Miért van kondenzátor egyenáramú áramkörben is?

"A kondiba folynak be egyik oldalon a +, másikon a - töltések ,amíg meg nem telik, onnantól kész, vége. Aztán amikor a két kimenetén előjelet vált a feszültség, akkor meg kifolyik."

Nem tudnak "+" és "-" töltések folyni, mert csak az elektron mozog, ahonnan eljön, ott elektron hiány lesz és az lesz a "+".

Müller Ottó – A kis elektrotechnikus (1943)

Egészen különös elektromos készülékkel fogunk most megismerkedni, mely a modern elektrotechnikában nélkülözhetetlen szerepet játszik. Felfedezése visszanyúlik az elektromosság őskorába, mert a kondenzátor őse nem más, mint a leideni palack. Szerkezete tehát elméletileg igen egyszerű: balról és jobbról egy-egy fém-lemez, a kettő között pedig levegő.

Condonsare – latinul annyit tesz, mint sűríteni. A kondenzátor a belevezetett áramot összesűríti. Kapcsoljunk pl. egy kondenzátort az egyenáramú áramforrás két sarkára úgy, hogy lámpát iktatunk közbe. Ha most az áramkört zárjuk, a lámpa pillanatra felvillan, addig, amíg a kondenzátor „feltöltődik”. Ha már tele van, nem folyik több áram és így a lámpa sem éghet. Ha most az áramforrást lekapcsoljuk és a lámpa két sarkát a kondenzátor két lemezével kötjük össze, a töltés kifolyik a kondenzátorból és ismét világításra gerjeszti a lámpát. Természetesen csak egy pillanatra, addig, amíg a töltése tart. Eddig egyszerű folyamat és nem is olyan csodálatos. Csak akkor kezd bonyolulttá válni, ha firtatni kezdjük, hogy tulajdonképpen mi ment itt végbe? Eddigi módszerünk szerint próbáljuk az egész folyamatot a vízről vett hasonlattal szemléltetővé tenni. A laikus ennek alapján a kondenzátort egy víztartályhoz hasonlítaná, melyet megtöltünk vízzel és ezt a töltést azután alkalomadtán hasznosítjuk. Ez a magyarázat azonban nem szabatos.

Az áramforrás ugyanis nem termel elektronokat, hanem csak mozgásba hozza őket. Ha egy kondenzátorra áramforrást kapcsolunk, akkor az egyik lemeztől elvonja az elektronokat és a másik lemezen sűríti őket össze. Az áramforrás kikapcsolásakor ez az állapot továbbra is fennáll. Az elektronok viszont mindenáron kiegyenlítődésre törekszenek. Így keletkezik a két lemez között bizonyos feszültségkülönbség. A vízről vett hasonlatot tehát kissé módosítani kell.

Ábránkon zárt vízrendszert látunk, mely felül egy henger alakú tartályba torkollik. A tartályt rugalmas gumihártya két részre osztja. A vizet pedig alul, a dugattyú segítségével lehet mozgásba hozni. Egyelőre nyugalom van, a hártyára mindkét oldaláról egyenlő nyomás hat és így egyenesen áll. Nyomjuk most be a dugattyút. A hártya egyik oldaláról bizonyos vízmennyiséget kiszívunk, amely ezáltal a másik oldalára nyomódott át. A hártya tehát ki fog dagadni. Állandó vízáramlás nem indulhat meg, ezt a hártya nem engedi. Ha most ilyen állapotban a két csövet lezárnánk és a dugattyú helyére vízikereket tennénk, akkor a hártya rugalmasságánál fogva visszanyomná a túlsúlyban lévő vízmennyiséget és egy pillanatra áramlás indulna meg, mely mozgásba hozná a vízikereket. Az áramlás azonban csak addig tartana, amíg a hártya visszanyerte egyensúlyi helyzetét. Így kell értelmeznünk tehát a kondenzátor működését is. A hasonlat egyúttal módot nyújt további következtetésekre. Nyilvánvaló, hogy minél nagyobb a gumihártyát tartalmazó víztartály, annál nagyobb vízbefogadó képessége, tehát annál tovább tart, amíg megtöltjük. Természetesen ugyanannyival hosszabb ideig tart majd a nyomáskülönbség kiegyenlítődése is és így a vízikerék annál tovább forog. Ugyanez a helyzet a kondenzátoroknál is. Minél nagyobb a két lemez, az ún. „fegyverzetek” felülete, annál nagyobb töltést tud felvenni, annál nagyobb a kapacitása. A kapacitás tehát a kondenzátor egyetlen jellemzője és így részére mértékegységet kellett választani. A kapacitásnak az elektrotechnikában két egysége is van. Nagy kapacitások mérésére a farad-ot (Faraday nevéből rövidítve) használják. Ez azonban csak elméletileg megállapított egység. A gyakorlatban túl nagy lenne, úgyhogy ennek milliomodrészét, a mikrofarad-ot használjuk. Egy mikrofarad kapacitása olyan kondenzátornak van, mely két 1131 négyzetméter területű lemezből áll, 1 cm vastag levegőréteget számítva.

Ez bizony kissé hihetetlenül hangzik, hiszen a rádiókereskedések kirakatában lépten-nyomon kis dobozokat látunk, melyeken 2, 4 vagy éppen 10uF áll (uF, a mikrofarad rövidítése). Ha egy uF-hoz már egy olyan nagy lemezek szükségesek, hogyan férhetnek el olyan kis dobozban nem is beszélve a több uF-os kondenzátorokról?

Ennek megértéséhez már nem vehetjük segítségül a víztartályt, mert itt kifejezetten elektromos sajátságról van szó. A kondenzátor kapacitását ugyanis többszörösére növelhetjük azáltal, hogy a levegő helyett szilárd szigetelő anyagot alkalmazunk. A kondenzátornál ezeket a szigetelő anyagokat dielektrikumnak nevezzük és sűrítőképességük szerint osztályozzuk őket. Minden szigetelőanyagra nézve megállapítottak egy számot, az ún. dielektromos állandót, mely megmondja, hogy az illető anyag hányszor jobb dielektrikum, mint a levegő. Ha pl. üveget teszünk a lemezünk közé, akkor ugyanazon kapacitás eléréséhez már csak a lemezek területének hatodrészére, csillámnál pedig tizedrészére van szükség. Ha ezenkívül a lemezeket ügyesen összehajtogatjuk, már könnyen elérhetjük kis térfogatnál is a nagy kapacitást. A rádiónál használatos blokk-kondenzátorok például úgy készülnek, hogy két igen hosszú alumínium-csík közé valamilyen dielektrikumból készült csíkot helyeznek és az egészet felgöngyölítik, mint a futószőnyeget. Ezután behelyezik abba a bizonyos szögletes fémdobozba és az egészet kitöltik kátránnyal. A dobozon azonban a kapacitáson kívül még egy számot találunk, pl. 700 volt. Ez az ún. próbafeszültséget jelenti, azt a legnagyobb feszültséget, mely mellett a kondenzátor még „nem üt át”.

Ez az átütés bővebb magyarázatot kíván. Ha a víztartálynál a dugattyút egyszer benyomjuk, a hártya kidagad. Ha mégegyszer benyomjuk még jobban kidagad. Ezt azonban nem lehet a végtelenségig fokozni, mert a hártya rugalmasságának határa van és bizonyos nyomásnál azután felmondja a szolgálatot, vagyis átszakad. A nyomáskülönbség ilyenkor az átszakadt hártyán keresztül egyenlítődik ki. Nézzük most már a kondenzátort! Az áramforrás az egyik lemezről elvonja az elektronokat és a másikon sűríti össze őket. Az elektronok kiegyenlítődésre törekszenek és így feszültség keletkezik. A dielektrikum egyelőre szigetel, a feszültség tehát csak akkor egyenlítődik ki, ha a kondenzátort „kisütjük”. Ha azonban a feszültség bizonyos legfelső értéket meghalad, az elektronok kiegyenlítődésére való törekvése oly hatalmassá válik, hogy leugranak a fegyverzetről, óriási sebességgel beleütköznek a szigetelőréteg molekuláiba, azokat széthasítják, elektronokat szabadítanak ki belőlük, a dielektrikum szerkezete összeroppan és vezetővé válik. A kondenzátor átütött, akár el is dobhatjuk.

12-es hozzászólás:

""Ùgy kötöd ahogy akarod.."

Hát elég baj lenne, ha úgy kötném ahogy akarnám. :D

Én úgy kötöm, ahogy kell, és ahogy méreteztem az áramkört.

Integráló tag."

Mit értünk integráló tag alatt? Integrálni az azt jelenti összegezni?