Kondenzátor

Porovnání Výpočtů

Stažení

Zahrnuje vaše vstupy a výsledky pro tento výpočet, plus jakékoli další výpočty, které jste porovnali.

Jak se Počítá Náboj a Energie Kondenzátoru

Kondenzátor ukládá elektrickou energii jako elektrické pole mezi dvěma vodivými deskami oddělenými izolantem. Zadejte jeho kapacitu a napětí na něm a tato kalkulačka najde uloženou energii a elektrický náboj, který uchovává.

Čím vyšší kapacitu kondenzátor má a čím vyšší je napětí na něm, tím více energie a náboje může uchovat. Náboj roste přímo s napětím, ale energie roste s druhou mocninou napětí — zdvojnásobení napětí zdvojnásobí náboj, ale znásobí uloženou energii čtyřikrát.

Klíčové Faktory ke Zvážení

Kondenzátor má maximální jmenovité napětí, které by nikdy nemělo být překročeno. Překročení jmenovitého napětí kondenzátoru může způsobit jeho selhání, někdy dramaticky (elektrolytické kondenzátory zejména mohou při přepětí prasknout nebo uvolnit tlak) — vždy před aplikací daného napětí ve skutečném obvodu zkontrolujte vytištěnou hodnotu jmenovitého napětí.
Nabitý kondenzátor si může uchovat nebezpečný náboj i po odpojení napájení. Větší kondenzátory, zejména při vyšších napětích, mohou uchovávat dostatek uložené energie k dodání skutečného elektrického šoku ještě dlouho po odpojení od zdroje napájení — vždy zacházejte s kondenzátorem jako s potenciálně nabitým, dokud není potvrzeno, že byl bezpečně vybit.
Kondenzátory v sérii a paralelně se kombinují jinak než rezistory. Kapacita v paralelním zapojení se sčítá přímo (jako rezistory v sérii), zatímco kapacita v sériovém zapojení se kombinuje pomocí vzorce převrácené hodnoty součtu (jako rezistory paralelně) — tato kalkulačka zpracovává energii a náboj jednoho kondenzátoru, ne síť více kondenzátorů.
Skutečné kondenzátory mají určitý vnitřní odpor a únik, které tento ideální vzorec ignoruje. Skutečný kondenzátor pomalu ztrácí část náboje v čase i bez připojeného vnějšího obvodu, a jeho vnitřní odpor ovlivňuje, jak rychle se může skutečně nabít nebo vybít — vzorce této kalkulačky popisují ideální, učebnicový kondenzátor.

Vzorec

Charge: $Q = C \times V$
Energy: $E = 0.5 \times C \times V^2$

Kapacita se zadává v mikrofaradech (µF), praktické jednotce, ve které jsou skutečně označeny reálné kondenzátory, protože celý farad představuje pro typickou součástku obrovské množství kapacity.

Vypočítaný příklad

Kondenzátor o kapacitě 100 µF nabitý na 12 V:

Náboj: 0,0001 × 12 = 0,0012 C, neboli 1 200 µC.
Energie: 0,5 × 0,0001 × 12² = 0,0072 J, neboli 7,2 mJ.

Nabití stejného kondenzátoru na 24V místo toho (dvojnásobek napětí) by zdvojnásobilo náboj na 2 400 µC, ale znásobilo by uloženou energii čtyřikrát na 28,8 mJ.

Jak Interpretovat Výsledky

Hodnota energie popisuje celkovou uloženou energii, ne to, jak rychle ji lze uvolnit. Na rozdíl od baterie, která uvolňuje svou energii postupně po minutách nebo hodinách, může kondenzátor uvolnit téměř veškerou uloženou energii během zlomku sekundy při zkratu — proto i skromná hodnota energie v řádu joulů z této kalkulačky představuje skutečné riziko, ne jen abstraktní číslo.
Hodnota náboje udává, kolik proudu může kondenzátor dodat a jak dlouho. Protože proud vynásobený časem se rovná náboji, vyšší hodnota náboje znamená, že kondenzátor může buď dodat vyšší proud po stejnou dobu, nebo stejný proud po delší dobu — to je užitečné při navrhování kondenzátoru určeného k vyhlazení výstupu napájecího zdroje nebo k překlenutí krátkého výpadku.
Ponechte si skutečnou rezervu pod zadaným napětím. Pokud ověřujete skutečný kondenzátor v obvodu, mnoho inženýrů záměrně udržuje provozní napětí zhruba na 80 % vytištěné jmenovité hodnoty kondenzátoru, místo aby pracovali přímo na hranici — zvláště u elektrolytických typů — protože napěťové špičky a zvlnění ve skutečném obvodu mohou krátkodobě přesáhnout to, co by samotné jmenovité napětí naznačovalo jako bezpečné.

Co Je Dobré Vědět

Nikdy nevybíjejte nabitý kondenzátor tak, že spojíte jeho vývody šroubovákem nebo holým drátem. Velký nebo vysokonapěťový kondenzátor — jako ty v mikrovlnných troubách, bleskových jednotkách fotoaparátů, CRT televizorech a napájecích zdrojích — může uvolnit celý svůj uložený náboj téměř okamžitě, což vytvoří proudový impuls dostatečně velký na to, aby svařil kov, poškodil kondenzátor nebo způsobil nebezpečnou jiskru. Bezpečný způsob vybití kondenzátoru je postupně, přes rezistor navržený tak, aby omezil vybíjecí proud (často nazývaný “vybíjecí rezistor”), nebo pomocí speciálního nástroje pro vybíjení kondenzátorů — nikdy ne přímým zkratem.

Zdroj: Kondenzátor, elektrická součástka ukládající energii v elektrickém poli. Zdroj: HyperPhysics: Ukládání Energie v Kondenzátoru.

Často Kladené Otázky

Co vlastně kondenzátor ukládá?

Kondenzátor ukládá elektrickou energii jako elektrické pole mezi dvěma vodivými deskami oddělenými izolantem -- čím vyšší kapacitu má a čím vyšší je napětí na něm, tím více energie a náboje uchovává.

Proč energie roste s druhou mocninou napětí, zatímco náboj roste jen lineárně?

Náboj (Q = C × V) je přímý, lineární vztah -- zdvojnásobte napětí, zdvojnásobíte náboj. Energie (E = 0,5 × C × V²) závisí na napětí na druhou, protože stlačit každý další kousek náboje na desky, které jsou už více nabité (a tedy klade se jim větší odpor), vyžaduje postupně více práce -- proto zdvojnásobení napětí znásobí uloženou energii čtyřikrát.

Proč se kapacita zadává v mikrofaradech (µF)?

Většina reálných kondenzátorů je označena v mikrofaradech, nanofaradech nebo pikofaradech, nikoli ve faradech, protože celý farad představuje obrovské množství kapacity. Mikrofarad je nejběžnější praktická jednotka pro univerzální kondenzátory, na které tato kalkulačka cílí.

Může být nabitý kondenzátor stále nebezpečný poté, co je odpojen od napájení?

Ano — větší kondenzátory, zejména při vyšších napětích, mohou uchovávat dostatek uložené energie k dodání skutečného elektrického šoku ještě dlouho po odpojení od obvodu. Vždy zacházejte s kondenzátorem jako s potenciálně nabitým, dokud si nepotvrdíte, že byl bezpečně vybit.

Co se stane, když překročím jmenovité napětí kondenzátoru?

Může selhat, někdy dramaticky — elektrolytické kondenzátory zejména mohou při přepětí prasknout nebo uvolnit tlak. Vždy zkontrolujte vytištěné jmenovité napětí kondenzátoru a zůstaňte v jeho mezích, než ho vystavíte danému napětí ve skutečném obvodu.

Jak se to liší od cívky?

Kondenzátor ukládá energii v elektrickém poli a jeho energie závisí na druhé mocnině napětí. Kalkulačka Cívky naopak ukládá energii v magnetickém poli a její energie závisí na druhé mocnině proudu -- tyto dvě součástky jsou v jistém smyslu zrcadlovým obrazem jedna druhé.

Jak bezpečně vybít nabitý kondenzátor?

Nikdy nespojujte vývody nabitého kondenzátoru přímo šroubovákem nebo holým drátem -- to může uvolnit celý uložený náboj téměř okamžitě a vyvolat nebezpečný proudový impuls. Místo toho jej vybíjejte postupně přes rezistor navržený tak, aby omezil proud (často nazývaný "vybíjecí rezistor"), nebo použijte speciální nástroj pro vybíjení kondenzátorů.

Jak se kondenzátory kombinují v sérii a paralelně?

Kapacita v paralelním zapojení se sčítá přímo (C_celk = C1 + C2 + ...), stejně jako rezistory v sérii. Kapacita v sériovém zapojení se kombinuje pomocí vzorce převrácené hodnoty součtu (1/C_celk = 1/C1 + 1/C2 + ...), stejně jako rezistory paralelně. Tato kalkulačka počítá energii a náboj jednoho kondenzátoru, ne síť více kondenzátorů.