Netleksikon - Et online leksikon Netleksikon er ikke blevet opdateret siden 2005. Nogle artikler kan derfor indeholde informationer der ikke er aktuelle.
Forside | Om Netleksikon

Elektrisk kondensator

Table of contents
1 Kondensatoren kort fortalt
2 Sådan virker en kondensator
3 Mål og egenskaber for kondensatorer
4 Forskellige typer kondensatorer
5 Se også
6 Eksterne henvisninger

Kondensatoren kort fortalt

En elektrisk kondensator er en elektronisk komponent, der er indrettet til at have en vis elektrisk kapacitet (fysisk størrelse som måles i farad) - en evne til (på kort sigt) at opbevare en vis mængde elektrisk ladning (elektrisk energi).

Groft sagt kan en kondensator sammenlignes med et opladeligt "batteri (element) - en kondensator op- og aflades blot meget hurtigere og indeholder blot en forsvindende brøkdel af den elektriske energi der kan opbevares i et opladeligt element af tilsvarende rumlig størrelse.

Sådan virker en kondensator

Figuren til højre viser hvordan en kondensator principielt er opbygget: To elektrisk ledende plader
  • (1) er anbragt parallelt og ganske tæt på hinanden, dog adskilt af et dielektrikum
  • (2), som enten er et vakuum eller et lag af et elektrisk isolerende stof. Kondensatoren har to tilledninger
  • (3), som er forbundet til hver sin elektrisk ledende plade.

I praktiske kondensatorer er dette arrangement bygget eller støbt ind i en "indpakning" af plast, aluminium eller keramik, så blot de to tilledninger "stikker ud" af komponenten.

Kondensatoren og jævnstrømme

Hvis man forbinder kondensatorens to tilledninger med en jævnstrømskilde, vil strømkildens positive pol trække de frie elektroner ud af den ene plade, og fylde elektroner på den plade der er forbundet til kildens negative pol; der går altså en strøm i kredsløbet. Denne proces varer i praksis ganske kort; strømstyrken i kredsløbet falder eksponentielt mod noget nær nul.

Den plade der er tilsluttet den positive pol, har nu et underskud af frie elektroner, og får derved en positiv elektrisk ladning. Denne positive ladning udøver en elektrisk tiltrækningskraft på det overskud af frie elektroner, som den anden (nu negativt ladede) plade har modtaget fra strømkildens negative pol.

Afbryder man nu forbindelsen mellem kondensatoren og strømkilden, vil de elektriske kræfter holde de frie elektroner "fast" i den negativt ladede plade, og derfor ligger der over kondensatorens tilledninger en spændingsforskel meget nær ved strømkildens polspænding.

I kondensatorer med kapaciteter under ca. 1 mikrofarad (1 μF = 10-6 farad) "siver" denne opbevarede ladning dog hurtigt, bl.a på grund af en indre, elektrisk "utæthed" (kaldet tabsmodstand) i kondensatoren. Men en kondensator på et par tusinde mikrofarad og en lille lommelygte-pære kan man demonstrere den oplagrede elektriske energi ved at koble kondensatoren til pæren, og konstatere at denne lyser op et kort øjeblik: I løbet af det øjeblik "undslipper" elektronerne i den negativt ladede plade ud gennem pærens glødetråd og ind i den positivt ladede plade, og derved udligner forskellen i antallet af frie elektroner i de to plader. For en kort stund tjener kondensatoren altså som en strømkilde der trækker en jævnstrøm igennem pæren.

Kondensatoren og vekselstrømme

Kondensatorens reaktans
En kondensator med elektrisk kapacitet C (målt i farad) vil frembyde en vis reaktans XC (målt i ohm) overfor en vekselstrøm med frekvens f (målt i hertz):




Impedansen Z i en ideel elektrisk kondensator er rent imaginær og negativ, idet

hvor j er den imaginære enhed.

Strømmen fra en vekselstrømskilde skifter retning med en vis frekvens (regelmæssig hyppighed), så hvis man kobler en kondensator til vekselstrømskilden, vil strømkilden "pumpe" frie elektroner føst fra den ene plade til den anden, og øjeblikket efter i den modsatte retning. Så i modsætning til situationen med jævnstrømskilden, bliver en vekselstrømskilde aldrig "færdig" med at fylde den ene og tømme den anden plade i kondensatoren for frie elektroner - selv om der hele tiden løber en vekselstrøm i kredsløbet. Det viser sig at kondensatoren - overfor en vekselstrømskilde - udøvert en slags modstand. Til højre er givet den formelle sammenhæng; reaktansen XC afhænger af to ting:
  • Kondensatorens elektriske kapacitet C
  • Vekselstrømmens frekvens f (det antal gange strømmen skifter retning pr. tidsenhed)
Denne egenskab anvendes i analoge kredsløb; til at filtrere og "sortere" et signal efter frekvenser. Et eksempel er et stereoanlægs knapper for bas og diskant; her anvendes en variabel modstand ("knappen") sammen med en kondensator til at forstærke eller dæmpe enten dybe eller høje toner (hhv. lave og høje frekvenser) mere eller mindre end andre toner/frekvenser.

Mål og egenskaber for kondensatorer

Den elektriske kapacitet for en given kondensator bestemmes af tre faktorer: For at begrænse materialeforbruget søger fabrikanter af kondensatorer bl.a. at gøre afstanden mellem de ledende plader mindst mulig, men et meget tyndt isolerende lag mellem pladerne sætter en græse for hvor store elektriske spændinger (potentialforskelle) der kan være mellem de to plader. Overskrides denne grænse, ioniseres det ellers isolerende materiale, og der opstår en kortslutning mellem de to plader; en "genvej" som den oplagrede elektriske energi straks benytter til at udligne ladningsforskellen. Derved udvikles varme, som kan "sammensvejse" de to ledende plader så der opstår en permanent kortslutning i komponenten.

Kondensatorer leveres i praksis med oplysninger (som evt. kan være påtrykt komponenten, eller angivet ved en farvekode på komponentens ydre) om både kondensatorens elektriske kapacitet, og den maksimale spændingsforskel der må være over tilledningerne - det sidste for at undgå ionisering i, og korslutninger igennem det isolerende dielektrikum.

Forskellige typer kondensatorer

Kondensatorer bruges i elektroniske kredsløb til en lang række forskelligartede formål, i kapaciteter fra omkring en picofarad (1 pF = 10-12 farad) og op til nogle tiendedele farad, og med forskellige spændingsgrænser.

Keramiske kondensatorer

Keramiske kondensatorer har typisk kapaciteter fra 1 picofarad til omkring 100 nanofarad (1 nF = 10-9 farad), og består af to metalskiver forsynet med hver sin tilledning. Disse er adskilt og omgivet af et keramisk materiale, som derved tjener både som det isolerende dielektrikum og som "indpakning" af hensyn til komponentens mekaniske stabilitet.

Da det anvendte keramiske materiale har en høj dielektricitetkonstant, kan denne type kondensator fremstilles med kapaciteter (og spændingsmæssige begrænsning) der er store set i forhold til komponentens rumlige dimensioner og simple konstruktion. Til gengæld varierer det keramiske materiales dielektricitetskonstant (og dermed også kondensatorens elektriske kapacitet) med spændingsforskellen mellem de to ledende plader, hvilket gør keramiske kondensatorer uegnede til visse anvendelser.

Blokkondensatorer

I denne type kondensatorer anvendes strimler af metal- og plastikfolier (to af hver slags, og med metalfolierne forbunder til hver sin tilledning), som er lagt sammen, og derefter viklet eller foldet sammen til en (som regel) firkantet "blok", som rumligt fylder lidt i forhold til sin elektriske kapacitet og spædningsgrænse.
Kondensatorer af denne slags har typisk kapaciteter fra ca. en nanofarad og op til cirka en mikrofarad (1 μF = 10-6 farad).

Elektrolytkondensatorer

Disse kondensatorer leveres typisk med kapaciteter fra lidt under en mikrofarad, og op til nogle tiendedele farad. Her udgøres den ene ledende plade af et stykke sammenrullet folie af aluminium, hvis overflade er blevet ætset ru - dette giver foliet et meget stort overfladeareal. Den ætsede overflade er blevet behandlet med ilt, så de yderste aluminiumatomer i foliet er gået i kemisk forbindelse med ilten og derved danner et isolerende og mikrometertyndt lag af aluminiumilte.

Den anden "plade" udgøres af en elektrisk ledende "pasta", som omgiver det sammenrullede folie og "trænger ned" i alle de ætsede fordybninger og ujævnheder i foliet, og derved danner en elektrisk leder med omtrent samme (store) areal som foliets.

Pasta og folie er i praksis "emballeret" i en lille cylindrisk beholder af aluminium, som samtidig udgør den ene af kondensatorens to tilledninger.

Det store areal og det mikrometer-tynde dielektrikum af aluminiumilte giver elektrolytkondensatoren en meget stor elektrisk kapacitet i forhold til det rumfang komponenten optager. Til gengæld er der også nogle ulemper ved elektrolytkondensatorer:

  • Det meget tynde dielektrikum (laget af aluminiumilte) gør, at elektrolykondensatorer højest kan indrettes til at tåle nogle få hundrede volt, mens andre kondensatortyper kan laves til at klare adskillige tusinde volt.
  • Spændingen over kondensatoren skal altid være polariseret sådan, at det ætsede folie er positivt ladet i forhold til den ydre aluminiumsbeholder og den mellemliggende, ledende pasta. Ved modsat polarisering ødelægges det tynde lag af aluminiumilte ad galvanisk vej, indtil der opstår en kortslutning mellem pastaen og aluminiumsfolien. Og da elektrolytkondensatorer netop har relativt store elektriske kapaciteter, er det betydelige mængder af elektrisk energi der "slipper igennem" en sådan kortslutning. Derved omsættes den evt. lagrede elektriske energi til varme, som kan få trykket i pastaen til at sprænge komponentens ydre indpakning.
  • Da foliet er viklet sammen, fungerer det i sig selv (utilsigtet) som en spole, om end en spole med meget lille selvinduktion. Så længe kondensatoren bruges til at behandle enten jævnstrøm eller vekselstrøm med lave frekvenser er dette ikke noget problem, men ved frekvenser over nogle hundrede kilohertz begynder virkningen af denne spole at vise sig som en "dårlig forbindelse" til anode-foliet.

Tantal-elektrolytkondensatorer

Tantal-elektrolytkondensatorer benytter en teknik svarende til de "almindelige" elektrolytkondensatorer nævnt ovenfor, blot baseret på grundstoffet tantal. Med denne teknik kan man have samme elektriske kapacitet og spændingsgrænse indenfor mindre rumlige dimensioner. Desuden begynder problemerne som følge af selvinduktion først at vise sig ved højere frekvenser end for de almindelige elektrolytkondensatorer.

Variable kondensatorer

Kondensatorer fås også i variable udgaver. F.eks. med isolationmateriale af luft, folie eller keramik.

Se også

Eksterne henvisninger


Denne artikel var dagens artikel den 14. september 2004.



Denne artikel er fra Wikipedia. Læs artiklen hos Wikipedia.





Boligstedet.dk
Boligsite med dagligt opdaterede boligannoncer med lejeboliger i hele landet.
Lejebolig i Aarhus
Lejebolig i København
Lejebolig i Odense
Lejebolig i Aalborg
Rejseforsikringer
Husk at kontrollere din rejseforsikring inden du tager ud at rejse. Læs mere på: Rejseforsikring
Bilforsikringer
Sammenlign bilforsikringer og find information om forsikringer til din bil på: Bilforsikring
Varmepumpepuljen
Varmepumpepulje åbner i 2023. Få tilskud til varmepumpe. Varmepumpepuljen


Denne artikel er fra Wikipedia. Denne hjemmeside tager ikke resourcer fra Wikipedias hardware. Netleksikon.dk støtter Wikipedia projektet finansielt. Indholdet er udgivet under GNU Free Documentation License. Kontakt Netleksikon, hvis ophavsretten er krænket.