Hogyan blokkolja a kondenzátor az egyenáramot?

Úgy gondolom, hogy segítene megérteni hogyan egy kondenzátor blokkolja az egyenáramot (egyenáram), miközben engedélyezi az váltakozó áramot.

Kezdjük a legegyszerűbb egyenáramforrással, egy akkumulátorral:

Amikor ezt az akkumulátort valamilyen energiaellátásra használják, az elektronok be vannak húzva a + az akkumulátor oldalán, és kitolta a – oldalsó.

Csatlakoztassunk néhány vezetéket az akkumulátorhoz:

Itt még mindig nincs teljes áramkör (a vezetékek nem mennek sehova), ezért nincs áram.

De ez nem azt jelenti, hogy nem volt semmilyen jelenlegi áramlás. Látja, a rézhuzalban lévő atomok a rézatomok elektronjaival körülvett magjaiból állnak. Hasznos lehet úgy gondolni, hogy a rézhuzal pozitív rézionok, elektronok lebegnek körülötte:

Megjegyzés: A e ^– egy elektron képviseletére

Egy fémben nagyon könnyű az elektronokat körbe tolni. Esetünkben akkumulátor van csatlakoztatva. Képes ténylegesen kiszívni néhány elektronot a vezetékből:

Az akkumulátor pozitív oldalán rögzített vezetékben az elektronok kiszívták . Ezeket az elektronokat ezután az akkumulátor negatív oldalán kinyomják a negatív oldalra rögzített vezetékbe.

Fontos megjegyezni, hogy az akkumulátor nem tudja eltávolítani az összes elektronot. Az elektronokat általában maguk mögött hagyják a pozitív ionok; így nehéz eltávolítani az összes elektront.

Végül piros vezetékünknek enyhe pozitív töltése lesz (hiányoznak az elektronok), és a fekete vezeték enyhe negatív töltése lesz (mert extra elektronjai vannak).

Tehát amikor először csatlakoztatja az akkumulátort ezekhez a vezetékekhez, csak egy kis bit áram fog áramlani. Az akkumulátor nem képes nagyon sok elektron mozgatására, ezért az áram nagyon röviden áramlik, majd leáll.

Ha lecsatlakoztatta az akkumulátort, megfordította és újra csatlakoztatta: a fekete vezetékben lévő elektronokat az akkumulátorba szívták és a vörös vezetékbe tolták. Ismét csak egy kis mennyiségű áram áramlik, majd leáll. / p>

Két vezeték használatának csak az a problémája, hogy nincs sok elektronunk, amellyel körül lehet nyomni. Amire szükségünk van, egy nagy elektronkészlet, amellyel játszhatunk – egy nagy darab fém. Ez az a kondenzátor: egy nagy fémdarab, amely az egyes huzalok végeihez van rögzítve. A pozitív “oldalon sokkal több elektron szívható ki belőle, a” negatív “oldalon pedig sokkal több elektron nyomható bele:

Tehát ha egy váltakozó áramforrást alkalmaz egy kondenzátorra, akkor ennek az áramnak egy része engedni fog, de egy idő után futni fog elektronokból kifelé tolódni, és az áramlás leáll. Ez szerencsés a váltakozó áramú forrás számára, mivel ez aztán megfordul, és az áramnak még egyszer szabad áramlania.

De miért van egy kondenzátor DC feszültségben

Egy kondenzátor nem csak két darab fém. A kondenzátor másik tervezési jellemzője, hogy két fémdarabot használ nagyon egymáshoz közel (képzeljünk el egy viaszpapír réteget két ónfólia lap közé szorítva).

Azért használnak “viaszpapírral” elválasztott “ónfóliát”, mert azt akarják, hogy a negatív elektronok nagyon közel legyenek a mögöttük hagyott pozitív “lyukakhoz”. Ez az elektronokat vonzza a pozitív “lyukakhoz”:

Mivel az elektronok negatívak , és a “lyukak” pozitívak, az elektronok vonzódnak a lyukakhoz. Ez azt eredményezi, hogy az elektronok valóban ott maradnak. Most eltávolíthatja az akkumulátort, és a kondenzátor valójában tartja a töltést .

Ezért képes egy kondenzátor töltést tárolni; az elektronok vonzódnak a maguk mögött hagyott lyukakhoz.

De a viaszosított papír nem tökéletes szigetelő; lehetővé teszi némi szivárgást. De az igazi probléma akkor jelentkezik, ha túl sok elektron halmozódik fel. A kondenzátor két “ lemeze je” között az elektromos mező valóban olyan intenzívvé válhat, hogy a viaszos papír meghibásodásához vezet, és tartósan károsítja a kondenzátort:

A valóságban a kondenzátor nem ónfóliából és viaszpapírból készül (ma már); jobb anyagokat használnak. De van még egy pont, egy ” feszültség “, ahol a két párhuzamos lemez közötti szigetelő megszakad, tönkretéve az eszközt. Ez a kondenzátor névleges maximális értéke DC feszültség.

Megjegyzések

• +1 Remek magyarázat, képek és példákra építés.
• +1. Az egyik legjobb magyarázat, amelyet valaha is olvastam a kondenzátorokon.
• Jó magyarázat, de nem ‘ t Válaszoljon közvetlen módon az OP ‘ kérdésre: AC-vel azonnali a feszültségváltozás. Az AC hullám minden pontján változó a feszültség, és ha van egy kondenzátor a ckt-ben, akkor ez a feszültségváltozás / -változás a dielektrikumon keresztül átvihető a másik oldalra / a változó intenzitású elektromos mezőn keresztül. Ezért az áram áramlik az áramkörben, annak ellenére, hogy a dielektrikum az elektronok áramlásának szigetelője.
• Erre a hullámokra kell gondolnunk, amelyekben az elektronok / molekuláris polarizáció a hullámok eszközeként / közegeként működik.
• @Fennekin kondenzátorok nem engedik, hogy az egyenáram önmagában, sorozatban vagy párhuzamosan csatlakozzon. De megint ez a ‘ s állandó állapotban van. Még mindig megindul a némi áram; függetlenül attól, hogy sorosan, párhuzamosan vagy egymással vannak összekapcsolva. még egy perspektíva a másik 3 válaszhoz.

  A kondenzátorok úgy működnek, mint rövidek a magas frekvenciákon és nyitottak alacsony frekvenciákon.

  Tehát itt van két eset:

  Kondenzátor sorozatban

  

  Ebben a helyzetben az AC képes átjutni, de a DC blokkolva van. Ezt általában kapcsolási kondenzátornak hívják.

  Kondenzátor párhuzamosan a

  

  Ebben a helyzetben a DC képes átjutni, de az AC rövidzárlattal rendelkezik, ami blokkolja. Ezt általában leválasztó kondenzátornak hívják.

  Mi az AC?

  A “High Freq” és az “Low Freq” kifejezéseket meglehetősen lazán használtam, mivel azokhoz valójában nincsenek társítva számok. Ezt azért tettem, mert ami alacsonynak és magasnak számít, attól függ, hogy mi zajlik a többi áramkör. Ha erről többet szeretne megtudni, olvassa el az aluláteresztő szűrőkről a Wikipédia vagy néhány RC szűrő kérdések.

  Feszültség besorolása

  A kondenzátorokkal látott feszültség az a maximális feszültség, amelyet biztonságosan alkalmazhat a kondenzátorra, mielőtt elkezdené kockáztatni a kondenzátor fizikai lebomlását. Néha ez robbanásként, néha tűzként fordul elő, vagy néha csak felmelegszik.

  megjegyzések

  • Kellen, nagyra értékelem a képek használatát, de én hiányzik a válasz arra a kérdésre, hogy hogyan a sapka blokkolja a DC-t. Csak azt mondod, hogy igen.
  • @Stevenvh éreztem azt a zavart, hogy az OP nem a fizikáról szól, hogy hogyan blokkolja a DC-t, hanem inkább miért használják, ha blokkolja a DC-t. Ráadásul arra gondoltam, hogy a válaszod elég jól megmagyarázta azt fizikai szinten, és nem gondoltam, hogy ‘ nem gondolom, hogy ezt a részt jobban meg tudom magyarázni, mint te.

A magyarázat abban rejlik, hogy az ellentétes töltések vonzzák egymást. A kondenzátor kompakt felépítésű, 2 vezető lemezből áll, amelyeket nagyon vékony szigetelő választ el egymástól. Ha DC-t tesz rá, az egyik oldala pozitív töltésű lesz, a másik oldala negatív. Mindkét töltés vonzza egymást, de “nem haladhat át a szigetelő korláton. Nincs áram. Tehát a DC-nek ez a vége.
Az AC-nek ez más. Az egyik oldal egymást követően pozitív és negatív töltésű lesz, és negatív és pozitív töltéseket vonz. Tehát az akadály egyik oldalán bekövetkező változások a másik oldalon változásokat váltanak ki, így megjelenik , hogy a töltések átlépik az akadályt, és ez az áram hatékonyan folyik át a kondenzátoron.

A feltöltött kondenzátor mindig egyenáramú, vagyis az egyik oldalon pozitív, a másik oldalon a negatív töltésű. Ezek a töltések villamosenergia-tárolók , amelyek sok áramkörben szükségesek.

A maximális feszültség a szigetelő gát határozza meg. Egy bizonyos feszültség felett megszakad és rövidzárlatot hoz létre. Ez történhet DC alatt, de váltakozó áram alatt is.

Egyszerű gondolkodásmód az, hogy egy soros kondenzátor blokkol DC, míg a párhuzamos kondenzátor segít az állandó feszültség fenntartásában.

Ez valójában két azonos viselkedésű alkalmazás – a kondenzátor reagálva megpróbálja állandóan tartani a feszültséget önmagában. Sorozat esetén elégedett az állandó feszültségkülönbség eltávolítása, de az egyik oldalon bekövetkező bármilyen hirtelen változás átkerül a másik oldalra, hogy a feszültségkülönbség állandó maradjon. Párhuzamos esetben a hirtelen feszültségváltozás reagált.

Megjegyzések

• szép egyszerű válasz, nagyra becsülöm

Ez nem túl technikai válasz, de grafikus magyarázat, amelyet nagyon viccesnek és egyszerűnek találok:

Megjegyzések

• Igen, kedves, de ‘ megkapod bajban van, ha valóban megpróbálja elmagyarázni ezt az AC utat! 🙂
• @stevenvh igen, természetesen tudom, hogy ‘ kicsit hülye, de én ‘ ve mindig okosnak találta 🙂
• Furcsa válasz: D: D: D: D: D
• Valójában sokat segített abban, hogy világosan megértsem, mi is a kondenzátor. Köszönöm neked!

Az a töltésmennyiség, amely egy adott feszültségű kondenzátor lemezein kialakul termináljain a következő képlet szabályozza:

\ $ Q = C \ szorzat V \ $ (töltés = kapacitás * feszültség)

Mindkét oldal megkülönböztetése (az áram az idő deriváltja) töltés), megadja:

\ $ I = C \ times \ dfrac {dV} {dt} \ $ (áram = kapacitás * a feszültség változásának sebessége)

DC feszültség megegyezik azzal, hogy \ $ \ dfrac {dV} {dt} = 0 \ $.

Tehát a kondenzátor nem engedi, hogy egyenáramú feszültség esetén áram áramoljon rajta keresztül (azaz blokkolja az egyenáramot). / p>

A kondenzátor lemezeinek átfeszültségének folytonosan változnia kell, így a kondenzátorok “feltartják” a feszültséget, ha feltöltik őket, amíg a feszültség ellenálláson keresztül lemeríthető. A kondenzátorok nagyon gyakori alkalmazása ezért a sínfeszültségek stabilizálása és a sínek leválasztása a talajtól. dielektromos anyag a lemezek között, ami kondenzátorként törik :).

Az ilyen kérdésekre mindig “víz” a válaszom “. A csöveken átfolyó víz meglepően pontos analógia a vezetéken átáramló áramra. Az áram az, hogy mennyi víz áramlik egy csövön keresztül. A feszültségkülönbség a víznyomás különbségévé válik. A csövek állítólag laposan fekszenek, így a gravitációnak nincs szerepe.

Ilyen analógiában az akkumulátor vízpumpa, a kondenzátor pedig gumimembrán amely teljesen elzárja a csövet. A DC az a víz, amely folyamatosan egy irányban áramlik egy csövön keresztül. Az AC állandóan oda-vissza áramló víz.

Ezt szem előtt tartva nyilvánvalónak kell lennie, hogy egy kondenzátor blokkolja az egyenáramot: mivel a membrán csak addig nyúlhat ki, a víz nem folytathatja az áramlást A membrán nyújtása közben (pl. a kondenzátor töltése) lesz némi áramlás, de egy ponton elegendően megnyúlik a víznyomás teljes kiegyensúlyozásához, ezáltal elzárva a további áramlást.

Ez az is nyilvánvalóvá válik, hogy egy kondenzátor nem fogja teljesen blokkolni az AC-t, de ez a membrán tulajdonságaitól függ.Ha a membrán kellően nyúlik (nagy kapacitású), akkor nem jelent kihívást a gyorsan oda-vissza áramló víz számára. Ha a membrán valóban meglehetősen merev (pl. Vékony műanyag lap), ez megfelel az alacsony kapacitásnak, és ha a víz lassan össze-vissza áramlik, akkor az ilyen áramlás blokkolódik, de a nagyon nagy frekvenciájú rezgések még mindig átjutnak rajta. / p>

Ez a hasonlat annyira kivételesen hasznos volt számomra, hogy valóban kíváncsi vagyok, miért nem használják szélesebb körben.

Hozzászólások

• Egy barátom segített megérteni, miért nem alkalmazzák szélesebb körben ezt az analógiát: nyilvánvalóan ugyanolyan kevés megérzése van a csövekben folyó vízáramláshoz, mint a vezetékek áramlásához!

Először is, egy kondenzátor blokkolja az egyenáramot, és alacsonyabb impedanciát jelent az AC-re, míg az induktor hajlamos blokkolni az AC-t, de nagyon könnyen átengedi az egyenáramot. jelent, mint ami nagy impedanciát kínál a jelről, amelyről beszélünk.

Először is meg kell határoznunk néhány kifejezést ennek magyarázatához. Tudod, mi az ellenállás, igaz? Az ellenállás az áramlással szembeni ellenállás, amely wattban mérve az áram égését eredményezi. Nem számít, hogy az áram váltóáramú vagy egyenáramú-e, a tökéletes ellenállás által elvezetett teljesítmény ugyanakkora. Két másik van – “induktív reaktancia” és “kapacitív reaktancia”. Mindkettőt ohmban mérik, mint az ellenállást, de mindkettő különbözik abban, hogy egyrészt frekvenciánként változnak, másrészt valójában nem fogyasztják az energiát, mint egy ellenállás. Tehát együttesen 3féle van impedancia – rezisztív, induktív és kapacitív.

Az induktorok blokkolásának vagy impedanciájának mértékét ohmban a következő módon lehet meghatározni:

$$ X_L = 2 \ pi fL $$

Ahol 2pi értéke kb. 6,28, f a jel frekvenciája (nyilvánvalóan AC), L a henrikekben mért induktivitás, és ahol “X sub L” az induktív reaktivitás ohmban.

Az induktív reaktancia az alkatrész induktivitásból fakadó impedanciája; ez egyfajta ellenállás, de valójában nem égeti meg a teljesítményt wattban, mint az ellenállás az adott induktor frekvenciájától függ.

Vegye figyelembe, hogy amint a frekvencia növekszik, úgy növekszik az impedancia (AC ellenállás) ohmban. És vegye észre, hogy ha a frekvencia nulla, akkor az impedancia is – a nulla frekvencia egyenáramot jelent, így az induktoroknak gyakorlatilag nincs ellenállása az egyenáram áramlásának. És ahogy a frekvencia növekszik, úgy növekszik az impedancia is.

A kondenzátorok ellentétesek – a kapacitív reaktancia képlete

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

Itt a C a farádok sapkájának kapacitása, a “2pi” és az “f” megegyezik a fentiekkel, az “X-sub-C” pedig a kapacitív reaktancia ohmokban . Vegye figyelembe, hogy itt a reaktancia “elosztva” a frekvenciával és a kapacitással – ez impedancia értékeket eredményez, amelyek a frekvenciával és a kapacitással együtt csökkennek. Tehát, ha a frekvencia magas, az impedancia alacsony lesz, és ha a frekvencia nulla közelében van, ami egyenáramú, akkor az impedancia majdnem végtelen lesz – más szóval, a kondenzátorok blokkolják az egyenáramot, de átadják az AC-t, és annál nagyobb a frekvencia az AC jel, annál kisebb az impedanciája.

A legrövidebb válasz kvalitatív fogadására megyek -egyszerű megközelítés:

Az egyenáramú síneken átívelő kondenzátor valójában ott van, hogy rövidítsen minden olyan váltakozó áramú jelet, amely egyébként az ellátó sínekre kerülhet, így az AC mennyisége a DC em-en keresztül > áramkör lecsökken.

A kupak feszültsége az a maximális feszültség (a DC és az esetleges váltóáram összege!), amelyet a sapkának látnia kell. Túllépi ezt a feszültséget és a a sapka nem fog sikerülni.