Цахилгаан конденсатор нь цахилгаан эрчим хүчийг хуримтлуулах, хадгалах чадвартай идэвхгүй төхөөрөмж юм. Энэ нь диэлектрик материалаар тусгаарлагдсан хоёр дамжуулагч хавтангаас бүрдэнэ. Дамжуулагч ялтсуудад янз бүрийн шинж тэмдэг бүхий цахилгаан потенциалыг ашиглах нь тэдгээрийн нэг хавтан дээр эерэг, нөгөө талд нь сөрөг байдаг цэнэгийг олж авахад хүргэдэг. Энэ тохиолдолд нийт төлбөр тэг болно.
Энэ нийтлэлд конденсаторын багтаамжийн тодорхойлолт ба түүхийн асуудлуудыг авч үзнэ.
Шинэ бүтээлийн түүх
1745 оны 10-р сард Германы эрдэмтэн Эвальд Георг фон Клейст цахилгаан статик генератор болон шилэн саванд тодорхой хэмжээний усыг кабелиар холбовол цахилгаан цэнэг хуримтлагдаж болохыг анзаарчээ. Энэ туршилтанд фон Клейстийн гар, ус нь дамжуулагч, шилэн сав нь цахилгаан тусгаарлагч байсан. Эрдэмтэн гараараа төмөр утсанд хүрсний дараа хүчтэй ялгадас гарч ирэвцахилгаан статик генераторын цэнэгээс хамаагүй хүчтэй. Үүний үр дүнд фон Клейст цахилгаан эрчим хүч хуримтлагдсан гэж дүгнэсэн.
1746 онд Голландын физикч Питер ван Мушенбрук конденсатор зохион бүтээж, эрдэмтний ажиллаж байсан Лейдений их сургуулийг хүндэтгэн Лейденийн шил гэж нэрлэжээ. Дараа нь Даниел Гралат хэд хэдэн Лейден савыг холбосноор конденсаторын багтаамжийг нэмэгдүүлсэн.
1749 онд Бенжамин Франклин Лейдений конденсаторыг судалж үзээд цахилгаан цэнэг өмнө нь үзэж байсанчлан усанд биш, харин ус, шилний хил дээр хадгалагддаг гэсэн дүгнэлтэд хүрчээ. Франклины нээлтийн ачаар Лейден шилийг шилэн савны дотор болон гадна талыг металл хавтангаар бүрхэж хийсэн.
Аж үйлдвэрийн хөгжил
"Конденсатор" гэсэн нэр томьёог 1782 онд Алессандро Вольта анх санаачилсан. Анх шил, шаазан, гялтгануур, энгийн цаас зэрэг материалыг цахилгаан конденсаторын тусгаарлагчийг үйлдвэрлэхэд ашигладаг байсан. Тиймээс радио инженер Гуглиелмо Маркони дамжуулагчдаа шаазан конденсатор, хүлээн авагчийн хувьд 1909 онд зохион бүтээсэн гялтгануур тусгаарлагчтай жижиг конденсаторуудыг Дэлхийн 2-р дайны өмнө АНУ-д хамгийн түгээмэл хэрэглэж байжээ.
Анхны электролитийн конденсаторыг 1896 онд зохион бүтээсэн бөгөөд хөнгөн цагаан электродтой электролит юм. Электроникийн хурдацтай хөгжил нь 1950 онд жижиг тантал конденсаторыг зохион бүтээсний дараа л эхэлсэн.хатуу электролит.
Дэлхийн 2-р дайны үед хуванцар хими хөгжсөний үр дүнд нимгэн полимер хальсанд тусгаарлагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг конденсаторууд гарч ирж эхэлсэн.
Эцэст нь 50-60-аад онд хэд хэдэн ажлын дамжуулагч гадаргуутай суперконденсаторуудын үйлдвэрлэл хөгжиж, үүний улмаас конденсаторуудын цахилгаан хүчин чадал нь ердийн конденсаторуудын утгатай харьцуулахад 3 дахин нэмэгддэг.
Конденсаторын багтаамжийн тухай ойлголт
Конденсаторын хавтанд хуримтлагдсан цахилгаан цэнэг нь төхөөрөмжийн хавтангийн хоорондох цахилгаан талбайн хүчдэлтэй пропорциональ байна. Энэ тохиолдолд пропорциональ коэффициентийг хавтгай конденсаторын цахилгаан багтаамж гэж нэрлэдэг. SI (Олон улсын нэгжийн систем) -д цахилгаан хүчин чадлыг физик хэмжигдэхүүн болгон фарадаар хэмждэг. Нэг фарад нь конденсаторын цахилгаан багтаамж бөгөөд ялтсуудын хоорондох хүчдэл нь 1 кулон цэнэгтэй 1 вольт байна.
Цахилгааны багтаамж нь 1 фарад асар их бөгөөд практикт цахилгаан инженерчлэл, электроникийн салбарт пикофарад, нанофарад, микрофарад зэрэг багтаамжтай конденсаторуудыг ихэвчлэн ашигладаг. Цорын ганц үл хамаарах зүйл бол идэвхжүүлсэн нүүрсээс бүрдэх суперконденсаторууд бөгөөд энэ нь төхөөрөмжийн ажлын талбайг нэмэгдүүлдэг. Эдгээр нь олон мянган фарад хүрэх боломжтой бөгөөд цахилгаан тээврийн хэрэгслийн загвар гаргахад ашиглагддаг.
Иймээс конденсаторын багтаамж нь: C=Q1/(V1-V2). Энд C-цахилгаан багтаамж, Q1 - конденсаторын нэг хавтанд хадгалагдсан цахилгаан цэнэг, V1-V2- ялтсуудын цахилгаан потенциалын зөрүү.
Хавтгай конденсаторын багтаамжийн томъёо нь: C=e0eS/d. Энд e0ба e нь бүх нийтийн диэлектрик тогтмол ба тусгаарлагч материалын диэлектрик тогтмол S нь хавтангийн талбай, d нь ялтсуудын хоорондох зай юм. Энэ томъёо нь тусгаарлагчийн материал, хавтан хоорондын зай эсвэл тэдгээрийн талбайг өөрчилбөл конденсаторын багтаамж хэрхэн өөрчлөгдөхийг ойлгох боломжийг олгоно.
Ашигласан диэлектрикийн төрөл
Конденсатор үйлдвэрлэхэд янз бүрийн төрлийн диэлектрикийг ашигладаг. Хамгийн алдартай нь дараах:
- Агаар. Эдгээр конденсаторууд нь дамжуулагч материалын хоёр хавтан бөгөөд тэдгээрийг агаарын давхаргаар тусгаарлаж, шилэн саванд хийнэ. Агаарын конденсаторын цахилгаан хүчин чадал бага. Тэдгээрийг ихэвчлэн радио инженерчлэлд ашигладаг.
- Гялтгануур. Гялтгануурын шинж чанар (нимгэн хуудас болгон салгах, өндөр температурыг тэсвэрлэх чадвар) нь конденсаторын тусгаарлагч болгон ашиглахад тохиромжтой.
- Цаас. Лаатай эсвэл лакаар бүрсэн цаасыг чийглэхээс хамгаалахад ашигладаг.
Хадгалагдсан эрчим хүч
Конденсаторын ялтсуудын боломжит зөрүү нэмэгдэхийн хэрээр төхөөрөмж нь цахилгаан энергийг хадгалдаг.түүний дотор цахилгаан орон байгаа эсэх. Хэрэв ялтсуудын потенциалын зөрүү багасвал конденсатор цэнэггүй болж цахилгаан хэлхээнд энерги өгнө.
Математикийн хувьд дурын төрлийн конденсаторт хуримтлагдсан цахилгаан энергийг дараах томъёогоор илэрхийлж болно: E=½C(V2-V 1)2, энд V2 ба V1 нь эцсийн болон эхнийх байна ялтсуудын хоорондох ачаалал.
Цэнэглэх, цэнэглэх
Хэрэв конденсаторыг резистор болон зарим цахилгаан гүйдлийн эх үүсвэр бүхий цахилгаан хэлхээнд холбовол хэлхээгээр гүйдэл гүйж, конденсатор цэнэглэгдэж эхэлнэ. Бүрэн цэнэглэгдэнгүүт хэлхээний цахилгаан гүйдэл зогсох болно.
Хэрэв цэнэглэгдсэн конденсаторыг резистортой зэрэгцүүлэн холбовол резистороор дамжин нэг хавтангаас нөгөө хавтан руу гүйдэл гүйх ба энэ нь төхөөрөмжийг бүрэн цэнэггүй болгох хүртэл үргэлжилнэ. Энэ тохиолдолд цэнэглэх гүйдлийн чиглэл нь төхөөрөмжийг цэнэглэж байх үеийн цахилгаан гүйдлийн чиглэлийн эсрэг байх болно.
Конденсаторыг цэнэглэж, цэнэггүй болгох нь экспоненциал хугацааны хамаарлыг дагадаг. Жишээлбэл, конденсаторыг цэнэггүй болгох үед ялтсуудын хоорондох хүчдэл дараахь томъёогоор өөрчлөгдөнө: V(t)=Vie-t/(RC) , энд V i - конденсатор дээрх анхны хүчдэл, R - хэлхээний цахилгаан эсэргүүцэл, t - цэнэгийн цэнэгийн хугацаа.
Цахилгаан хэлхээнд нэгтгэх
Байгаа конденсаторуудын багтаамжийг тодорхойлохцахилгаан хэлхээний хувьд тэдгээрийг хоёр өөр аргаар нэгтгэж болно гэдгийг санах нь зүйтэй:
- Цуваа холболт: 1/Cs =1/C1+1/C2+ …+1/C.
- Зэрэгцээ холболт: Cs =C1+C2+…+C.
Cs - n конденсаторын нийт багтаамж. Конденсаторуудын нийт цахилгаан багтаамжийг нийт цахилгаан эсэргүүцлийн математик илэрхийлэлтэй төстэй томъёогоор тодорхойлно, зөвхөн төхөөрөмжүүдийн цуваа холболтын томъёо нь резисторыг зэрэгцээ холбоход хүчинтэй ба эсрэгээр.
