Kondenzatori

Kondenzator je element koji se sastoji od dvije nabijene ploče međusobno odvojene dielektrikom ili vakuumom. Osnovna karakteristika svakog kondenzatora je sposobnost pohrane energije. Veličina kojom opisujemo količinu naboja koju kondenzator može skladištiti kada je priključen na određeni izvor napona zovemo električni kapacitet i označavamo slovom \(C\), a njezina mjerna jedinica je Farad [F].

Ako je razlika potencijala (napon) između ploča jednak \(U\), a naboj na pločama \(Q\) tada je kapacitet jednak:

\( C = \frac{Q}{U} \)

Kondenzator u sredstvu

Između ploča kondenzatora može se nalaziti vakuum ili dielektrik. Dielektrik je tvar koja ne vodi električnu struju. Veličina kojom opisujemo dielektrik je relativna dielektrična permitivnost \(\varepsilon_r\) i ona je specifična za svaku tvar.

Kapacitet kondenzatora ovisi o njegovim geometrijskim svojstvima te o sredstvu koje se nalazi između njegovih ploča. Ako je površina ploča kondenzatora \(S\), razmak između njih \(d\) i relativna permitivnost sredstva \(\varepsilon_r\) tada je kapacitet tog kondenzatora:

\( C = \varepsilon _0 \varepsilon _r \frac{S}{d} \)

Relativna dielektrična permitivnost vakuuma \(\varepsilon_r = 1\). To znači da je kapacitet kondenzatora u vakuumu jednak:

\( C = \varepsilon_0 \frac{S}{d} \)

Energija kondenzatora

Da bismo kondenzator nabili nabojem \(Q\) potrebno je obaviti rad (dovesti energiju). Ta energija dolazi iz izvora napona \(U\) i po iznosu je jednaka:

\( W = \frac{QU}{2} = \frac{CU^2}{2} = \frac{Q^2}{2C} \)

Električno polje kondenzatora

Električno polje između ploča kondenzatora je homogeno. Vrijednost tog električnog polja ovisi o jakosti izvora, tj. o naponu koji daje izvor na koji su spojene ploče kondenzatora te o udaljenosti između tih ploča, a računamo ga po formuli:

\( E=\frac{U}{d} \)

Spajanje kondenzatora

Elemente u strujni krug (na izvor napona) možemo spajati na dva različita načina: serijski i paralelno.

Kada je riječ o spajanju kondenzatora, kapacitet ukupnog spoja kondenzatora ovisi o načinu na koji ih spajamo.

Serijski spoj kondenzatora

Serijski spoj kondenzatora karakterizira smanjenje ukupnog kapaciteta dodavanjem kondenzatora u spoj. Svaki od kondenzatora nabijen je nabojem \(Q\) koji je u serijskom spoju jednak za svaki kondenzator.

Na slici je shematski prikaz serijskog spoja kondenzatora. Napon koji daje izvor raspodijeljen je po kondenzatorima ovisno o njihovom kapacitetu. Vrijedi:

\( Q_{uk} = Q_1 = Q_2 = Q_3 = \dots \)

\( U = U_1 + U_2 + U_3 + \dots \)

Ukupni kapacitet serijskog spoja kondenzatora računamo po formuli:

\( \frac{1}{C_{uk}} = \frac{1}{C_1}+ \frac{1}{C_2}+ \frac{1}{C_3}+\dots \)

Paralelni spoj kondenzatora

Spajanjem kondenzatora u paralelni spoj povećavamo ukupni kapacitet sustava. U svakoj grani paralelnog spoja napon je jednak naponu \(U\) koji daje izvor.

Ukupni naboj je jednak zbroju naboja na kondenzatorima, tj. zbroju naboja u granama:

\( Q_{uk} = Q_1 + Q_2 + Q_3 = \dots \)

\( U = U_1 = U_2 = U_3 = \dots \)

Ukupni kapacitet ovog sustava računamo po formuli:

\( C_{uk} = C_1+ C_2+ C_3 +\dots \)

Kombinirani spoj kondenzatora

Strujni krugovi ne moraju se sastojati od isključivo paralelno ili serijski spojenih elemenata. Često su elementi spojeni na različite mješovite načina. Tada mrežu kondenzatora raspetljavamo postepeno.

Na slici je prikazan primjer kombiniranog spoja. Kondenzatori \(C_2\) i \(C_3\) spojeni su serijski, a njima je paralelno spojen kondenzator \(C_1\).

Proizvod dodan u košaricu