Principiul de funcționare a condensatorului și caracteristicile sale tehnice

Anterior

Conţinut:

  • Cum funcționează condensatorul: povestea borcanului Leyden
  • De ce este necesar un dielectric într-un condensator?
  • Marcarea și caracteristicile tehnice ale condensatoarelor

Trebuie spus că a trecut mult timp de când von Kleist – nu un lider militar, ci un preot – a decis să țină în mână un borcan cu apă și un electrod coborât în ​​el. De aceea, astăzi există destul de multe modele de condensatoare. Nu promitem să le luăm în considerare pe toate, dar vom da o idee despre lucruri precum principiul de funcționare a condensatorului și caracteristicile sale tehnice. Sperăm că revizuirea va avea succes.

Cum funcționează condensatorul: povestea borcanului Leyden

Cel mai ușor este să începeți cu o încărcare statică. Sa observat că conductorul este capabil să acumuleze electricitate pe suprafața sa. În plus, densitatea de distribuție este aceeași pe întreaga zonă. Aceasta este diferența cheie dintre metale și dielectrici, în care sarcina se acumulează pe o zonă mică. Purtătorii de curent din metale tind să ocupe poziția extremă datorită faptului că se resping reciproc. Ca urmare, se acumulează uniform pe întreaga suprafață.

Pe acest principiu au fost chiar create generatoare capabile să acumuleze o sarcină cu un potențial de câteva milioane de volți. Când atingeți o parte care transportă curent, o persoană pur și simplu arde în cenuşă. Condensatorii funcționează în mod similar. Ele constau din conductori a căror suprafață este mult mărită. Și acest lucru se realizează prin diferite metode. De exemplu, în condensatoarele electrolitice, folia de aluminiu este rulată într-o rolă. Drept urmare, un cilindru mic poate conține mulți metri de bandă metalică. (Vezi și: Principiul de funcționare al demarorului magnetic și caracteristicile sale tehnice)

Tipuri de condensatoare

Acum să explicăm cum funcționează. Când o sarcină apare pe un metal (și pe orice suprafață conductoare), atunciîncepe distribuția pe suprafață. În 1745, preotul și avocatul Ewald Jürgen von Kleist a descoperit că ținând în mâini o cutie de apă, putea stoca electricitate în interior. În acest caz, palma servește ca unul dintre capacele conductoare, iar volumul de lichid (pe suprafața exterioară) servește ca un altul. Sticla este o barieră dielectrică. Când electrodul este scufundat în apă, purtătorii tind să ocupe poziția extremă pe întreaga suprafață. Prin sticlă, câmpul acționează asupra palmei, unde încep procese similare (sarcina atrage purtători de semn opus).

Mai târziu, și-au dat seama să învelească recipientul cu folie și a ieșit borcanul Leyden - primul condensator funcțional de pe Pământ, inventat de om. Acest lucru s-a întâmplat după ce Peter van Muschenbroek a fost lovit de puterea experienței acumulate în acest proces de un șoc electric. I-a devenit clar că astfel de experimente sunt periculoase, iar mâna trebuie înlocuită cu ceva. El însuși a scris că nu va încerca soarta așa a doua oară, nici măcar de dragul regatului Franței. Danezul Daniel Gralat a fost primul care a ghicit să conecteze malurile Leyden în paralel, oferind o capacitate mai mare întregului sistem. Era deja similară cu o baterie modernă plumb-acid prin design.

E amuzant, dar dispozitive similare au fost folosite până în 1900, când introducerea comunicațiilor radio a obligat să caute noi modalități de rezolvare a problemei prin prisma faptului că se foloseau frecvențe relativ înalte ale semnalelor electrice. Drept urmare, au apărut primii condensatori de hârtie, unde o pânză uleioasă separa două foi de folie rulate într-un cilindru una de cealaltă. Treptat, odată cu dezvoltarea producției, următoarele materiale au început să fie folosite ca izolatori, de exemplu:

  • Ceramică.
  • Mica.
  • Hârtie.

    • Dar adevărata descoperire în proiectarea condensatoarelor a avut loc în momentul în care oamenii au ghicit calitatea dielectricului.aplicați un strat de oxid pe suprafața metalului. Vorbim, desigur, despre condensatori electrolitici. În ele, unul dintre cilindrii de folie era acoperit cu oxid. Cel mai adesea, gravarea este utilizată pentru aceasta (oxidarea intenționată a materialului sub influența unor medii agresive), dar dacă cerințele pentru caracteristicile tehnice sunt ridicate, se utilizează anodizarea. Acest lucru vă permite să obțineți o suprafață mai netedă, aproape adiacentă electrodului din semnul opus.

    Care este ideea? Folia oxidată și hârtia impregnată cu electrolit servesc drept capace. Ele sunt separate doar de cel mai subțire strat de oxid, ceea ce face posibilă obținerea de capacități uimitoare în unitate și zeci de microfarade într-un volum relativ mic. În acest caz, caracteristicile tehnice ale condensatorilor sunt pur și simplu uimitoare. A doua rolă de folie de aluminiu servește ca un simplu conductor de electricitate, este unul dintre contacte. Oxidul are o proprietate ciudată - conduce curentul într-o singură direcție. Prin urmare, atunci când condensatorul electrolitic este conectat pe partea greșită, are loc o explozie.

    Adică, în loc să servească drept dielectric, stratul de separare devine conductor. Datorită creșterii puternice a temperaturii în această zonă, începe o reacție asemănătoare unei avalanșe între metal și electrolit, din cauza căreia condensatorul se umflă. Mulți radioamatori au văzut acest lucru și, inutil să spun, nu este puțină distracție în acest proces. (Vezi și: Caracteristicile tehnice ale lămpilor și lămpilor fluorescente)

    De ce este nevoie de un dielectric într-un condensator?

    S-a observat că dacă puneți un material izolator între plăcile condensatorului, capacitatea crește. Oamenii de știință s-au nedumerit în această privință mult timp până când a fost descoperit conceptul de constantă dielectrică. Se pare că, conform teoremei lui Gauss, puterea câmpului dintre plăci poate fi legată de capacitatea condensatorului. ȘIrezultă că izolatorul răspunde la acumularea de sarcini de către metale prin colectarea purtătorilor de semn opus pe suprafața sa. Credem că cititorii au ghicit deja că ei, la rândul lor, creează un câmp îndreptat către ei, ceea ce provoacă slăbirea și creșterea capacității întregii structuri.

    funcționare

    Dielectric în condensator

    Trebuie spus că conform meselor, hârtia și ceramica nu sunt cele mai bune materiale. Valorile acidului sulfuric ajung la 150 de unități, ceea ce este cu aproape două ordine de mărime mai mare. Mai mult, în forma sa pură, această substanță este un izolator. Prin urmare, poate că va veni ziua în care principiul de funcționare al condensatorului va fi realizat nu printr-o soluție, ci prin acid sulfuric în forma sa pură. Încă nu am ajuns să luăm bateriile cu plumb, dar acestea stochează energia într-un mod complet diferit. Astfel, opțiunile luate în considerare nu sunt singurele, dar sunt foarte frecvente.

    La nivel global, condensatoarele pot fi împărțite în două familii:

  • Electrolitic (polar).
  • nepolar.

    • Am povestit deja cum sunt aranjate primele. Diferența poate sta în materialul huselor. De exemplu, oxidul de titan are o constantă dielectrică aproape de o sută. Este clar că un astfel de material este mai bun pentru a crea produse de înaltă clasă. Dar costul mușcă. FYI, titanatul de bariu are o constantă dielectrică și mai mare. Deci, aproape orice condensator este format din capace. Iar dielectricul servește la creșterea capacității produsului. Cel mai adesea, cele mai bune modele de condensatoare conțin metale prețioase, precum paladiu, platină etc

    Marcarea și caracteristicile tehnice ale condensatoarelor

    Trebuie știut că etichetarea condensatoarelor conține de obicei un astfel de parametru precum tensiunea maximă de funcționare admisă. Desemnarea este dată în conformitate cu GOST 25486, iar apoi clarificările urmează standardele din industrie. De exemplu, nominalinstalat conform GOST 28364. Și este aproape imposibil să găsiți un standard separat cu condensatori electrolitici. Cu toate acestea, am făcut-o și sugerăm cititorilor noștri să arunce o privire la GOST 27550. În special, toate tipurile de condensatoare au următorul marcaj pe carcasă:

    Marcare la suprafață

    • Sigla producatorului.
    • Tip condensator.

    Aici este greu de spus ceva sigur, dar majoritatea condensatoarelor electrolitice au un marcaj sub forma literei K și a mai multor numere, adesea separate printr-o cratimă. În consecință, puteți găsi un standard adecvat sau alte materiale pe Internet.

    • Conform regulilor GOST 28364, denumirea constă din 3, 4 sau 5 simboluri, dintre care unul este o literă.

    În special, n înseamnă prefixul pico, n înseamnă nano și μ înseamnă micro. Dacă există o parte fracțională în denumire, atunci aceasta trece pe ultimul loc, după literă. Valorile seriei capacitive (incomplete) sunt date în același GOST 28364 cu exemple. Sunt normele acestui standard implementate în practică? Numai pentru condensatori electrolitici. Acest lucru este probabil cauzat de denominațiuni mari. Prin urmare, puteți găsi cu ușurință o inscripție precum 2000 μF pe orice K50-6. Conform GOST 28364, ar trebui să arate ca 2m0. Pentru condensatoarele electrolitice, în această parte este utilizat GOST 11076. În ea, împreună cu denumirile codificate (de exemplu, conform GOST 28364), este permisă intrarea obișnuită (2000 μF). Vedeți, scopul condensatorilor determină adesea modul în care sunt etichetați. De exemplu, electroliticele servesc adesea ca o componentă a filtrelor în lanțul de alimentare cu energie. Aici este necesară o evaluare mare, iar funcționalitatea este foarte diferită de modul în care funcționează un condensator în ramuri divizoare și circuite de curent alternativ.

    • Dacă, conform normelor anterioare, tensiunea de funcționare în marcajul condensatorului a fost prima,atunci în modelele moderne totul este de obicei exact invers. Denumirea este în volți.

    Notarea în Volți

    Și aceasta este exact tensiunea de lucru, nu tensiunea de avarie. Trebuie știut că unitățile de condensatoare ard ușor la valori mari. Celelalte lucruri fiind egale, cu cât stratul dielectric este mai subțire, cu atât este mai ușor. În acest sens, există o contradicție între distanța dintre capace (cu cât este mai mică, cu atât mai mare decât cea nominală) și dorința de a crește tensiunea de funcționare.

    • Toleranța capacității nu este adesea specificată.

    În plus, în procesul de îmbătrânire, valoarea nominală depășește limitele de lucru. Se poate spune ca ceea ce iti trebuie un condensator nu mai poti face cu ajutorul unor astfel de produse invechite. Cu toate acestea, radioamatorii o pot face în felul lor. De exemplu, sună condensatorul, determina noul său rating folosind un tester și folosește-l pe propriul tău risc.

    • Litera ar trebui să fie reprezentată de condensatoare climatice.
    • Înainte de a încărca condensatorul, încercați să înțelegeți dacă este polar.

    În caz contrar, produsul poate exploda. Și, desigur, un condensator polar nu ar trebui să fie niciodată inclus într-un circuit de curent alternativ. Nu există un singur tip de marcare în acest sens, dar este de acord că cerințele pot fi specificate în condițiile tehnice ale industriei. De exemplu, poate fi semne plus și minus. La produsele importate, polul negativ este de obicei indicat printr-o bandă luminoasă pe o carcasă întunecată.

    • Desemnarea se completează cu data emiterii (lună, an) și preț.

    Este clar că acesta din urmă nu mai este relevant în condițiile economice moderne. Este posibil, de exemplu, să se indice - înainte de anexarea Crimeei, atât de mult, după - această valoare. Desigur, ar fi posibil să se aplice UE, așa cum a fost acceptat la noi la un moment dat, dar producătorii merg mai simpluapropo - nu acordă atenție unor asemenea fleacuri precum costul.

    Rețineți că condensatorul își poate stoca încărcarea pentru o perioadă lungă de timp. Acest lucru prezintă un risc de electrocutare. Orice reparator care lucrează cu echipamente radio știe că înainte de a urca într-o sursă de alimentare comutată, trebuie să te gândești cum să descarci condensatorul. Cel mai adesea, acest lucru se face cu ajutorul unui bec, care este interzis de standarde, înșurubat în cartuș. Două fire goale sunt conectate la părțile care transportă curent ale circuitului, iar impulsul aprinde spirala pentru o perioadă scurtă de timp. Apropo, același design este adesea introdus în locul siguranțelor pentru a înțelege dacă curentul din acest circuit este mare (înseamnă prezența unei defecțiuni și necesitatea unor diagnostice suplimentare).

    Detectarea unei defecțiuni a condensatorului necesită o anumită abilitate, dar cu cunoștințe specifice este destul de fezabilă. Pentru aceasta, trebuie să aveți cel puțin cel mai simplu multimetru la îndemână. Am vorbit deja despre cum să verificăm condensatorul cu un tester, așa că trimitem cititorii la recenzia corespunzătoare și noi înșine, cu permisiunea publicului respectat, ne grăbim să deviem.

    Următorul

    Citește și: