кондензатор(от лат. condensare- „компактен”, „уплътнен” или от лат. кондензация- „натрупване“) - двутерминална мрежа с определена или променлива стойност на капацитета и ниска проводимост; устройство за акумулиране на заряд и енергия на електрическо поле.
Кондензаторът е пасивен електронен компонент. В най-простата си форма, дизайнът се състои от два пластинчати електрода (нар облицовки), разделени от диелектрик, чиято дебелина е малка в сравнение с размерите на плочите (виж фиг.). Практически използваните кондензатори имат много диелектрични слоеве и многослойни електроди, или ленти от редуващи се диелектрик и електроди, навити в цилиндър или паралелепипед със заоблени четири ръба (поради намотка).
Кондензатор във веригата постоянен токможе да провежда ток в момента, в който е свързан към веригата (кондензаторът се зарежда или презарежда), в края на процеса на преход токът не протича през кондензатора, тъй като неговите плочи са разделени от диелектрик. Във веригата променлив токтой провежда колебания на променлив ток чрез циклично презареждане на кондензатора, затваряйки се с така наречения ток на отклонение.
При метода на хидравличната аналогия кондензаторът е гъвкава мембрана, вкарана в тръба. Анимацията показва разтягане и свиване на мембрана под действието на воден поток, което е подобно на зареждането и разреждането на кондензатор под въздействието на електрически ток.
От гледна точка на метода на сложните амплитуди, кондензаторът има сложен импеданс
,
Където j - въображаема единица, ω - циклична честота ( rad/s) протичащ синусоидален ток, е - честота в Hz, ° С - капацитет на кондензатора ( фарад). От това следва също, че реактивното съпротивление на кондензатора е: За DC честотата е нула, следователно реактивното съпротивление на кондензатора е безкрайно (в идеалния случай).
Резонансната честота на кондензатора е
В f > fp Кондензаторът в AC верига се държи като индуктор. Ето защо е препоръчително да използвате кондензатора само на честоти е< f p където съпротивлението му е капацитивно. Обикновено максималната работна честота на кондензатора е около 2-3 пъти по-ниска от резонансната.
Кондензаторът може да съхранява електрическа енергия. Енергия на зареден кондензатор:
където У - напрежение (потенциална разлика), до което е зареден кондензаторът, и q - електрически заряд.
Обозначаване на кондензаторите на диаграмите. В Русия графичните символи на кондензаторите на диаграмите трябва да отговарят на GOST 2.728-74] или на международния стандарт IEEE 315-1975:
На схемите на електрически вериги номиналният капацитет на кондензаторите обикновено се посочва в микрофаради (1 μF = 1 10 6 pF = 1 10 -6 F) и пикофаради, но често в нанофаради (1 nF = 1 10 -9 F) . С капацитет не повече от 0,01 μF, капацитетът на кондензатора е посочен в пикофаради, докато е разрешено да не се посочва мерната единица, тоест постфиксът „pF“ се пропуска. Когато определяте номиналния капацитет в други единици, посочете мерната единица. За електролитни кондензатори, както и за високоволтови кондензатори в диаграмите, след обозначаване на номиналния капацитет, тяхното максимално работно напрежение се посочва във волтове (V) или киловолтове (kV). Например: "10uF x 10V". За променливи кондензаторипосочете диапазона на промяна на капацитета, например: "10 - 180". В момента кондензаторите с номинален капацитет се произвеждат от десетични логаритмични серии от стойности E3, E6, E12, E24, тоест има 3, 6, 12, 24 стойности на десетилетие, така че стойностите със съответния толеранс (разпръскване) покриват цялото десетилетие.
Характеристики на кондензаторите
Основни параметри КапацитетОсновната характеристика на кондензатора е неговата капацитетхарактеризиращ способността на кондензатора да съхранява електрически заряд. Стойността на номиналния капацитет се появява в обозначението на кондензатора, докато действителният капацитет може да варира значително в зависимост от много фактори. Действителният капацитет на кондензатора определя неговите електрически свойства. Така че, по дефиниция на капацитета, зарядът на плочата е пропорционален на напрежението между плочите ( q=CU). Типичните стойности на капацитета варират от пикофаради до хиляди микрофаради. Има обаче кондензатори (йонистори) с капацитет до десетки фаради.
Капацитет плосък кондензатор, състояща се от две успоредни метални пластини с площ Свсеки се намира на разстояние дедин от друг, в системата SI се изразява с формулата: Тази формула е валидна само когато дмного по-малки от линейните размери на плочите.
За да се получи голям капацитет, кондензаторите са свързани паралелно. В този случай напрежението между плочите на всички кондензатори е еднакво. Общ капацитет на батерията успоредносвързани кондензатори е равен на сумата от капацитетите на всички кондензатори, включени в батерията.
Ако всички паралелно свързани кондензатори имат еднакво разстояние между плочите и свойствата на диелектрика, тогава тези кондензатори могат да бъдат представени като един голям кондензатор, разделен на фрагменти с по-малка площ.
Когато кондензаторите са свързани последователно, зарядите на всички кондензатори са еднакви, тъй като те се подават от източника на енергия само към външните електроди, а на вътрешните електроди се получават само поради разделянето на зарядите, които преди това неутрализират един друг . Общ капацитет на батерията последователносвързани кондензатори е
Или 
Този капацитет винаги е по-малък от минималния капацитет на кондензатора, включен в батерията. Въпреки това, когато са свързани последователно, възможността за повреда на кондензаторите е намалена, тъй като всеки кондензатор представлява само част от потенциалната разлика на източника на напрежение.
Ако площта на плочите на всички кондензатори, свързани последователно, е една и съща, тогава тези кондензатори могат да бъдат представени като един голям кондензатор, между чиито плочи има купчина диелектрични плочи на всички кондензатори, които го съставят.
Специфичен капацитетКондензаторите също се характеризират със специфичен капацитет - съотношението на капацитета към обема (или масата) на диелектрика. Максималната стойност на специфичния капацитет се постига при минималната дебелина на диелектрика, но това намалява напрежението на пробив.
Енергийна плътностЕнергийна плътност електролитен кондензаторзависи от дизайна. Максималната плътност се достига при големи кондензатори, където масата на тялото е малка в сравнение с масата на плочите и електролита. Например, за кондензатор EPCOS B4345 с капацитет от 12 000 uF, максимално допустимо напрежение 450 V и маса 1,9 kg, енергийната плътност при максимално напрежение е 639 J / kg или 845 J / l. Този параметър е особено важен, когато се използва кондензатор като устройство за съхранение на енергия, последвано от незабавното му освобождаване, например в пистолет на Гаус.
Взаимен електрически капацитет. Кондензатори. Нека в близост до заредения проводник А има незаредени проводници или диелектрици. Под действието на полето на проводника А в тела 1 и 2 възникват индуцирани (ако 1 и 2 проводници) или свързани (ако диелектрици) заряди, а зарядите с противоположен знак ще бъдат разположени по-близо до А (фиг. 1.25). Индуцираните (или свързани) заряди създават собствено поле в обратна посока, което отслабва полето на проводника А, намалявайки неговия потенциал и увеличавайки електрическия му капацитет.
На практика има нужда от устройства, които при относително малък потенциал биха акумулирали (кондензират) значителни заряди върху себе си. Такива устройства, наречени кондензатори, се основават на факта, че капацитетът на проводника се увеличава с приближаването на други тела към него. Най-простият плосък кондензатор се състои от два близко разположени проводника, заредени с еднакви и противоположни заряди. Проводниците, образуващи тази система, се наричат плочи.
За да може полето, създадено от заредените пластини, да бъде напълно концентрирано вътре в кондензатора, плочите трябва да бъдат под формата на две близко разположени плочи, или коаксиални цилиндри, или концентрични сфери. Съответно кондензаторите се наричат плоски, цилиндрични или сферични.
Потенциалната разлика между плочите е пропорционална на абсолютната стойност на заряда на плочата. Следователно съотношението е постоянна стойност за конкретен кондензатор. Означава се C и се нарича взаимен електрически капацитет на проводниците или капацитет на кондензатора. Капацитетът на кондензатора е числено равен на заряда, който трябва да се прехвърли от една кондензаторна плоча на друга, за да се промени потенциалната им разлика с единица.
Потенциалната разлика на плосък кондензатор е равна на 
, където е повърхностната плътност на заряда на плочата.
S е площта на облицовката на кондензатора .. Оттук и капацитетът на плосък кондензатор. От тази формула следва, че C на плосък кондензатор зависи от неговите геометрични размери, т.е. на S и d, и диелектричната проницаемост на диелектрика, запълващ междупланарното пространство. Използването на фероелектрици като слой значително увеличава капацитета на кондензатора, т.к. e за тях достига много големи стойности. При много силни полета (от порядъка на E pr "10 7 V / m) диелектрикът се разрушава или "пробива", той престава да бъде изолатор и се превръща в проводник. Това "напрежение на пробив" зависи от формата на плочите, свойствата на диелектрика и неговата дебелина.
За да се получат устройства с различен електрически капацитет, кондензаторите се свързват паралелно и последователно.
Плосък кондензатор се състои от две успоредни пластини, разделени от малка междина, пълна с хомогенен диелектрик.
Знаем, че полето между две противоположно заредени плочи със същата повърхностна плътност е, където S е площта на всяка плоча. Напрежение между плочите:
Използвайки дефиницията на капацитета на кондензатор, получаваме:
Имайте предвид, че получената формула е приблизителна, тъй като е получена без да се отчита изкривяването на полето в краищата на плочите. Изчисляването по тази формула дава надценена стойност на капацитета и колкото по-точно, толкова по-малка е разликата в сравнение с линейните размери на плочите.
капацитет на сферичен кондензатор.
Сферичният кондензатор е система от две концентрични сфери с радиуси u. Електрическото поле между плочите на сферичен кондензатор съгласно теоремата на Гаус се определя от заряда на вътрешната сфера. Напрежението между плочите е: 
.
За капацитета на сферичен кондензатор получаваме:
Това е точната формула.
Ако , получената формула се превръща в израз за капацитета на плосък кондензатор.
Капацитет на цилиндричен кондензатор.
Цилиндричният кондензатор е система от два коаксиални цилиндъра с радиуси и дължина.
Аргументирайки подобно на извличането на капацитета на сферичен кондензатор, получаваме:
..
Получената формула е приблизителна и с малка разлика влиза във формулата за капацитета на плосък кондензатор.
Свързване на кондензатори.
На практика, за да се получат необходимите стойности на капацитета, се използват кондензаторни връзки: а) последователни, б) успоредни, в) смесени (виж фигурата).
Капацитетът на последователното свързване на кондензатори.
Зарядите на последователно свързаните кондензатори са равни, а напрежението на батерията. От определението за капацитет следва:
Ако , тогава (капацитетът на серийната връзка е по-малък от най-малкия капацитет в последователната връзка).
За кондензатори, свързани последователно, капацитетът се изчислява по формулата:
Капацитет на паралелно свързване на кондензатори.
Зарядът на батерията е равен на сумата от зарядите:
и напрежение. По дефиниция на капацитета получаваме:
За паралелно свързани кондензатори:
В случай на идентични кондензатори: .
Оценете капацитета на батерията (вижте фигурата). 
Използвайки свойството infinity, можете да представите веригата като връзка (вижте фигурата).
За да изчислим капацитета на батерията, получаваме:
От:, от тогава.
Лекция 7
Диелектрици в електрическо поле.
Диелектриците (изолатори) са вещества, които не провеждат постоянен електрически ток. Това означава, че в диелектриците няма "свободни" заряди, способни да се движат на значителни разстояния.
Диелектриците се състоят или от неутрални молекули, или от йони, разположени във възлите на кристалната решетка. Самите молекули могат да бъдат полярнии неполярни.Полярните молекули имат диполен момент, а неполярните имат диполен момент, равен на нула.
Поляризация.
Диелектриците са поляризирани в електрическо поле. Това явление е свързано с появата в обема и на повърхността на диелектрика " свързани" обвинения. В този случай крайният обем на диелектрика придобива диполен момент. Механизмът на поляризация е свързан със специфичната структура на диелектрика. Ако диелектрикът се състои от неполярни молекули, то във всяка молекула има изместване на заряди - положителни в полето, отрицателни спрямо полето, т.е. молекулите придобиват диполен момент. В диелектрик с полярни молекули при липса на външно електрическо поле техните диполни моменти са произволно ориентирани.
Под действието на електрическо поле диполите са ориентирани предимно в посоката на полето. Нека разгледаме този механизъм по-подробно (виж фигурата). Двойка сили създава въртящ момент, равен на, където е диполният момент на молекулата. Този момент има тенденция да ориентира дипола по протежение на полето. В йонните кристали под действието на електрическо поле всички положителни йони се изместват по протежение на полето, отрицателните - срещу полето. Имайте предвид, че изместванията на заряда са много малки дори в сравнение с размера на молекулите. Това се дължи на факта, че силата на външното електрическо поле обикновено е много по-малка от силата на вътрешните електрически полета в молекулите. 
Имайте предвид, че има диелектрици, които са поляризирани дори при липса на външно поле (електрети, фероелектрици). Ще се съсредоточим върху разглеждането само на хомогенни диелектрици, в които няма остатъчна поляризация, а обемът и "свързаният" заряд винаги са равни на нула.
Обмисли самотен проводник, т.е. проводник, който е отдалечен от други проводници, тела и заряди. Неговият потенциал е право пропорционален на заряда на проводника. От опита следва, че различните проводници, като са еднакво заредени, приемат различни потенциали. Следователно за самотен проводник можем да пишем
Стойност (8.11.1.)
Наречен електрически капацитет(или просто капацитет) на самотен проводник.
Капацитетът на единичен проводник се определя от заряда, чието съобщение до проводника променя потенциала му с единица.
Капацитетът на проводника зависи от неговия размер и форма, но не зависи от материала, агрегатното състояние, формата и размера на кухините вътре в проводника. Това се дължи на факта, че излишните заряди се разпределят по външната повърхност на проводника. Капацитетът също не зависи от заряда на проводника, нито от неговия потенциал.
Единица за измерване на електрически капацитет - фарад(F): 1 F е капацитетът на такъв самотен проводник, чийто потенциал се променя с 1 V, когато му се придаде заряд от 1 C.
Съгласно формулата, потенциалът на единична топка с радиус R, разположена в хомогенна среда с проницаемост, е равно на
Използвайки формула (8.11.1.), получаваме, че капацитетът на топката
За да има един проводник с голям капацитет, той трябва да е много голям. На практика обаче са необходими устройства, които с малки размери и малки потенциали спрямо околните тела могат да натрупват значителни заряди, с други думи, да имат голям капацитет. Тези устройства се наричат кондензатори.
Ако други тела се приближат до зареден проводник, тогава върху тях възникват индуцирани (върху проводник) или свързани (върху диелектрик) заряди и зарядите с противоположен знак ще бъдат най-близо до индуциращия заряд q. Тези заряди, разбира се, отслабват полето, създадено от заряда q, т.е. намалява потенциала на проводника, което води (виж (8.11.1.)) до увеличаване на електрическия му капацитет.
кондензатор- устройство, състоящо се от два проводника (плочи), разделени от диелектрик.
Капацитетът на кондензатора не трябва да се влияе от околните тела, така че проводниците са оформени така, че полето, създадено от натрупаните заряди, се концентрира в тясна междина между плочите на кондензатора. Това условие се изпълнява от: 1) две плоски плочи; 2) два коаксиални цилиндъра; 3) две концентрични сфери. Следователно, в зависимост от формата на плочите, кондензаторите се разделят на плосък, цилиндричени сферична.
Капацитет на кондензатора -това е физическа величина, равна на съотношението на заряда q на една от плочите към потенциалната разлика () между нейните пластини:
Изчисляваме капацитета на плосък кондензатор, състоящ се от две успоредни метални пластини с площ S всяка, разположени на разстояние d една от друга и имащи заряди +q и -q. Ако разстоянието между плочите е малко в сравнение с техните линейни размери, тогава ефектите на ръба могат да бъдат пренебрегнати и полето между плочите може да се счита за равномерно. Може да се изчисли по формули (8.3.7) и (8.11.4.). При наличието на диелектрик между плочите, потенциалната разлика между тях:
къде е проницаемостта.
Тогава от формулата (8.11.4.), замествайки q=, като вземем предвид (8.11.5.), получаваме израз за капацитета на плосък кондензатор:
За да определим капацитета на цилиндричен кондензатор, състоящ се от два кухи коаксиални цилиндъра с радиуси и ( > ), вмъкнати един в друг, отново пренебрегвайки ръбовите ефекти, считаме полето за радиално симетрично и концентрирано между цилиндричните пластини. Потенциалната разлика между плочите се изчислява по формулата за полето на равномерно зареден безкраен цилиндър с линейна плътност (l е дължината на плочите). Като се вземе предвид наличието на диелектрик между плочите Замествайки (8.11.9.) В (8.11.4.), получаваме
тези. когато кондензаторите са свързани последователно, реципрочните стойности на капацитетите се сумират. По този начин, когато кондензаторите са свързани последователно, полученият капацитет C винаги е по-малък от най-малкия капацитет, използван в батерията.