Wie blockiert ein Kondensator Gleichstrom?

Ich denke, es würde helfen, zu verstehen Wie ein Kondensator Gleichstrom (Gleichstrom) blockiert, während Wechselstrom (Wechselstrom) zugelassen wird.

Beginnen wir mit der einfachsten Gleichstromquelle, einer Batterie:

Wenn diese Batterie zur Stromversorgung verwendet wird, werden Elektronen in die + Seite der Batterie und schob die – Seite.

Lassen Sie uns einige Drähte an der Batterie befestigen:

Hier ist immer noch kein vollständiger Stromkreis vorhanden (die Drähte führen nirgendwo hin), sodass kein Strom fließt.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass kein Stromfluss vorhanden war. Sie sehen, die Atome im Kupferdrahtmetall bestehen aus einem Kern der Kupferatome, der von ihren Elektronen umgeben ist. Es kann hilfreich sein, sich den Kupferdraht als positive Kupferionen vorzustellen, bei denen Elektronen herumschweben:

Hinweis: Ich verwende das Symbol e ^– zur Darstellung eines Elektrons

In einem Metall ist es sehr einfach, die Elektronen herumzuschieben. In unserem Fall haben wir eine Batterie angeschlossen. Es kann tatsächlich einige Elektronen aus dem Draht saugen:

An dem an der positiven Seite der Batterie angebrachten Draht sind Elektronen herausgesaugt . Diese Elektronen werden dann auf der negativen Seite der Batterie in den an der negativen Seite angebrachten Draht gedrückt.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Batterie nicht alle Elektronen entfernen kann. Die Elektronen werden im Allgemeinen von den positiven Ionen angezogen, die sie zurücklassen. Daher ist es schwierig, alle Elektronen zu entfernen.

Am Ende hat unser roter Draht eine leichte positive Ladung (weil ihm Elektronen fehlen) und der schwarze Draht wird eine leichte negative Ladung haben (weil es zusätzliche Elektronen hat).

Wenn Sie die Batterie zum ersten Mal an diese Drähte anschließen, wird nur ein kleines Bit Strom fließt. Die Batterie kann nicht sehr viele Elektronen bewegen, daher fließt der Strom sehr kurz und stoppt dann.

If Sie haben die Batterie abgeklemmt, umgedreht und wieder angeschlossen: Elektronen im schwarzen Draht würden in die Batterie gesaugt und in den roten Draht gedrückt. Wieder würde nur eine winzige Menge Strom fließen, und dann würde sie aufhören.

Das Problem bei der Verwendung von nur zwei Drähten ist, dass wir nicht sehr viele Elektronen zum Herumschieben haben. Was wir brauchen, ist ein großer Vorrat an Elektronen zum Spielen – ein großes Stück Metall. Das ist ein Kondensator: ein großes Stück Metall, das an den Enden jedes Drahtes befestigt ist.

Mit diesem großen Stück Metall gibt es viel mehr Elektronen, die wir leicht herumschieben können. Auf der positiven „Seite können viel mehr Elektronen angesaugt werden, und auf der“ negativen „Seite können viel mehr Elektronen hineingeschoben werden:

Wenn Sie also eine Wechselstromquelle an einen Kondensator anlegen, kann ein Teil dieses Stroms fließen, aber nach einer Weile läuft er Dies ist ein Glück für die Wechselstromquelle, da sie sich dann umkehrt und wieder Strom fließen kann.

Aber warum ist ein Kondensator? Nennspannung in Gleichspannung

Ein Kondensator besteht nicht nur aus zwei Metallstücken. Ein weiteres Konstruktionsmerkmal des Kondensators besteht darin, dass zwei Metallstücke sehr nahe beieinander verwendet werden (stellen Sie sich eine Schicht Wachspapier vor, die zwischen zwei Blatt Zinnfolie eingelegt ist).

Der Grund, warum sie „Zinnfolie“ verwenden, die durch „Wachspapier“ getrennt ist, liegt darin, dass die negativen Elektronen sehr nahe an den positiven „Löchern“ sein sollen, die sie zurückgelassen haben. Dies bewirkt, dass die Elektronen von den positiven „Löchern“ angezogen werden:

Weil die Elektronen negativ sind und die „Löcher“ sind positiv, die Elektronen werden von den Löchern angezogen. Dies bewirkt, dass die Elektronen tatsächlich dort bleiben. Sie können jetzt die Batterie entfernen und der Kondensator hält tatsächlich diese Ladung.

Aus diesem Grund kann ein Kondensator eine Ladung speichern. Elektronen werden von den Löchern angezogen, die sie zurückgelassen haben.

Aber dieses Wachspapier ist kein perfekter Isolator, es wird etwas Leckage ermöglichen. Das eigentliche Problem tritt jedoch auf, wenn zu viele Elektronen aufgestapelt sind. Das elektrische Feld zwischen den beiden „ Platten “ des Kondensators kann tatsächlich so stark werden, dass es zu einem Zusammenbruch des Wachspapiers führt und den Kondensator dauerhaft beschädigt:

In Wirklichkeit besteht ein Kondensator nicht mehr aus Zinnfolie und Wachspapier; sie verwenden bessere Materialien. Aber es gibt immer noch einen Punkt, einen “ Spannung „, bei der der Isolator zwischen den beiden parallelen Platten zusammenbricht und das Gerät zerstört. Dies ist das Nennmaximum des Kondensators. DC Spannung.

Kommentare

• +1 Eine großartige Erklärung, Bilder und Beispiele.
• +1. Eine der besten Erklärungen, die ich ‚ jemals auf Kondensatoren gelesen habe.
• Eine gute Erklärung, aber nicht ‚ t Beantworten Sie die Frage des OP ‚ direkt: Mit AC haben Sie eine sofortige Änderung der Spannung. An jedem Punkt der Wechselstromwelle ändert sich die Spannung, und wenn Sie einen Kondensator im Stromkreis haben, kann diese Änderung / Änderung der Spannung über ein elektrisches Feld unterschiedlicher Intensität über das Dielektrikum auf die andere Seite / Plat übertragen werden. Daher fließt Strom in der Schaltung, obwohl das Dielektrikum ein Isolator für den Elektronenfluss ist.
• Sie müssen dies als Wellen betrachten, bei denen Elektronen / molekulare Polarisation als Mittel / Medium für Wellen fungieren.
• @Fennekin-Kondensatoren lassen keinen Gleichstrom allein oder in Reihe oder parallel geschaltet fließen. Aber auch hier befindet sich ‚ im stationären Zustand. Es wird immer noch einen anfänglichen Ansturm von etwas Strom geben; ob sie in Reihe, parallel oder alleine verbunden sind.

Lassen Sie mich sehen, ob ich hinzufügen kann eine weitere Perspektive auf die anderen 3 Antworten.

Kondensatoren wirken bei hohen Frequenzen wie ein Kurzschluss und bei niedrigen Frequenzen wie ein Open.

Hier sind also zwei Fälle:

Kondensator in Reihe mit Signal

In dieser Situation kann AC durchkommen, DC ist jedoch blockiert. Dies wird üblicherweise als Koppelkondensator bezeichnet.

Kondensator parallel zum Signal

In dieser Situation kann DC durchkommen, aber AC wird gegen Masse kurzgeschlossen, wodurch es blockiert wird. Dies wird üblicherweise als Entkopplungskondensator bezeichnet.

Was ist Wechselstrom?

Ich habe die Begriffe „High Freq“ und „Low Freq“ ziemlich locker verwendet, da ihnen keine Zahlen zugeordnet sind. Ich habe dies getan, weil das, was als niedrig und hoch angesehen wird, davon abhängt, was im Rest des Jahres vor sich geht Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, lesen Sie Informationen zu Tiefpassfiltern in Wikipedia oder in einigen unserer RC-Filter Fragen.

Nennspannung

Die Spannung, die Sie bei Kondensatoren sehen, ist die maximale Spannung, die Sie sicher an den Kondensator anlegen können, bevor Sie das Risiko eines physischen Ausfalls des Kondensators eingehen. Manchmal geschieht dies als Explosion, manchmal als Feuer oder manchmal wird es nur heiß.

Kommentare

• Kellen, ich schätze Ihre Verwendung von Bildern, aber ich fehlt eine Antwort auf die Frage wie die Kappe DC blockiert. Sie sagen nur, dass dies der Fall ist.
• @Stevenvh Ich fühlte die Verwirrung, die das OP hatte, nicht über die Physik, wie es DC blockiert, sondern warum es verwendet wird, wenn es DC blockiert. Außerdem habe ich mir gedacht, dass Ihre Antwort es ziemlich gut erklärt, sie auf einer physischeren Ebene zu erklären, und ‚ hätte nicht gedacht, dass ich diesen Teil besser erklären könnte als Sie.

Die Erklärung liegt in der Tatsache, dass sich entgegengesetzte Ladungen gegenseitig anziehen. Ein Kondensator ist eine kompakte Konstruktion aus 2 leitenden Platten, die durch einen sehr dünnen Isolator getrennt sind. Wenn Sie Gleichstrom darauf legen, wird eine Seite positiv und die andere Seite negativ geladen. Beide Ladungen ziehen sich gegenseitig an, können jedoch die Isolationsbarriere nicht passieren. Es fließt kein Strom. Das ist das Ende der Geschichte für DC.
Für AC ist es anders. Eine Seite wird nacheinander positiv und negativ geladen und zieht negative bzw. positive Ladungen an. Änderungen auf einer Seite der Barriere provozieren also Änderungen auf der anderen Seite, so dass erscheint, dass die Ladungen die Barriere überqueren. und dieser Strom fließt effektiv durch den Kondensator.

Ein geladener Kondensator ist immer gleichstromgeladen, d. h. eine Seite hat die positiven Ladungen und die andere Seite die negativen. Diese Ladungen sind ein Speicher für elektrische Energie , der in vielen Schaltkreisen erforderlich ist.

Die maximale Spannung wird durch die isolierende Barriere bestimmt. Ab einer bestimmten Spannung bricht es zusammen und es entsteht ein Kurzschluss. Dies kann unter Gleichstrom, aber auch unter Wechselstrom geschehen.

Eine einfache Art, darüber nachzudenken, besteht darin, dass ein Reihenkondensator blockiert Gleichstrom, während ein Parallelkondensator dabei hilft, eine konstante Spannung aufrechtzuerhalten.

Dies sind zwei Anwendungen mit demselben Verhalten – ein Kondensator reagiert, um zu versuchen, die Spannung über sich selbst konstant zu halten. Im Serienfall ist es ziemlich glücklich, eine stetige Spannungsdifferenz zu entfernen, aber jede abrupte Änderung auf einer Seite wird zur anderen weitergeleitet, um die Spannungsdifferenz konstant zu halten. Im parallelen Fall wird jede abrupte Spannungsänderung sein reagierte auf.

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• nette einfache Antwort, Lob

Dies ist keine sehr technische Antwort, aber es ist eine grafische Erklärung, die ich sehr lustig und einfach finde:

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• Ja, schön, aber Sie ‚ erhalten in Schwierigkeiten, wenn Sie tatsächlich versuchen, diesen Wechselstrompfad zu erklären! 🙂
• @stevenvh Ja, natürlich weiß ich, dass ‚ ein bisschen dumm ist, aber ich ‚ habe fand es immer klug 🙂
• Es ist eine seltsame Antwort: D: D: D: D:
• Eigentlich hat es mir sehr geholfen, klar zu verstehen, was ein Kondensator ist. Vielen Dank!

Die Ladungsmenge, die sich bei einer bestimmten Spannung über die Platten eines Kondensators entwickelt über seine Anschlüsse wird durch die Formel geregelt:

\ $ Q = C \ mal V \ $ (Ladung = Kapazität * Spannung)

Differenzierung beider Seiten (Strom ist die zeitliche Ableitung von Ladung) ergibt:

\ $ I = C \ times \ dfrac {dV} {dt} \ $ (Strom = Kapazität * die Änderungsrate der Spannung)

Gleichspannung ist dasselbe wie \ $ \ dfrac {dV} {dt} = 0 \ $.

Ein Kondensator lässt also keinen Strom für Gleichspannung „durch“ fließen (dh er blockiert Gleichstrom).

Die Spannung über den Platten eines Kondensators muss sich ebenfalls kontinuierlich ändern, sodass Kondensatoren eine Spannung „halten“, sobald sie aufgeladen sind, bis dahin Spannung kann durch einen Widerstand entladen werden. Eine sehr häufige Verwendung für Kondensatoren ist daher die Stabilisierung der Schienenspannungen und die Entkopplung der Schienen von der Erde.

Die Nennspannung gibt an, wie viel Spannung Sie an die Platten anlegen können, bevor die elektrostatischen Kräfte die Materialeigenschaften der Platten zerstören dielektrisches Material zwischen den Platten, wodurch es als Kondensator zerbrochen wird 🙂

Meine Antwort auf solche Fragen lautet immer „Wasser“ „. Wasser, das durch Rohre fließt, ist eine überraschend genaue Analogie für Strom, der durch Drähte fließt. Strom ist, wie viel Wasser durch ein Rohr fließt. Die Spannungsdifferenz wird zur Differenz des Wasserdrucks. Die Rohre sollen flach liegen, damit die Schwerkraft keine Rolle spielt.

In einer solchen Analogie ist eine Batterie eine Wasserpumpe und ein Kondensator eine Gummimembran , die das Rohr vollständig blockiert. Gleichstrom ist Wasser, das ständig in eine Richtung durch ein Rohr fließt. Wechselstrom ist Wasser, das die ganze Zeit hin und her fließt.

Vor diesem Hintergrund sollte es offensichtlich sein, dass ein Kondensator Gleichstrom blockiert: Da sich die Membran nur so weit dehnen kann, kann Wasser nicht einfach weiter fließen in die gleiche Richtung. Während sich die Membran ausdehnt (dh die Kondensatorladungen), wird ein gewisser Fluss auftreten, der jedoch an einem Punkt so weit gedehnt wird, dass der Wasserdruck vollständig ausgeglichen wird, wodurch jeder weitere Fluss blockiert wird.

Es wird auch offensichtlich, dass ein Kondensator den Wechselstrom nicht vollständig blockiert, dies hängt jedoch von den Membraneigenschaften ab.Wenn die Membran ausreichend dehnbar ist (hohe Kapazität), stellt dies keine Herausforderung für das schnell hin und her fließende Wasser dar. Wenn die Membran wirklich ziemlich steif ist (z. B. eine dünne Plastikfolie), entspricht dies einer geringen Kapazität, und wenn das Wasser langsam hin und her fließt, wird ein solcher Fluss blockiert, aber sehr hochfrequente Schwingungen schaffen es immer noch durch / p>

Diese Analogie war für mich so außerordentlich nützlich, dass ich mich wirklich frage, warum sie nicht weiter verbreitet ist.

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• Ein Freund hat mir geholfen zu verstehen, warum diese Analogie nicht weiter verbreitet ist: Anscheinend hat er ebenso wenig Intuition für den Wasserfluss in Rohren wie für den Stromfluss in Drähten!

Zunächst einmal blockiert ein Kondensator Gleichstrom und hat eine niedrigere Impedanz für Wechselstrom, während ein Induktor dazu neigt, Wechselstrom zu blockieren, aber Gleichstrom sehr leicht durchlässt. Durch „Blockieren“ können wir Das heißt, es bietet eine hohe Impedanz für das Signal, von dem wir sprechen.

Zunächst müssen wir jedoch einige Begriffe definieren, um dies zu erklären. Sie wissen, was Widerstand ist, richtig? Der Widerstand ist der Widerstand gegen den Stromfluss, der zur Verbrennung von Leistung führt, gemessen in Watt. Es spielt keine Rolle, ob der Strom Wechselstrom oder Gleichstrom ist, die von einem perfekten Widerstand abgegebene Leistung ist für beide gleich groß.

Der Widerstand ist also eine Art von „Impedanz“ für den Stromfluss. Es gibt zwei weitere – „induktive Reaktanz“ und „kapazitive Reaktanz“. Beide werden wie der Widerstand auch in Ohm gemessen, aber beide unterscheiden sich darin, dass sie zum einen mit der Frequenz variieren und zum anderen nicht wie ein Widerstand Strom verbrauchen. Insgesamt gibt es also drei Arten der Impedanz – resistiv, induktiv und kapazitiv.

Das Ausmaß der Blockierung oder Impedanz von Induktivitäten in Ohm kann bestimmt werden durch:

$$ X_L = 2 \ pi fL $$

Wobei 2pi ungefähr 6,28 ist, f die Frequenz (offensichtlich AC) eines Signals ist, L die in Henry gemessene Induktivität ist und wobei „X sub L“ die induktive Reaktanz in Ohm ist.

Induktive Reaktanz ist die Impedanz eines Bauteils aufgrund der Induktivität, es ist eine Art Widerstand, verbrennt jedoch keine Leistung in Watt wie ein Widerstand, und da „f“ für die Frequenz geliefert werden muss, muss der Wert angegeben werden davon ändert sich mit der Frequenz für einen gegebenen Induktor.

Beachten Sie, dass mit steigender Frequenz auch die Impedanz (Wechselstromwiderstand) in Ohm zunimmt. Beachten Sie, dass, wenn die Frequenz gleich Null ist, dann auch die Impedanz – eine Frequenz von Null bedeutet Gleichstrom, so dass Induktivitäten praktisch keinen Widerstand gegen Gleichstrom haben. Und mit steigender Frequenz steigt auch die Impedanz.

Kondensatoren sind das Gegenteil – die Formel für die kapazitive Reaktanz lautet

$$ X_C = \ frac {1} {2 \ pi fC} $$

Hier ist C die Kapazität der Kappe in Farad, „2pi“ und „f“ sind die gleichen wie oben und „X-sub-C“ ist die kapazitive Reaktanz in Ohm . Beachten Sie, dass hier die Reaktanz „eins geteilt durch“ die Frequenz und die Kapazität ist – dies führt zu Impedanzwerten, die mit der Frequenz und Kapazität abnehmen. Wenn also die Frequenz hoch ist, ist die Impedanz niedrig, und wenn die Frequenz nahe Null ist, was Gleichstrom ist, ist die Impedanz nahezu unendlich – mit anderen Worten, Kondensatoren blockieren Gleichstrom, lassen jedoch Wechselstrom durch und je höher die Frequenz von Je geringer das Wechselstromsignal, desto geringer die Impedanz.

Ich werde mich für die qualitative Antwort mit der kürzesten Antwort entscheiden -away Ansatz:

Ein Kondensator über Gleichstromschienen dient dazu, alle Wechselstromsignale kurzzuschließen, die andernfalls auf die Versorgungsschienen gelangen könnten, also die Menge an Wechselstrom über Ihren Gleichstrom Stromkreis wird reduziert.

Die Nennspannung an einer Kappe ist die maximale Spannung (Summe aus Gleichstrom und vorhandenem Wechselstrom!), die die Kappe sehen sollte. Überschreiten Sie diese Spannung und die Kappe wird fehlschlagen.