Kondenzátor

KONDENZÁTOR

Schematická značka

Inzerce

Kondenzátory jsou zařízení, která umožňují hromadit elektrický náboj. Nejjednodušším je deskový kondenzátor, který je tvořen dvěma vodivými deskami, které jsou odděleny dielektrikem. Připojíme-li tyto desky (na obr. 1 označeny A a B), které jsou bez náboje na zdroj napětí, musí dojít k vyrovnání potenciálů mezi těmito deskami a póly zdroje. Ze záporného pólu začnou proudit elektrony na desku A, vznikne na ní záporný pól kondenzátoru (je zde naznačen skutečný pohyb elektronů). Kladný pól zdroje odčerpává přebytečné elektrony z desky B, vznikne zde kladný pól kondenzátoru. Celý děj probíhá do vyrovnání potenciálů na jednotlivých pólech a deskách. Proud, který přitom mezi deskami a póly protéká, se nazývá nabíjecí proud. Odpojíme-li zdroj, náboje zůstanou na deskách kondenzátoru.

Obr. 1 Nabíjení kondenzátoru

Jestliže nyní místo zdroje připojíme spotřebič, například žárovku (obr.2), obvod bude uzavřen a elektrony začnou z desky A proudit přes žárovku tam, kde je jich nyní nedostatek, tedy na desku B. Žárovka bude svítit, a to až do té doby, než se potenciály desek vyrovnají. Proud se nazývá vybíjecí proud.

Obr. 2 Vybíjení kondenzátoru

Každé těleso je schopné pojmout jen náboj určité velikosti. Říkáme, že má kapacitu C. Její jednotkou je farad [F].

Kapacita kondenzátoru je přímo úměrná obsahu S účinné plochy desek (ve které se desky překrývají), permitivitě dielektrika ε a nepřímo úměrná vzdálenosti desek d.

C=ε*S/d [F; F·m-1, m2, m]

Napětí mezi deskami kondenzátoru:

U=Q/C  [V; C, F]

Protože C=Q/U, tak definice faradu zní:

Jeden farad je kapacita elektrického kondenzátoru, který při napětí jednoho voltu pojme náboj jednoho coulombu.

Druhy kondenzátorů

• Svitkové kondenzátory – lze podle použitého dielektrika dělit na:

− Kondenzátory s papírovým dielektrikem – místo desek mají proužky kovové fólie, mezi něž je jako dielektrikum vložen speciální tenký papír. Vše je svinuto do válečku a ten je zpevněn povlakem z termoplastu, či kovu.

− Kondenzátory z metalizovaného papíru – (MP kondenzátory) mají metalizovanou (pokovenou) vrstvu nanesenou na papír. Jsou lehčí a menší než s papírovým dielektrikem. Při průrazu dielektrika u nich nedochází k trvalému zkratu, ale regenerují se a slouží dále.

− Plastové kondenzátory – dielektrikum tvoří fólie z plastu. Polepy jsou z hliníkové fólie (K kondenzátory), nebo jsou na plastovou fólii tvořící dielektrikum napařeny kovové vrstvy (MK kondenzátory).

• Keramické kondenzátory

Dielektrikem je keramický materiál. Na povrch tenkostěnného keramického tělíska jsou oboustranně napařeny elektrody z ušlechtilého kovu. Tyto kondenzátory se vyznačují zvláště malými rozměry, což je předurčuje pro použití na deskách s plošnými spoji.

• Kondenzátory slídové

Dielektrikum je ze slídy. Používají se pro obvody s vysokou frekvencí. Zvukově nejlepší kondenzátory pro korekce, filtry, atd.

• Elektrolytické kondenzátory

Mají hliníkové (Al) elektrody obklopené kapalným nebo tuhým elektrolytem. Z kondenzátorů mají největší kapacitu (až mF). Je u nich nutno dodržet polaritu, jinak dojde ke zničení.

• Kondenzátory s proměnnou kapacitou

Kapacita se mění tak, že se mezi sebe zasouvají elektrody ve tvaru desek. Tím se mění jejich účinná plocha S a současně i kapacita C kondenzátoru. Dielektrikum je převážně vzduch, případně polystyren, olej nebo jiné látky.

Využití kondenzátoru

• Fotografický blesk – nahromaděná elektrická energie v kondenzátoru se v krátkém časovém okamžiku vybije a způsobí silný světelný záblesk.
• Stabilizační prvek v elektrických obvodech – paralelním zapojením do elektrického obvodu lze dosáhnout vyhlazení napěťových špiček, a tím rovnoměrnějšího průběhu elektrického proudu. Specifickým a zároveň nejčastějším případem jsou tzv. blokovací kondenzátory, které se umisťují těsně k integrovaným obvodům a slouží k vyrovnání napětí při rychlých odběrových špičkách.
• Odstranění stejnosměrné složky elektrického proudu – větví s kondenzátorem nemůže projít stejnosměrný elektrický proud, ale střídavý proud ano.
• Odrušovací kondenzátor je nedílnou součástí většiny elektrospotřebičů. Používá se samostatně nebo v kombinaci s tlumivkami. Omezuje elektromagnetické rušení vzniklé spínáním nebo rozpojováním elektrického obvodu pod napětím.
• Ladicí součástka v přijímači – změnou kapacity v oscilačním obvodu přijímače se vlastní frekvence obvodu vyrovná vnější frekvenci a dojde k rezonanci.
• Počítačová paměť – paměť složená z velkého množství miniaturních kondenzátorů je schopna uchovat informaci ve formě 0 a 1 (0 = není náboj, 1 = je náboj). Toto využití kondenzátorů jako samostatných součástek je spíše teoretické. Prakticky se v pamětech DRAM, EPROM, EEPROM a flash využívá vlastní kapacita hradla tranzistoru. ROM, SRAM a FRAM kapacitu nevyužívají.
• Defibrilátor – přístroj používaný v lékařství k provádění elektrických šoků při maligních srdečních arytmiích, kdy velké množství náboje projde během krátké doby přes srdeční sval a dojde tak k depolarizaci všech jeho vláken, po níž by se měl obnovit sinusový rytmus.
• Časovače – většina generátorů periodického signálu využívá kondenzátory jako součástky, jejichž střídavé nabíjení a vybíjení určuje periodu kmitů.
• Kompenzace účiníku – kondenzátory se umisťují do blízkosti spotřebičů induktivního charakteru, aby se jalový výkon nepřenášel na velké vzdálenosti. Menší jsou např. v pouličních lampách využívajících tlumivku, velké v kompenzovnách.
• Autoprůmysl – jako ekvivalent baterií u elektromobilů, či alespoň hybridních systémů. Dnes (2019) ale vycházejí hmotnostně a objemově hůř, než poslední generace baterií, nicméně výrobci už s tímto použitím počítají [18].