К этой материнской плате припаяны несколько конденсаторов, крошечных цилиндрических электрических компонентов. ПИТЕР ДЭЗЛИ/GETTY IMAGES

В некотором смысле конденсатор немного похож на батарею. Хотя они работают совершенно по-разному, конденсаторы и батареи хранят электрическую энергию. Если вы читали  «Как работают батареи», то знаете, что у батареи две клеммы. Внутри батареи химические реакции производят электроны на одном выводе, а другой вывод поглощает их, когда вы создаете цепь. Конденсатор намного проще батареи, так как он не может производить новые электроны — он только хранит их. Конденсатор так называется, потому что он обладает «емкостью» для хранения энергии.

Конденсатор немного похож на аккумулятор.

В этой статье мы узнаем, что такое конденсатор, для чего он нужен и как он используется в электронике. 

Конденсаторы могут быть изготовлены для любых целей, от самого маленького пластикового конденсатора в вашем калькуляторе до сверхконденсатора, который может питать пригородный автобус. Вот некоторые из различных типов конденсаторов и способы их использования.

• Воздух: часто используется в схемах настройки радио.
• Майлар: чаще всего используется для схем таймеров, таких как  часы, будильники и счетчики.
• Стекло: хорошо подходит для высоковольтных приложений
• Керамика: используется для высокочастотных целей, таких как антенны, рентгеновские аппараты и аппараты МРТ.
• Суперконденсатор: питает электрические и  гибридные автомобили

Внутри конденсатора клеммы  соединяются с двумя металлическими пластинами,  разделенными непроводящим веществом или  диэлектриком. Вы можете легко  сделать конденсатор  из двух кусков  алюминиевой  фольги и листа бумаги (и нескольких электрических зажимов). Это не будет особенно хорошим конденсатором с точки зрения его емкости, но он будет работать.

Теоретически диэлектриком может быть любое непроводящее вещество. Однако для практических применений используются специальные материалы, которые лучше всего подходят для функции конденсатора. Слюда, керамика, целлюлоза, фарфор, майлар, тефлон и даже воздух — вот некоторые из используемых непроводящих материалов. Диэлектрик диктует, какой это конденсатор и для чего он лучше всего подходит. В зависимости от размера и типа диэлектрика некоторые конденсаторы лучше подходят для высокочастотных применений, а другие — для высоковольтных приложений.

Конденсаторная цепь

Когда вы подключаете конденсатор к батарее, вот что происходит:

• Пластина на конденсаторе, которая присоединяется к отрицательной клемме батареи, принимает электроны, которые производит батарея.
• Пластина на конденсаторе, которая присоединяется к положительной клемме батареи, отдает электроны батарее.

После зарядки конденсатор имеет то же  напряжение  , что и аккумулятор (1,5 вольта на аккумуляторе означает 1,5 вольта на конденсаторе). Для маленького конденсатора емкость невелика. Но большие конденсаторы могут держать довольно большой заряд. Вы можете найти конденсаторы размером с банку из-под газировки, которые держат достаточно заряда, чтобы зажечь фонарик на минуту или больше.

Даже природа показывает работу конденсатора в виде молнии. Одна пластина — это  облако, другая пластина — это земля, а молния — это заряд, высвобождающийся между этими двумя «пластинами». Очевидно, что такой большой конденсатор может удерживать огромный заряд!

Допустим, вы подключили конденсатор следующим образом:

На этой схеме показано, как конденсатор подключается к батарее.

Вот вам батарейка, лампочка и конденсатор. Если конденсатор довольно большой, вы заметите, что при подключении батареи лампочка загорится, поскольку ток течет от батареи  к  конденсатору, чтобы зарядить его. Лампа будет постепенно гаснуть и, наконец, погаснет, как только конденсатор достигнет своей емкости. Если затем вынуть батарею и заменить ее проводом, ток будет течь от одной пластины конденсатора к другой. Лампа сначала загорится, а затем погаснет по мере разрядки конденсатора, пока полностью не погаснет.

В следующем разделе мы узнаем больше о емкости и подробно рассмотрим различные способы использования конденсаторов.

Как водонапорная башня

Один из способов визуализировать действие конденсатора — представить его в виде  водонапорной башни  , прикрепленной к трубе. Водонапорная башня «сохраняет» давление воды — когда насосы системы водоснабжения производят больше воды, чем нужно городу, излишки накапливаются в водонапорной башне. Затем, во время повышенного спроса, избыточная вода вытекает из градирни для поддержания высокого давления. Конденсатор таким же образом накапливает электроны, а затем может освободить их позже.

Фарада

Вид электронного компонента, называемого пленочным конденсатором. Конденсатор — это устройство, которое накапливает электрическую энергию в электрическом поле. ФОТОГРАФИЯ ХАВЬЕРА ЗАЯСА/GETTY IMAGES

Потенциал накопления конденсатора, или  емкость, измеряется в единицах, называемых  фарадами. Конденсатор емкостью 1 фарад может хранить один кулон (кулон) заряда при напряжении 1 вольт. Кулон — это 6,25e18 (6,25 * 10^18, или 6,25 миллиарда миллиардов)  электронов. Один  ампер  представляет скорость потока электронов 1 кулон электронов в секунду, поэтому конденсатор емкостью 1 фарад может удерживать 1 ампер-секунду электронов при 1 вольте.

Конденсатор емкостью 1 фарад обычно довольно большой. Он может быть размером с банку тунца или литровую бутылку газировки, в зависимости от напряжения, которое он может выдержать. По этой причине конденсаторы обычно измеряются в микрофарадах (миллионных долях фарад).

Чтобы получить некоторое представление о том, насколько велик фарад, подумайте об этом:

• Стандартная щелочная  батарея типа АА  имеет емкость около 2,8 ампер-часов.
• Это означает, что батарея AA может производить 2,8 ампера в течение часа при напряжении 1,5 вольта (около 4,2 ватт-часа — батарея AA может зажигать 4-ваттную лампу накаливания чуть больше часа).
• Назовем его 1 вольт, чтобы упростить математику. Чтобы сохранить энергию одной батарейки АА в конденсаторе, вам потребуется 3600 * 2,8 = 10 080 фарад, потому что ампер-час равен 3600 ампер-секундам.

Если требуется что-то размером с банку тунца, чтобы вместить фарад, то 10 080 фарад займут НАМНОГО больше места, чем одна батарейка АА! Нецелесообразно использовать конденсаторы для хранения значительного количества энергии, если вы не делаете это при высоком напряжении.

Приложения

Разница между конденсатором и батареей заключается в том, что конденсатор может сбрасывать весь свой заряд за крошечную долю секунды, в то время как батарее требуется несколько минут, чтобы полностью разрядиться. Вот почему в электронной вспышке камеры  используется  конденсатор — батарея заряжает конденсатор вспышки в течение нескольких секунд, а затем конденсатор почти мгновенно сбрасывает полный заряд во вспышку. Это может сделать большой заряженный конденсатор чрезвычайно опасным — по этой причине на вспышках и  телевизорах  есть предупреждения об их открытии. Они содержат большие конденсаторы, которые потенциально могут убить вас содержащимся в них зарядом.

Конденсаторы используются в электронных схемах по-разному:

Иногда конденсаторы используются для хранения заряда для высокоскоростного использования. Вот что делает вспышка. Большие лазеры также используют эту технику для получения очень ярких мгновенных вспышек.

Конденсаторы также могут устранять электрические пульсации. Если в линии постоянного напряжения есть пульсации или всплески, большой конденсатор может выровнять напряжение, поглощая пики и заполняя впадины.

Конденсатор может блокировать постоянное напряжение. Если вы подключите небольшой конденсатор к батарее, то после зарядки конденсатора между полюсами батареи не будет протекать ток. Однако любой сигнал переменного тока (AC) беспрепятственно проходит через конденсатор. Это потому, что конденсатор будет заряжаться и разряжаться при колебаниях переменного тока, создавая впечатление, что переменный ток течет.

В следующем разделе мы рассмотрим историю конденсатора и то, какой вклад в его развитие внесли самые блестящие умы.

Источник: как работает