Els condensadors són components fonamentals en el camp de l'electrònica i tenen un paper crucial en diversos circuits electrònics. Comprendre els conceptes de capacitat i càrrega és essencial per a qualsevol persona que vulgui aprofundir en l'àmbit de l'enginyeria elèctrica. En aquest article, tindrem una breu introducció als condensadors, explicarem la capacitat i aprofundirem en l'equació que governa el seu comportament.
Què és un condensador
Un condensador és un component electrònic passiu de dos terminals que emmagatzema energia elèctrica en un camp elèctric. L'estructura d'un condensador consta de dues plaques conductores, normalment compostes de metall, que es col·loquen separades amb un material dielèctric entre elles. Quan s'aplica una diferència de tensió als terminals d'un condensador, acumula càrrega a les seves plaques, creant un camp elèctric entre elles.
Què és la capacitat
La capacitància és una mesura de quanta energia elèctrica es pot emmagatzemar per unitat de tensió a través d'un dispositiu o component. La unitat de capacitat és Farad.
Què és Charge
La càrrega es descriu com la presència d'energia elèctrica. El seu símbol és Q i la seva unitat és Coulomb.
Funcionament dels condensadors
Quan s'introdueix una tensió elèctrica als terminals d'un condensador, el camp elèctric establert entre les plaques inicia el moviment dels electrons. La placa negativa del condensador es converteix en un punt de recollida d'electrons que s'han mogut del terminal negatiu de la font de tensió.
Simultàniament, un nombre igual d'electrons surten de la placa positiva del condensador i tornen al terminal positiu de la font de tensió.
Aquesta acumulació i redistribució de càrrega continuen fins que el condensador està completament carregat, moment en què s'atura el flux d'electrons, la càrrega emmagatzemada en un condensador es pot determinar mitjançant l'equació:
En l'equació donada, 'Q' simbolitza el carregar acumulat dins del condensador , 'C' denota el capacitat , i 'V' representa la tensió aplicada a través del condensador.
Aquesta equació mostra una relació proporcional entre la capacitat i la tensió aplicada, mostrant que la quantitat de càrrega que té un condensador està directament relacionada amb aquestes dues variables. Per tant, augmentar la capacitat o la tensió donarà lloc a una acumulació de càrrega més alta.
Capacitat d'un condensador de plaques paral·leles
La capacitat d'un condensador ve determinada per la superfície de les plaques (A) i la distància de separació (d) entre elles, amb tots dos factors que afecten la seva capacitat global. Com més gran sigui l'àrea de la placa, més gran serà la capacitat, mentre que una distància més petita entre les plaques augmentarà la capacitat. Aquesta relació es descriu per l'equació:
Els condensadors tenen la capacitat d'emmagatzemar energia elèctrica, per la qual cosa la quantitat d'energia emmagatzemada (U) és directament proporcional tant al quadrat de la tensió aplicada (V) com a la capacitat (C) del condensador. L'equació de l'energia emmagatzemada en un condensador ve donada per:
Conèixer l'energia emmagatzemada en un condensador és vital per dissenyar circuits, especialment en aplicacions on l'alliberament d'energia o els requisits de potència instantània són importants.
Capacitat d'un condensador esfèric
Per calcular la capacitat d'un condensador esfèric, cal conèixer el radi de les esferes conductores interior i exterior. La forma del condensador i la permitivitat del material situat entre les esferes controlen la capacitat. La fórmula per calcular la capacitat d'un condensador esfèric és:
D'altra banda, el símbol 'εᵣ' s'utilitza per representar la permitivitat relativa o constant dielèctrica del material situat entre les esferes. A més, 'r₁' denota el radi de l'esfera interior, mentre que 'r₂' significa el radi de l'esfera exterior.
Substituint els valors del radi i la permitivitat del material, podeu calcular la capacitat del condensador esfèric. Val la pena assenyalar que si l'esfera interior té un radi insignificant o es considera una càrrega puntual, la fórmula de la capacitat es simplifica a:
En aquest cas, la capacitat només ve determinada pel radi de l'esfera exterior i la permitivitat del material.
Capacitat d'un condensador cilíndric
Per calcular la capacitat d'un condensador cilíndric, cal conèixer la longitud del condensador (L), el radi del conductor interior (r₁) i el radi del conductor exterior (r₂). La forma del condensador i la permitivitat del material situat entre les esferes controlen la capacitat. La fórmula per calcular la capacitat d'un condensador cilíndric és:
D'altra banda, el símbol 'εᵣ' s'utilitza per representar la permitivitat relativa o constant dielèctrica del material situat entre les esferes. A més, 'r₁' denota el radi de l'esfera interior, mentre que 'r₂' significa el radi de l'esfera exterior.
Conclusió
Els condensadors són components crucials quan es tracta d'electrònica, ja que permeten l'emmagatzematge d'energia i la regulació de la tensió. La capacitat, mesurada en farads (F), quantifica la capacitat d'un condensador per emmagatzemar càrrega. És directament proporcional a la càrrega emmagatzemada (Q) i inversament proporcional a la tensió (V) als terminals del condensador.