コンデンサは、エネルギーを電荷の形で保存するために使用される電子デバイスであり、電源が切り離された後、エネルギーまたは電荷を供給するために将来必要になったときに使用できます。これらのコンデンサを含め、コンピュータ、ラジオ、テレビなどと同様に、さまざまな種類の電化製品で使用されています。
さらに、回路内にエネルギーを一時的に蓄え、必要なときにいつでもエネルギーを供給することができます。また、コンデンサにエネルギーを蓄える性質を静電容量といいます。
原則の説明
コンデンサは、わずかな距離で分離された 2 つの導体で構成されます。さらに、導体がバッテリーなどの充電装置に接続されている場合、電荷は1つの導体から別の導体に移動し、等しいが反対の電荷による導体間の電位差が充電間の電位差と等しくなるまで、デバイスの端末。
ただし、各導体に収集される電荷の量は電圧に正比例し、比例定数は静電容量と呼ばれます。また、代数的には =– Q =CΔV と書きます。電荷「C」はクーロンの単位で測定されます。さらに、コンデンサはデバイスですが、静電容量はデバイスの特性です。
コンデンサ導出の充電と放電
コンデンサの充電および放電は、コンデンサの充電または放電の速度を制御および予測する能力であり、電子タイミング回路で有用であるため、不可欠です。電圧がコンデンサの両端に印加され、電位がすぐに印加された値まで上昇できない場合に発生します。ただし、端末による電荷が最大値まで蓄積されるため、それ以上の電荷加算には抵抗しがちです。
したがって、コンデンサの充電速度または放電速度が依存する要因は次のとおりです。
- コンデンサの容量
- 充電または放電に使用される回路の抵抗
容器に液体を注ぐと、液体のレベルが上がり続けます。同じように、導体に電荷を与えると、その電位は上昇し続けます。したがって:
チャージ「Q」 ∝ ポテンシャル「V」
または
Q =履歴書…(1)
ここで、「C」は比例定数であり、導体の静電容量または容量として知られています。
式から…(1):
C =Q/V…(2)
したがって、導体の静電容量は、導体の電位に対する導体の電荷の割合として定義されます。
「C」の値は、次の要因によって異なります:
- 導体のサイズと形状
- 指揮者を取り巻く媒質の性質
- 隣接する突撃の場所
ただし、導体の材質には依存しません。さらに、式 (1) から、結果として「V」=1 とします。
Q =C または C =Q
したがって、導体の静電容量は、単位の助けを借りてその電位を高めるために必要な電荷の量または量と数値的に等価です。さらに、静電容量の cgs 単位は、静電容量の esu または stat ファラッド、つまり st F として知られています。
ここで、
1 スタット ファラド =1 スタット クーロン/1 スタット ボルト
導体の静電容量は、1 スタット クーロンの電荷が与えられたときにその電位が 1 スタット ボルトで増加する場合、1 スタット ファラッドと呼ばれます。さらに、静電容量の SI 単位はファラッド、つまり F として知られています。
式から…(2):
1 ファラッド「F」 =1 クーロン「C」/1 ボルト「V」
コンデンサの充電
RC 充電回路を構成する抵抗器「R」を含むコンデンサ「C」を順番に取り、スイッチを介して DC バッテリー「Vs」の電源に接続します。
ここで、「t」=0 の特定の時間に、スイッチがオンになり、コンデンサが完全に充電されます。これらは回路の開始状況であるため、't' =0、i =0、および q =0 です。このとき、スイッチをオフにすると、時間は 't' =0 から始まり、電流が抵抗器を通ってコンデンサに流れ始め、コンデンサに電荷が蓄積し始めます。
コンデンサ両端の始動時の電圧は「0」、つまり「t」=0 で Vc =0 であるため、コンデンサは抵抗器、つまり「R」のみを介して衝突する短絡状態にあります。さらに、キルヒホッフの電圧の法則、つまり KVL を使用すると、回路周辺の電圧降下は次のように与えられます。
その結果、回路内を流れる電流は充電電流と呼ばれ、「i」=Vs/R であるため、オームの法則を使用して決定されます。
次に、
Vs – Ri(t) – Vc(t) =0
容量性デバイスのプレートは、それらの両端の電圧が増加するにつれて充電を開始します。コンデンサが最大出力の 63% に達するためには、1 回の時定数 (タウ) を充電するのに 1 ラウンドかかります。
コンデンサは充電を続け、コンデンサ間の電圧差を減らします。また、回路電流も減少します。
コンデンサが充電されているという事実にもかかわらず、Vs と Vc の間の電圧差は減少しています。その結果、回路電流も減少します。完全に充電されたコンデンサは、t =∞、I =0、q =Q =CV で、条件が 5T より大きいコンデンサです。無限の時間が経過すると、充電電流はゼロになります。 Vc =Vs がコンデンサの両端の供給電圧になり、完全に開回路になります。
コンデンサの充電時間 (1T) は記号 RC で表されます (時定数は単に充電率を定義するだけで、R はファラッドで、C はファラッドです)。
コンデンサの両端の電圧 (Vc) は、式 Vc =Q/C を使用して、充電プロセスのどの段階でも計算できます。これは、電圧 V がコンデンサの電荷に関連付けられていることを示しています。
Vc=Vs(1-e-t/RC)
場所:
コンデンサの両端の電圧は Vc です。
供給電圧は Vs です。
供給電圧が印加されてからの時間は t です。
時定数は RC です。
4 時定数充電回路と同様に、この RC 充電回路のコンデンサは一定時間 (4T) 後にほぼ完全に充電されます。コンデンサの両端の電圧は、その最大値の約 98%、つまり 0.98Vs (ボルト/秒) です。この 4T の段階で、コンデンサの過渡期間は終了します。コンデンサ両端の電圧 (Vc) が電源電圧 (Vs) と等しくなると、コンデンサは 5T (Vs) 後に完全に充電されたと見なされます。コンデンサが完全に充電されるとすぐに、回路は遮断されます。定常状態期間は 5T 後に始まります。
コンデンサの放電
コンデンサが放電されると、コンデンサに含まれる電荷が放出されます。放電したコンデンサの例を見てみましょう。
抵抗 R オームの抵抗器と直列に、容量 C ファラッドの充電済みコンデンサを接続します。次に、デモンストレーションのように、コンデンサを解放するプッシュ スイッチをオンにして、この直列の組み合わせを短絡します。
コンデンサは、短絡するとすぐに放電を開始します。
コンデンサが完全に充電されたときの電圧が V ボルトであると仮定します。回路の放電電流は、コンデンサが短絡するとすぐに - V / R アンペアになります。
ただし、回路が t =+0 でオンになった後、回路を流れる電流は次のようになります。
i=Cdv/dt
コンデンサの充放電速度が速いほど、抵抗または静電容量が小さくなり、時定数が小さくなり、逆もまた同様です。ほとんどすべての電気機器にはコンデンサが含まれています。電源として使用できます。コンデンサーの放電と充電の例は、エネルギーを蓄え、フラッシュ中に素早く放出するフォトフラッシュ ユニットのコンデンサーです。
結論
コンデンサは、本質的に受動的であり、電界内のエネルギーを収集し、必要なたびにエネルギーを回路に送り返すデバイスと呼ばれます。さらに、放電時または充電時に誘電体の助けを借りて電流が流れません。ただし、この場合の漏れ電流は例外です。
