Czy akumulator kondensatora ładuje się?


9

Są pewne proste koncepcje, o których nie myślę dokładnie. Obawiam się, że studiowałem te rzeczy przez dwa lata mojej inżynierii, ale wciąż mnie to niepokoi. Kondensator jest jednym z nich. Czy ktoś może wyjaśnić?

  • Co robi kondensator? Czy przechowuje opłaty? Jeśli tak, to jak to działa?

Przeszukałem go w Google i Yahoo, ale nie znalazłem tam żadnej przydatnej rzeczy (dla mnie). Będę zadowolony, jeśli mój problem zostanie tutaj rozwiązany.

PS Mam nadzieję, że pytanie to nie będzie znowu nie na temat, jak zawsze, a ponadto ludzie nie sugerują, dokąd pójść. To naprawdę smutna rzecz.


Zadaj tylko jedno pytanie. Są też zbyt szerokie.
Leon Heller

Myślałem, że to były małe tematy do dyskusji, przynajmniej dla mnie, ponieważ potrzebuję tylko podstaw dla nich.
Syed Sahl

2
Kiedy pytanie jest tutaj nie na temat, nie możesz wymagać, żebym wiedział, gdzie je zadać - nie wiem więcej o innych forach niż ty!
Wouter van Ooijen

2
Czy czytałeś dwa pierwsze hity Google jak howstuffworks.com/capacitor.htm i en.wikipedia.org/wiki/Capacitor ? Jeśli istnieją warunki, których nie rozumiesz, czy je badałeś?
pjc50,

Czy to naprawdę zbyt szerokie pytanie? Jest to raczej podstawowe, ale inne podobne pytanie zostało bardzo dobrze przyjęte (5+ głosów pozytywnych) tutaj (por. Electronics.stackexchange.com/questions/8745 i electronics.stackexchange.com/questions/4788 ). To, że pistolety cewkowe mają bardziej elegancki maniak niż kondensatory, nie oznacza, że ​​„jak działa pistolet cewki? to dobre pytanie, kiedy „Jak działa kondensator?” nie jest.
us2012

Odpowiedzi:


30

Jeśli przez ładunki masz na myśli ładunki elektryczne , to nie, kondensator nie przechowuje ładunków. Jest to powszechne nieporozumienie, być może z powodu wielu znaczeń słowa „ ładunek” . Kiedy jakiś ładunek trafia na jeden zacisk kondensatora, równa ilość ładunku opuszcza drugi. Tak więc całkowity ładunek w kondensatorze jest stały.

Kondensatory przechowują energię . W szczególności przechowują go w polu elektrycznym. Wszystkie elektrony są przyciągane do wszystkich protonów. W równowadze na każdej płytce kondensatora jest taka sama liczba protonów i elektronów, a na kondensatorze nie ma magazynowanej energii ani napięcia.

Ale jeśli podłączysz kondensator do czegoś takiego jak bateria, wówczas niektóre elektrony zostaną oderwane od jednej płytki, a równa liczba elektronów zostanie popchnięta na drugą płytkę. Teraz jedna płyta ma ładunek ujemny netto, a druga ma ładunek dodatni netto. Powoduje to różnicę potencjału elektrycznego między płytami i coraz silniejsze pole elektryczne, gdy więcej ładunków jest oddzielonych.

Pole elektryczne wywiera siłę na ładunki, które usiłują przywrócić kondensator z powrotem do równowagi, ze zrównoważonymi ładunkami na każdej płycie. Dopóki kondensator pozostaje podłączony do akumulatora, siła ta jest równoważona siłą akumulatora, a nierównowaga pozostaje.

Jeśli akumulator zostanie wyjęty, a obwód pozostawiamy otwarty, ładunki nie mogą się poruszać, więc nierównowaga ładowania pozostaje. Pole wciąż wywiera siłę na szarże, ale nie mogą się poruszać, jak piłka na szczycie wzgórza lub sprężyna trzymana pod napięciem. Energia zmagazynowana w kondensatorze pozostaje.

Jeśli zaciski kondensatora są połączone rezystorem, wówczas ładunki mogą się przemieszczać, więc występuje prąd. Energia zgromadzona w kondensatorze jest przekształcana na ciepło w rezystorze, napięcie maleje, ładunki stają się mniej niezrównoważone, a pole słabnie.

Dalsza lektura: REKLAMACJE POJEMNIKA (1996 William J. Beaty)


A jeśli podłączę kondensator z obciążeniem (dowolnym urządzeniem), dostarczy ono prąd stały?
Syed Sahl

@SyedSahl Rezystor to proste obciążenie. Nie ma znaczenia, jakie jest obciążenie; jeśli w kondensatorze jest zgromadzona energia, wówczas występuje napięcie, a jeśli ładunki mogą się poruszać, pojawi się prąd.
Phil Frost

Mam na myśli, jaki rodzaj prądu będzie płynąć? AC czy DC?
Syed Sahl

4
@SyedSahl zależy to od obciążenia i od sposobu definiowania prądu przemiennego i stałego. Jeśli obciążenie jest czysto rezystancyjne, to otrzymasz wykładniczo zanikające napięcie i prąd. Jeśli ładunek jest odbiornikiem prądu, to otrzymujesz liniowo zanikające napięcie i stały prąd. Jeśli ładunek jest cewką indukcyjną, wówczas zgromadzona energia odbija się między kondensatorem a cewką i dostajesz prąd przemienny, dopóki coś (oporność drutu, promieniowanie EM ...) nie pochłonie energii (obwód zbiornika LC). Obciążenie konwertera podwyższającego pobiera prąd w impulsach, które można uznać za prąd przemienny. To zależy od obciążenia.
Phil Frost

Mmmmh ... być może jest to rodzaj „rozczesywania włosów”, z drugiej strony: czy naprawdę błędne jest powiedzenie „Tak, kondensator może przechowywać ładunki - ładunki dodatnie na jednej płycie i ładunki ujemne na drugiej. odpowiadając na pytanie, czy naprawdę konieczne jest zsumowanie - automatycznie - obu stron?
LvW

1

Krótko mówiąc, kondensatory są dwoma przewodzącymi obiektami, często małymi płytkami, oddzielonymi czymś izolującym, znanym jako dielektryk. Podobnie jak gromadzenie się ładunków elektrostatycznych, które występuje, gdy pocierasz balon ramieniem i przykładasz go do włosów, przeciwne ładunki gromadzą się na każdej płytce, umożliwiając magazynowanie energii w postaci ładunku. Istnieją 2 inne kluczowe czynniki, które wpływają na zachowanie kondensatora i czynią je tak przydatnymi. - Ładują wykładniczo, a nie liniowo. Powiedzmy, że ładuję kondensator stałym napięciem i mierzę napięcie na kondensatorze (co odpowiada ładunkowi w nim zawartemu) co powiedzmy, 5 sekund. Nie wzrośnie, powiedzmy, 0,1 co 5 sekund. Zamiast tego wzrasta o zbiór procentcałkowitej wydajności na jednostkę czasu. Jest to faktycznie ta sama zasada (z wyjątkiem odwrotnej) do rozpadu radioaktywnego - „okres półtrwania” jest intuicyjną koncepcją, odpowiadającą czasowi potrzebnemu na zmniejszenie ilości do 50% tego, co było - ale nie do utraty. ustalona ilość (tj. nie jest to 50 cząsteczek na sekundę, to 50% na sekundę). Wygląda to mniej więcej tak: test

Jak widać, ładuje się szybko na początku, ale potem zwalnia w miarę kumulacji ładunku.

- Drugi to konsekwencje akumulacji ładunku. Wraz ze wzrostem napięcia prąd „przez” kondensator spada - najwyraźniej zwiększając rezystancję elektryczną kondensatora. Jeśli jednak odwrócimy biegunowość zasilacza wejściowego, przełączając je, spowoduje to „zmniejszenie” rezystancji - ładunek, zamiast być ściśnięty w kondensatorze, może łatwo wypłynąć i faktycznie wzmacnia skuteczne napięcie. Główną konsekwencją tego jest to, że kondensator jest odporny na prąd stały, ale pozwala na prąd przemienny. Bardziej konkretnie, im wyższa częstotliwość przełączania biegunowości napięcia (tj. AC), tym mniej kondensator zakłóca przepływ prądu w obwodzie. Kondensator można traktować jak sprężynę elektryczną. Naciskasz na niego, symbolizując przepływający do niego prąd. Na początku oferuje niewielki opór. Jednak w miarę pchania sprężyna odpycha się mocniej, aż nie będzie już można skutecznie pchać. Jest to równoważne z napięciem na kondensatorze (ponownie równoważnym zgromadzonemu w nim ładunkowi) zbliżającemu się do napięcia wejściowego - jak siła skierowana w górę sprężyny równoważąca się z ciężarem. Co się stanie, jeśli popchniesz się w przeciwnym kierunku? Wiosna działaz tobą zamiast przeciwko tobie, zwiększając siłę wyjściową ponad to, co możesz osiągnąć przy samych mięśniach i wadze.

Jak więc możemy to wykorzystać? Istnieją dwa główne rodzaje wykorzystania kondensatorów w zależności od ich rozmieszczenia w obwodzie - „sprzęganie”, w którym kondensator jest szeregowo, i „odłączanie” kondensatora równolegle. Oba korzystają z wyżej wymienionych zasad.

Sprzężenie stosuje się w blokowaniu prądu stałego - najczęściej spotyka się go w przetwarzaniu sygnału i radiotelefonach. Im mniejszy kondensator, tym wyższa częstotliwość, którą zakłóca (ponieważ ładuje się szybciej), więc dostosowując pojemność, możemy regulować zablokowane częstotliwości. W połączeniu z cewką indukcyjną (diametralne przeciwieństwo kondensatora) - której najistotniejszą właściwością jest blokowanie WYSOKICH częstotliwości, możemy ograniczyć sygnały do ​​określonego „pasma” częstotliwości - obwodu „pasmowego”. Jest to niezwykle ważne w przypadku radia do nadawania lub odbierania z żądaną częstotliwością.

Kondensatory sprzęgające są również stosowane w obwodach czasowych - ponieważ tranzystory (przełączniki elektroniczne) włączają się przy znanym napięciu, a kondensatory ładują ze znaną szybkością, można ich używać do włączania tranzystora tylko o określonej godzinie (lub częstotliwości).

Kondensatory odsprzęgające są wykorzystywane do magazynowania energii lub do elektrycznego „tłumienia”. Znów pomaga myśleć o tym w kategoriach wiosny.

Sprężyna w pistolecie na pelety doskonale pokazuje magazynowanie energii. Sprężyna jest cofana, analogicznie do kondensatora ładowanego, a następnie zwalniana, pozwalając mu na rozładowanie swojej energii do „ładunku” - mówiąc mechanicznie, pelletu (lub innej amunicji), elektrycznie, elementu, powiedzmy, światła. Kondensatory są idealne w sytuacjach, w których potrzeba dużo energii w krótkim czasie, ponieważ rozładowują się bardzo szybko - na przykład defibrylator. Sama bateria nie byłaby w stanie tak szybko rozładować całej wymaganej energii, więc wewnętrzny kondensator przechowuje ją i uwalnia w razie potrzeby.

W przypadku tłumienia najlepiej jest myśleć o analogii kondensator / sprężyna jak o sprężynie w zawieszeniu samochodu. Zawieszenie samochodu chroni samochód (i pasażerów) przed uszkodzeniem, pochłaniając część energii pionowego ruchu samochodu. Jeśli koło zostanie bardzo szybko podniesione przez przejechanie dużego kamienia, reszta samochodu jest mniej podatna na wpływ dzięki zawieszeniu, które pochłania energię, a następnie uwalnia ją powoli, podnosząc samochód. W ten sam sposób kondensator odsprzęgający może „wygładzić” sygnały elektryczne lub impulsy. Analogicznie do kamienia, czasami natura wytwarzania energii elektrycznej lub awarie mogą powodować „skoki napięcia”. Nawet bardzo krótkie skoki napięcia mogą spowodować poważne uszkodzenie niektórych urządzeń. Kondensator odsprzęgający jest w stanie pochłonąć ten „wstrząs” i zmniejszyć ryzyko wystąpienia uszkodzeń. Dodatkowo,

Mam nadzieję, że to pomaga. Przepraszam, jeśli to trochę gadatliwe, ale staram się być wyczerpujący.


1
„Powiedz, że ładuję kondensator stałym napięciem” - jeśli to zrobisz, ładuje się natychmiast - nie wykładniczo rośnie, jak powiedziałeś. Ładuje się wykładniczo, gdy rezystor jest z nim szeregowo i osiąga 63,2% procent ładunku w czasie = RC. Czapki ładują się liniowo przy zastosowaniu stałego prądu. Błędem jest twierdzenie, że naliczają one wykładniczo w sposób ogólny. Wielu ludzi „widzi” mechaniczny model czapki jak koło zamachowe / masę i rezerwuje sprężynę dla modelu indukcyjności - to naturalnie zrównuje prąd z siłą, która moim zdaniem jest łatwiejsza do zrozumienia.
Andy alias

Masz rację, powinienem był bardziej konkretny. Zwykle opieram się na założeniu, że w świecie rzeczywistym zawsze będzie istniał pewien opór i dlatego można zobaczyć ładunek wykładniczy, ale zapomniałem go zatrzymać na potrzeby modelu teoretycznego.
Alex Freeman,
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.