Kondensaattorin

Vertaile Laskelmia

Lataukset

Sisältää tämän laskelman syötteet ja tulokset, sekä kaikki vertailemasi lisälaskelmat.

Näin Kondensaattorin Varaus ja Energia Lasketaan

Kondensaattori varastoi sähköenergiaa sähkökenttänä kahden johtavan levyn välillä, jotka erottaa eriste. Syötä sen kapasitanssi ja jännite sen yli, ja tämä laskuri löytää varastoituneen energian ja sen pitämän sähkövarauksen.

Mitä suurempi kapasitanssi kondensaattorilla on ja mitä korkeampi jännite sen yli on, sitä enemmän energiaa ja varausta se voi pitää. Varaus kasvaa suoraan jännitteen mukana, mutta energia kasvaa jännitteen neliönä — jännitteen kaksinkertaistaminen kaksinkertaistaa varauksen mutta nelinkertaistaa varastoituneen energian.

Kaava

Varaus: $Q = C \times V$
Energia: $E = 0.5 \times C \times V^2$

Kapasitanssi syötetään mikrofaradeina (µF), käytännön yksikkönä jolla useimmat todelliset kondensaattorit on todella merkitty, koska kokonainen faradi on valtava kapasitanssin määrä tyypilliselle komponentille.

Laskuesimerkki

100 µF kondensaattori ladattuna 12 V jännitteeseen:

Varaus: 0,0001 × 12 = 0,0012 C, eli 1 200 µC.
Energia: 0,5 × 0,0001 × 12² = 0,0072 J, eli 7,2 mJ.

Saman kondensaattorin lataaminen 24V:iin sen sijaan (kaksinkertainen jännite) kaksinkertaistaisi varauksen 2 400 µC:iin, mutta nelinkertaistaisi varastoituneen energian 28,8 mJ:iin.

Keskeiset Huomioitavat Tekijät

Kondensaattorilla on suurin sallittu jännite, jota ei koskaan tulisi ylittää. Kondensaattorin jännitteen ylittäminen voi aiheuttaa sen vikaantumisen, joskus dramaattisesti (erityisesti elektrolyyttikondensaattorit voivat revetä tai purkautua ylijännitteessä) — tarkista aina merkitty jänniteluokitus ennen tietyn jännitteen käyttämistä todellisessa piirissä.
Ladattu kondensaattori voi säilyttää vaarallisen varauksen jopa virran katkaisun jälkeen. Suuremmat kondensaattorit, erityisesti korkeammilla jännitteillä, voivat pitää tarpeeksi varastoitua energiaa antaakseen todellisen sähköiskun kauan sen jälkeen, kun ne on irrotettu virtalähteestä — käsittele kondensaattoria aina potentiaalisesti ladattuna, kunnes sen purkautuminen on turvallisesti vahvistettu.
Kondensaattorit sarjassa ja rinnan yhdistyvät eri tavalla kuin vastukset. Kapasitanssi rinnan lasketaan suoraan yhteen (kuten vastukset sarjassa), kun taas kapasitanssi sarjassa yhdistyy käänteislukujen summan kaavalla (kuten vastukset rinnan) — tämä laskuri käsittelee yksittäisen kondensaattorin omaa energiaa ja varausta, ei useiden kondensaattoreiden verkkoa.
Todellisilla kondensaattoreilla on jonkin verran sisäistä resistanssia ja vuotoa, joita tämä ihanteellinen kaava ei ota huomioon. Todellinen kondensaattori menettää hitaasti hieman varausta ajan myötä, vaikka mihinkään ulkoiseen piiriin ei olisi kytketty, ja sen sisäinen resistanssi vaikuttaa siihen, kuinka nopeasti se voi todella latautua tai purkautua — tämän laskurin kaavat kuvaavat ihanteellista, oppikirjamaista kondensaattoria.

Tulosten Tulkinta

Energialukema kuvaa varastoituneen energian kokonaismäärää, ei sitä, kuinka nopeasti se voidaan vapauttaa. Toisin kuin paristo, joka luovuttaa energiansa vähitellen minuuttien tai tuntien aikana, kondensaattori voi vapauttaa lähes kaiken varastoituneen energiansa sekunnin murto-osassa oikosulun sattuessa — siksi jo vaatimatonkin, joulen luokkaa oleva lukema tästä laskurista edustaa todellista riskiä, ei vain abstraktia lukua.
Varauslukema kertoo, kuinka paljon virtaa kondensaattori voi antaa ja kuinka pitkään. Koska virta kerrottuna ajalla on yhtä kuin varaus, korkeampi varauslukema tarkoittaa, että kondensaattori voi joko antaa enemmän virtaa samana aikana tai saman virran pidempään — hyödyllistä mitoitettaessa kondensaattoria, jonka on tarkoitus tasoittaa virtalähteen ulostuloa tai silloittaa lyhyt katkos.
Jätä todellinen turvamarginaali syöttämäsi jännitteen alapuolelle. Jos tarkistat todellista kondensaattoria piiriä vasten, monet insinöörit pitävät käyttöjännitteen tarkoituksella noin 80 %:ssa kondensaattorin merkitystä jänniteluokituksesta sen sijaan, että käyttäisivät sitä aivan rajalla — erityisesti elektrolyyttityyppisillä — koska todellisen piirin jännitepiikit ja aaltoilu voivat hetkellisesti ylittää sen, mitä pelkkä merkitty jänniteluokitus antaisi ymmärtää turvalliseksi.

Hyvä Tietää

Älä koskaan pura ladattua kondensaattoria oikosulkemalla sen navat ruuvimeisselillä tai paljaalla johdolla. Suuri tai suurjännitteinen kondensaattori — kuten mikroaaltouuneissa, kameran salamayksiköissä, kuvaputkitelevisioissa (CRT) ja virtalähteissä olevat — voi vapauttaa koko varastoituneen varauksensa lähes hetkessä, mikä synnyttää virtapiikin, joka on tarpeeksi suuri hitsaamaan metallia, vahingoittamaan kondensaattoria tai aiheuttamaan vaarallisen kipinän. Turvallinen tapa purkaa kondensaattori on tehdä se asteittain vastuksen kautta, joka on mitoitettu rajoittamaan purkuvirtaa (usein kutsutaan “purkuvastukseksi”), tai tähän tarkoitukseen valmistetulla kondensaattorin purkutyökalulla — ei koskaan suoralla oikosululla.

Lähde: Kondensaattori, sähkökomponentti joka varastoi energiaa sähkökenttään. Lähde: HyperPhysics: Kondensaattorin Energian Varastointi.

Usein Kysytyt Kysymykset

Mitä kondensaattori oikeastaan varastoi?

Kondensaattori varastoi sähköenergiaa sähkökenttänä kahden eristeen erottaman johtavan levyn välillä -- mitä suurempi kapasitanssi sillä on ja mitä korkeampi jännite sen yli on, sitä enemmän energiaa ja varausta se pitää.

Miksi energia kasvaa jännitteen neliönä, mutta varaus kasvaa vain lineaarisesti?

Varaus (Q = C × V) on suora, lineaarinen suhde -- jännitteen kaksinkertaistaminen kaksinkertaistaa varauksen. Energia (E = 0,5 × C × V²) riippuu jännitteen neliöstä, koska jokaisen lisävarauksen työntäminen jo enemmän varautuneille (ja siksi vaikeammin työnnettäville) levyille vaatii asteittain enemmän työtä -- joten jännitteen kaksinkertaistaminen nelinkertaistaa varastoituneen energian.

Miksi kapasitanssi syötetään mikrofaradeina (µF)?

Useimmat todelliset kondensaattorit on merkitty mikrofaradeina, nanofaradeina tai pikofaradeina eikä faradeina, koska kokonainen faradi on valtava määrä kapasitanssia. Mikrofaradi on yleisin käytännön yksikkö tämän laskurin kohteena oleville yleiskäyttöisille kondensaattoreille.

Voiko ladattu kondensaattori olla silti vaarallinen sen jälkeen, kun se on irrotettu virrasta?

Kyllä — suuremmat kondensaattorit, erityisesti korkeammilla jännitteillä, voivat pitää tarpeeksi varastoitua energiaa antaakseen todellisen sähköiskun kauan sen jälkeen, kun ne on irrotettu piiristä. Käsittele kondensaattoria aina potentiaalisesti ladattuna, kunnes olet vahvistanut sen purkautuneen turvallisesti.

Mitä tapahtuu, jos ylitän kondensaattorin jänniteluokituksen?

Se voi vikaantua, joskus dramaattisesti — erityisesti elektrolyyttikondensaattorit voivat revetä tai purkautua ylijännitteessä. Tarkista aina kondensaattorin merkitty jänniteluokitus ja pysy sen rajoissa ennen tietyn jännitteen käyttämistä todellisessa piirissä.

Miten tämä eroaa kelasta?

Kondensaattori varastoi energiaa sähkökenttään, ja sen energia riippuu jännitteen neliöstä. Kelan Laskuri sen sijaan varastoi energiaa magneettikenttään, ja sen energia riippuu virran neliöstä -- nämä kaksi komponenttia ovat tavallaan toistensa peilikuvia.

Miten puran ladatun kondensaattorin turvallisesti?

Älä koskaan oikosulje ladatun kondensaattorin napoja suoraan ruuvimeisselillä tai paljaalla johdolla -- se voi vapauttaa koko varastoituneen varauksen lähes hetkessä ja synnyttää vaarallisen virtapiikin. Pura se sen sijaan asteittain vastuksen kautta, joka on mitoitettu rajoittamaan virtaa (usein kutsutaan "purkuvastukseksi"), tai käytä tähän tarkoitukseen valmistettua kondensaattorin purkutyökalua.

Miten kondensaattorit yhdistyvät sarjassa ja rinnan?

Kapasitanssi rinnan lasketaan suoraan yhteen (C_yht = C1 + C2 + ...), samoin kuin vastukset sarjassa. Kapasitanssi sarjassa yhdistyy käänteislukujen summan kaavalla (1/C_yht = 1/C1 + 1/C2 + ...), samoin kuin vastukset rinnan. Tämä laskuri laskee yksittäisen kondensaattorin omaa energiaa ja varausta, ei useiden kondensaattoreiden verkkoa.