Speichert ein Kondensator Ladung?

Es gibt einige einfache Konzepte, die ich nicht genau im Kopf habe. Ich fürchte, ich habe diese Dinge zwei Jahre lang studiert, aber sie stören mich immer noch. Kondensator ist einer von ihnen. Kann jemand erklären?

• Was macht ein Kondensator? Speichert es Gebühren? Wenn ja, wie geht das?

Ich habe es bei Google und Yahoo gesucht, aber dort (für mich) keine hilfreiche Sache gefunden. Ich würde mich freuen, wenn ich mein Problem hier lösen könnte.

PS Ich hoffe, dass die Frage nicht wieder ein Off-Topic ist, wie es immer der Fall ist, und außerdem schlagen die Leute dann nicht vor, wohin sie gehen sollen. Es ist eine wirklich traurige Sache.

Wenn durch Gebühren Sie bedeuten elektrische Ladungen , dann nein, nicht ein Kondensator nicht Ladungen speichern. Dies ist ein weit verbreitetes Missverständnis, möglicherweise aufgrund der vielfältigen Bedeutung des Wortes Ladung . Wenn eine Ladung in einen Anschluss eines Kondensators fließt, verlässt eine gleiche Ladungsmenge den anderen. Die Gesamtladung im Kondensator ist also konstant.

Was Kondensatoren speichern, ist Energie . Insbesondere speichern sie es in einem elektrischen Feld. Alle Elektronen werden von allen Protonen angezogen. Im Gleichgewicht befindet sich auf jeder Platte des Kondensators die gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen, und es liegt keine gespeicherte Energie und keine Spannung über dem Kondensator vor.

Wenn Sie den Kondensator jedoch an eine Batterie anschließen, werden einige der Elektronen von einer Platte weggezogen und eine gleiche Anzahl von Elektronen auf die andere Platte gedrückt. Jetzt hat eine Platte eine negative Nettoladung und die andere eine positive Nettoladung. Dies führt zu einem Unterschied im elektrischen Potential zwischen den Platten und einem zunehmend starken elektrischen Feld, wenn mehr Ladungen getrennt werden.

Das elektrische Feld übt eine Kraft auf die Ladungen aus, die versucht, den Kondensator wieder ins Gleichgewicht zu bringen, mit ausgeglichenen Ladungen auf jeder Platte. Solange der Kondensator mit der Batterie verbunden bleibt, wird diese Kraft durch die Kraft der Batterie ausgeglichen und das Ungleichgewicht bleibt bestehen.

Wenn die Batterie entfernt wird und wir den Stromkreis offen lassen, können sich die Ladungen nicht bewegen, sodass das Ladungsungleichgewicht bestehen bleibt. Das Feld übt immer noch eine Kraft auf die Ladungen aus, aber sie können sich nicht bewegen, wie ein Ball auf einem Hügel oder eine unter Spannung gehaltene Feder. Die im Kondensator gespeicherte Energie bleibt erhalten.

Wenn die Kondensatoranschlüsse mit einem Widerstand verbunden sind, können sich die Ladungen bewegen, sodass ein Strom fließt. Die im Kondensator gespeicherte Energie wird im Widerstand in Wärme umgewandelt, die Spannung nimmt ab, die Ladungen werden weniger unausgeglichen und das Feld wird schwächer.

Weiterführende Literatur: CAPACITOR COMPLAINTS (1996 William J. Beaty)

Kurz gesagt, Kondensatoren sind zwei leitende Objekte, oft kleine Platten, die durch etwas Isolierendes getrennt sind, das als Dielektrikum bekannt ist. Ähnlich wie bei der statischen Aufladung, die auftritt, wenn Sie einen Ballon auf Ihren Arm reiben und ihn an Ihr Haar legen, bilden sich auf beiden Platten entgegengesetzte Ladungen, die es ihm ermöglichen, Energie in Form von Ladung zu speichern. Es gibt zwei weitere Schlüsselfaktoren, die das Verhalten des Kondensators beeinflussen und es so nützlich machen. - Sie laden exponentiell und nicht linear auf. Angenommen, ich lade einen Kondensator mit einer konstanten Spannung auf und messe alle 5 Sekunden die Spannung am Kondensator (die der darin enthaltenen Ladung entspricht). Es würde nicht alle 0,1 Sekunden in 0,1 steigen. Stattdessen erhöht es sich um einen festgelegten Prozentsatzder Gesamtkapazität pro Zeiteinheit. Dies ist praktisch das gleiche Prinzip (außer umgekehrt) wie beim radioaktiven Zerfall - die "Halbwertszeit" ist ein intuitives Konzept, das der Zeit entspricht, die benötigt wird, um die Menge auf 50% des Wertes zu reduzieren - aber nicht, um sie zu verlieren eine festgelegte Menge (dh es sind nicht 50 Moleküle pro Sekunde, sondern 50% pro Sekunde). Es sieht ungefähr so ​​aus:

Wie Sie sehen, wird es zu Beginn schnell aufgeladen, verlangsamt sich dann jedoch, wenn sich die Ladung ansammelt.

-Das zweite ist die Konsequenz dieser Ladungsakkumulation. Mit zunehmender Spannung fällt der Strom "durch" den Kondensator ab - was anscheinend den elektrischen Widerstand des Kondensators erhöht. Wenn wir jedoch die Polarität der Eingangsstromversorgung umkehren und sie umschalten, hat dies den Effekt, dass der Widerstand "verringert" wird - die Ladung kann leicht herausfließen und tatsächlich effektiv ansteigen, anstatt in den Kondensator gedrückt zu werden die effektive Spannung. Die Hauptfolge davon ist, dass der Kondensator Gleichstrom widersteht, aber Wechselstrom zulässt. Genauer gesagt, je höher die Frequenz der Spannungspolaritätsumschaltung (dh Wechselstrom) ist, desto weniger behindert der Kondensator den Stromfluss im Stromkreis. Der Kondensator kann als elektrische Feder betrachtet werden. Sie drücken darauf und symbolisieren den Strom, der in ihn fließt. Zunächst bietet es wenig Widerstand. Wenn Sie jedoch weiter drücken, drückt die Feder stärker zurück, bis Sie effektiv nicht mehr drücken können. Dies entspricht der Spannung am Kondensator (wiederum entspricht der darin gespeicherten Ladung), die sich der Eingangsspannung nähert - wie die Aufwärtskraft der Feder, die sich gegen Ihr Gewicht ausgleicht. Was passiert nun, wenn Sie in die entgegengesetzte Richtung drücken? Der Frühling funktioniertmit Ihnen anstatt gegen Sie, erhöhen Sie die Ausgangskraft über das hinaus, was Sie mit Ihren Muskeln und Ihrem Gewicht allein erreichen können.

Wie können wir das ausnutzen? Es gibt zwei Haupttypen der Kondensatorverwendung, abhängig davon, wie sie in einer Schaltung angeordnet sind - "Kopplung", bei der der Kondensator in Reihe geschaltet ist, und "Entkopplung", Kondensator parallel. Beide nutzen diese oben genannten Prinzipien.

Kopplungen werden zum Blockieren von Gleichstrom verwendet - dies ist am häufigsten bei der Signalverarbeitung und bei Funkgeräten der Fall. Je kleiner der Kondensator ist, desto höher ist die Frequenz, die er behindert (da er sich schneller auflädt). Durch Einstellen der Kapazität können wir also blockierte Frequenzen einstellen. Bei Verwendung mit einem Induktor (dem diametralen Gegenteil eines Kondensators) - dessen wichtigste Eigenschaft das Blockieren von HIGH-Frequenzen ist - können wir Signale auf ein bestimmtes "Frequenzband" beschränken - eine "Bandpass" -Schaltung. Dies ist bei Funkgeräten wichtig, um mit der gewünschten Frequenz zu senden oder zu empfangen.

Koppelkondensatoren werden auch in Zeitschaltkreisen verwendet. Da Transistoren (elektronische Schalter) mit einer bekannten Spannung eingeschaltet werden und Kondensatoren mit einer bekannten Geschwindigkeit aufgeladen werden, können sie verwendet werden, um den Transistor nur zu einem bestimmten Zeitpunkt (oder einer bestimmten Frequenz) einzuschalten.

Entkopplungskondensatoren werden entweder zur Energiespeicherung oder zur elektrischen "Dämpfung" eingesetzt. Auch hier hilft es, über eine Feder nachzudenken.

Eine Feder in einer Pelletpistole zeigt den Energiespeicher perfekt. Die Feder wird analog zum geladenen Kondensator zurückgezogen und dann freigegeben, so dass sie ihre Energie in eine "Last" abgeben kann - mechanisch gesehen das Pellet (oder eine andere Munition), elektrisch eine Komponente, beispielsweise ein Licht. Kondensatoren sind ideal für Situationen, in denen in kurzer Zeit viel Energie benötigt wird, da sie sich extrem schnell entladen - beispielsweise ein Defibrillator. Die Batterie allein könnte möglicherweise nicht die gesamte benötigte Energie so schnell entladen, sodass der interne Kondensator sie stattdessen speichert und nach Bedarf freigibt.

Für die Dämpfung ist es am besten, sich die Kondensator / Feder-Analogie als die Feder in der Fahrzeugfederung vorzustellen. Die Fahrzeugfederung schützt das Fahrzeug (und die Passagiere) vor Beschädigungen, indem sie einen Teil der Energie der vertikalen Bewegung des Fahrzeugs absorbiert. Wenn ein Rad durch Überfahren eines großen Steins sehr schnell nach oben gedrückt wird, ist der Rest des Autos dank der Federung weniger betroffen, die Energie absorbiert und diese dann langsam nach oben abgibt, indem sie das Auto nach oben drückt. Auf die gleiche Weise kann ein Entkopplungskondensator elektrische Signale oder Impulse "glätten". Analog zum Stein können manchmal die Art der Stromerzeugung oder Fehlfunktionen Spannungsspitzen verursachen. Selbst sehr kurze Spannungsspitzen können einige Geräte schwer beschädigen. Der Entkopplungskondensator kann diesen "Stoß" absorbieren und das Risiko von Schäden verringern. Zusätzlich,

Ich hoffe, das hilft. Es tut mir leid, wenn es etwas ausführlich ist, aber ich möchte umfassend sein.