Leyda în experimentele sale cu electricitatea şi adescoperit că o bucată de sticlă plată funcţionează la fel ca şi butelia de Leyda, dezvoltând astfelcondensatorul plat sau pătratul Franklin. Câţiva ani mai târziu, chimistul englez Michael Faradaya folosit condensatorii în primele aplicaţii practice în încercarea de a stoca electroni nefolosiţi de

la experimentele sale. Acesta a fost primul condensator utilizabil, făcut din butoaie mari de ulei.Progresul lui Faraday asupra condensatorilor este cel care ne-a permis să „transportăm” energieelectrică pe distanţe mari. Ca rezultat pentru realizările lui Faraday domeniul câmpurilor câmpurile electrice, unitatea de măsură a capacitanţei condensatorilor este faradul.

6. Circuite electrice

6.1 Sursele de curent continuu

Materialul dielectric dintre plăci este un izolator care opreşte fluxul de electroni. Un curentelectric constant care străbate un condensator „depozitează” electroni pe o placă şi ia aceeaşi

cantitate de electroni de pe placa cealaltă. Acest proces se numeşte „încărcare”. Curentul ce trece prin condensator rezultă în separaraţia de sarcină din interiorul său, care dezvoltă un câmpelectric între plăcile unui condensator, dezvoltând o diferenţă de voltaj între plăci echivalentă cucurentul electric ce trece prin el. Acest voltaj (V) este direct proporţional cu cantitatea de sarcinăseparată (Q). Întrucât curentul (I) din condensator este rata prin care sarcina (Q) este „forţată” prin condensator (dQ/dt), aceasta poate fi exprimată matematic:

unde „I” este fluxul de curent în direcţia convenţională, măsurat în amperi, „dV/dt” este timpulderivat al voltajului, măsurat în volţi per secundă, şi „C” este capacitanţa măsurată în farazi.

Pentru circuitele cu o sursă de voltaj constant (conninuu) şi care constă doar din rezistenţe şicondensatori, voltajul care traversează condensatorul nu poate depăşi voltajul de la sursă. Astfel,se ajunge la un echilibru unde voltajul care traversează condensatorul este constant, iar curentulde la condensator este zero. Din acest motiv, se spune că condensatorii blochează curentulcontinuu.

6.2 Sursele de curent alternativ

Curentul potrivit pentru un condensator este curentul alternativ, care îşi schimbă direcţia periodic. Acest tip de curent electric este cel mai potrivit pentru un condensator deoarece încarcă plăcile alternativ: într -o direcţie încarăcă o plcaă iar când şi-o schimbă o încarcă pe cealaltă. Cuexcepţia momentului în care curentul electric îşi schimbă direcţia, curentul condensatorului estediferit de zero pe tot parcursul unui ciclu. Din acest motiv putem spune că condensatorii lasăcurentul alternativ „să treacă”. Totuşi, electronii nu trec niciodată direct de la o placă la alta decâtatunci când materialul dielectric este distus. O asemenea situaţie duce la distrugeri fizice alecondensatorului şi, uneori, a circuitului electric în care acesta se află.

Deoarece voltajul care traversează condensatorul este proporţional cu integralul curentuluielectric, cu sinusul undelor în curentul alternativ sau semnalul curcuitelor, rezultă în această fază

un unghi de 90 de grade, curentul conducând voltajul unghiului de tranzit. Poate fi demonstrat căvoltajul curentului alternativ care trece printr-un condensator este în cvardratură cu alternareacurentului prin condensator. Aceasta înseamnă că voltajul şi curentul electric sunt defazate cu unsfert de ciclu. Amplitudinea voltajului depinde de amplitudinea curentului divizat de produsulfrecvenţei curentului cu capacitanţa.

6.3 Impedanţa

Rata voltajului fazat („fazat” este un număr complex, care reprezintă amplitudinea a unei funcţiisinusoidale a timpului) care traversează un element al circuitului spre curentul fazat. Acelelement se numeşte impedanţă (Z). Impedanţa descrie o măsură a opoziţiei a unui curent

alternativ. Pentru un condensator, aceasta se calculează prin formula:

unde:

este reactanţa capacitivă,

ω=2πf este frecvenţa unghiulară („f” este frecvenţa, „C” este capacitanţa măsurată în farazi, iar „ j” este "unitatea imaginară").

Cât timp această relaţie (între voltajul domeniului de frecvenţă şi curentul aociat cu uncondensator) este adevărată, raportul dintre voltajul domeniului de timp şi amplitudiniicurentului este egal cu „Xc” doar pentru circuite sinusoidale (pentru curent alternativ) în starestabilă.

De aici, reactanţa capacitivă este componenta negativă imaginată a impedanţei. Semnul negativindică faptul că curentul electric duce voltajul la 90 pentru semnalul sinusoidal, ca opus faţă deinductor, unde curentul electric rămâne la 90o.

Impedanţa este similară cu rezistenţa opusă de un rezistor. Impedanţa unui condensator esteinvers proporţională cu frecvenţa – aşadar, pentru curenţi electric alternativi cu frecvenţe foartemari, reactanţa se apropie de zero – aşa că un condensator este aproape de un scurt-circuit lacurenţi electrici alternativi cu frecvenţa mari.

În schimb, pentru curenţi electrici alternativi de frecvenţă mică, reactanţa creşte în exteriorulcondensatorului, astfel încât acesta este un circuit deschis pentru un curent electric alternativ defrecvenţă mică. Această frecvenţă dependentă de comportarment descrie majoritatea funcţiilor condensatorilor.

Reactanţa este astfel numită deoarece condensatorul nu risipeşte energia, ci o stochează. Încircuitele electrice, ca şi în mecanică, sunt două tipuri de sarcini: rezistivă şi reactivă. Sarcinilerezistive (se aseamănă prin analogie cu un obiect care se deplasează pe o suprafaţă aspră)disipează energia de la circuit sub formă de căldură, iar sarcinile reactive (se aseamănă prinanalogie cu un obiect care se deplasează pe o suprafaţă unde frecarea este foarte mică) stocheazăenergia, introducând-o înapoi pe circuit.

De asemenea semnificativă este şi impedanţa care este invers proporţională cu capacitanţa, spredeosebire de inductori şi rezistori, unde impedanţa este proporţională cu rezistenţa şi, respectiv,inductanţa. Aşa că formula impedanţei la legarea în serie şi în paralel sunt inversul cazuluirezistiv; în serie, suma impedanţelor, iar în paralel suma conductanţei (conductibilităţii).

6.4 Legarea în serie sau în paralel

Condensatorii aflaţi într -o configuraţie paralelă au aceeaşi diferenţă de potenţial (voltaj).Capacitanţa totală (Ceq) a lor este dată de formula:

Motivul pentru legarea condensatorilor în paralel este de a creşte totalul de energie stocată. Cualte cuvinte, crescând capacitanţa creşte şi energia care poate fi stocată. Formula prin care sepoate calcula acest lucru este



Curentul electric care trece prin condensatorii legaţi în serie rămâne acelaşi, dar voltajul caretraversează fiecare condensator poate fi diferit. Suma diferenţelor de potenţial (voltajelor) esteegală cu voltajul total. Capacitanţa totală a lor este dată de formula:

În paralel, suprafaţa efectivă a condensatorului combinat a crescut, crescând şi capacitanţa totală, în timp ce, în serie, distanţa dintre plăci se reduce efectiv, aşa că se reduce capacitanţa totală.

Practic, conectarea condensatorilor în serie înseamnă obţinerea economică a unor condensatoride mare voltaj, care pot fi folosiţi, de exemplu, pentru a stabiliza curentul electric provenit de lao sursă de mare voltaj. Trei condensatori de 600 de volţi legaţi în serie vor „crea” un condensator de 1800 de volţi. Aceasta este desigur capacitanţa obţinută din legarea condensatorilor în serie,fiecare având o treime din capactanţa totală. Opus aceşti rezultat, se poate obţine, conectând în paralel aceeaşi condensatori, obţinem o matriţă de condensatori 3X3, cu aceeaşi capacitanţătotală cu un singur condensator, dar operabilă în tensiuni de trei ori mai mici. În această aplicaţie,un rezistor va fi conectat „în faţa” fiecărui condensator pentru a asigura că voltajul este divizategal la fiecare condensator şi descărcarea condensatorilor când aceştia nu sunt în uz.



Altă aplicaţia a acestui aranjament este utilizarea condensatorilor polarizaţi în circuitealternative; condensatorii sunt conectaţi în serie, cu polaritate inversă, aşa că la orice moment, uncondensator va fi non-coductor.

7. Tipurile de condensatori

[Ordonate după materialul dielectric:]

a). Vidul: doi electrozi, de obicei din cupru, sunt separaţi de vid. Învelişul izolator este de obiceifabricat din sticlă sau dintr -un material ceramic. Ei au tipic capacitanţe mici – între 10 şi 1000picofarazi – şi voltaje mari – peste 10 kilovolţi (kV) – sunt adesea utilizaţi la transmiţătoare radioşi la alte dispozitive care folosesc curenţi electrici de voltaje mari. Acest tip de condensatori poate fi fix sau variabil. Condensatorii cu vid variabili pot avea un raport dintre capacitanţaminimă şi cea maximă de peste 100, permiţând oricărui circuit pornit să acopere o decadăcompletă de frecvenţe. Vidul cel mai apropiat de perfecţiune dintre dielectricele cu pierdereatangenţială egală cu zero. Acest lucru permite transmiterea curenţilor electrici fără pierderisemnificative şi degajare de căldură.

b). Aerul: un condensator care are ca material dielectric aerul, constă din două plăci metalice,fabricate de obicei din aluminiu sau alamă placată cu argint. Aproape toţi condensatorii cu aer sunt variabili şi sunt folosiţi la circuite pentru unde radio.

c). Folie de plastic metalizată: aceşti condensatori sunt fabricaţi dintr -o folie din polimer deînaltă calitate (de obicei policarbonat, polistiren, polipropilenă, poliester, şi pentru condensatoride înaltă calitate, polisulfon), şi o folie sau un strat de metal care acoperă această folie din plastic. Ei au o calitate şi o stabilitate bună şi sunt potrivite pentru circuitele temporizatoarelor.Adecvate pentru frecvenţe mari.

d). Mică: Asemănători cu cei din folie metalică. Adesea pentru voltaj înalt. Potriviţi pentrufrecvenţe mari. Scumpi.

e). Hârtie: Folosiţi pentru voltaje relativ mari. Acum învechit.



f). Sticlă: Folosiţi pentru voltaje înalte. Scumpi. Coeficient stabil de temperatură într -o gamălargă.

g). Ceramici: Straturi subţiri, alternative, de metal şi material ceramic. De materialul ceramicfolosit ca dielectric, şi dacă sunt din clasa I sau II, depinde temperatura şi capacitanţa. Ei au (în

special cei din clasa a II-a) un factor de disipare mare, un coeficient mare de disipare alfrecvenţei, capacitatea lor depinde de voltajul care îi străbate, capacitatea lor se modifică odatăcu vârsta. Totuşi, ei sunt folosiţi în multe aplicaţii de mică precizie de cuplare şi filtrare.Adecvaţi pentru frecvenţe înalte.

h). Aluminiu electrolitic: Polarizaţi. Similari ca structură cu cei cu folie metalică, dar electrozii(plăcile) sunt fabricate din plăci de aluminiu decapate pentru a dobândi o suprafaţă mai mare.Dielectricul este fabricat dintr-un material îmbibat într-o substanţă numită electrolit. Ei pot aveacapacităţi mari, dar suferă din cauza toleranţelor mici, instabilităţii mari, pierderea graduală acapacităţii în special atunci când sunt supuşi la căldură şi scurgeri de electrolit. Tind să îşi piardăcapacitatea la temperaturi scăzute. Neadecvaţi pentru curenţi de înaltă frecvenţă.

i). Tantal electrolitic: similari cu condensatorii de tipul aluminiu-electrolitic dar cu caracteristicide temperatură şi frecvenţă mai bune. Absorbţie dielectrică mare. Neetanşeitate mare. Au performanţe mai mari la temperaturi scăzute.

j). OS-CON: Condensatori fabricaţi dintr -un semiconductor organic polimerizat de tip solid-electrolit care oferă o durată de viaţă mai mare şi un cost mai mare.

k). Supercondensatori: Fabricaţi din carbon aerogel, nanotuburi de carbon sau electrozi cuporozitate mare. Capacitate extrem de mare.

l). Condensatori „pitici”: Sunt fabricaţi din doi conductori izolaţi care au fost răsuciţi. Fiecareconductor se comportă ca un electrod al condensatorului. Condensatorii „pitici” sunt o formă decondensatori variabili. Mici modificări ale capacitanţei (20% sau mai puţin) sunt obţinute prinrăsucirea şi desfacerea celor doi conductori.

m). Varactor sau varicap: Sunt condensatori speciali cu praguri de diode inverse a căror capacitanţă cariată cu voltajul. Folosiţi printre altele în bucle blocate în fază.



Bibliografie:

http://en.wikipedia.org/wiki/capcitor





http://en.wikipedia.org/wiki/capcitor (www.wikipedia.org) http://electronics.howstuffworks.com/capacitor (www.howstuffworks.com)



http://electronics.howstuffworks.com/capacitor




con den satori 1

Documents