Kondensatorius (elektra)

Kondensatorius – dviejų laidininkų, vadinamu elektrodais, sistema, kuri turi savybę kaupti energiją tarp tų elektrodų sukurtame elektriniame lauke. Prijungus įtampą ant elektrodų (arba „plokštelių“) kaupiasi krūviai, kurių absoliutinės vertės lygios, tik priešingi ženklai.

Istorija 

Pirmąjį kondensatorių 1745 m. sukūrė ir išbandė Leideno universiteto fizikas Piteris Mušenbrukas (1692–1761).

Tipai 

Pagal formą kondensatoriai skirstomi į:
 Plokščiuosius
 Sferinius
 Cilindrinius

Pagal naudojamą dielektriką dažniausiai skirstomi į dvi grupes:
 Elektrolitinius
 Keramikinius

Sandara 

Kondensatorius sudarytas iš dviejų laidininkų, vadinamų elektrodais. Tarpe tarp elektrodų gali būti dielektrikas, kuris naudojamas kondensatoriaus talpai padidinti.

Plokščiajame kondensatoriuje elektrodų vaidmenį atlieka dvi plokštelės, sferiniame – dvi bendraašės sferos, cilindriniame – du cilindrai.

Sferinis kondensatorius yra daugiau teorinis matematinis modelis, o praktikoje naudojami plokštieji ir cilindriniai kondensatoriai.

Talpa 
Kondensatoriaus elektrinė talpa apibrėžiama panašiai, kaip ir pavienio laidininko: ji lygi vieno elektrodo krūvio ir potencialų skirtumo tarp elektrodų santykio moduliui. Modulis imamas dėl to, jog elektros krūvis gali būti tiek teigiamas, tiek neigiamas, o kondensatoriaus elektrinė talpa yra tik teigiamas dydis:

 

kur
 C – elektrinė talpa;
 q – vieno elektrodo krūvis;
 U – potencialų skirtumas tarp elektrodų.

Talpos matavimo vienetas SI sistemoje – faradas (F). Kadangi faradas yra gana didelis dydis, dažniausiai kondensatoriaus talpa nusakoma mikrofaradais (µF), nanofaradais (nF), pikofaradais (pF)

Plokščiojo kondensatoriaus talpa 

 

kur
 ε0 – elektrinė konstanta;
 S – kondensatoriaus plokštelių bendras plotas;
 d – atstumas tarp elektrodų.
 ε – dielektrinė skvarba;

Padidinus atstumą d, talpa sumažėja. Jei kondensatorius tuo metu įkrautas, įtampa padidėja. Šiuo principu veikia kondensatorinis mikrofonas.

Sferinio kondensatoriaus talpa 

 

kur
 ε0 – elektrinė konstanta;
 R1, R2 – kondensatorių sudarančių sferų spinduliai.

Cilindrinio kondensatoriaus talpa 

 

kur
 ε0 – elektrinė konstanta;
 R1, R2 – kondensatorių sudarančių cilindrų spinduliai.
 l – cilindrų ilgis.

Jei kondensatoriuose naudojamas dielektrikas, visose formulėse ε0 reikia padauginti iš dielektriko dielektrinės skvarbos ε (vietoj ε0 – ε0ε).

Kondensatoriaus sukaupta energija 
Energija sukaupta kondensatoriuje:

 

kur
 Wc – energija [J];
 C – talpa [F];
 U – įtampa [V];
q - krūvis [C].

Kondensatoriaus reaktyvioji varža 

 

kur
 Xc – varža [Ω];
 f – srovės dažnis [Hz];
 C – talpa [F].

Kondensatoriaus ypatumai 
Jei kondensatorius įkrautas ir atjungtas, krūvis yra pastovus . 

Jei kondensatorius prijungtas prie šaltinio, įtampa yra pastovi .

Kondensatoriai tarpusavyje gali būti jungiami tiek nuosekliai, tiek lygiagrečiai:

Taip pat skaitykite 
 Elektrinė talpa

Šaltiniai 

Elektros grandinės
Elektronika