Kondenzator je elektronička komponenta koja se koristi za pohranjivanje električnog naboja. Sastoji se od dvije provodne ploče, poznate kao elektrode, koje su odvojene dielektričkim materijalom.
Dielektrični materijal može biti izolator, što znači da ne provodi električnu struju. Kada se napuni, kondenzator ima potencijal za pohranjivanje električne energije koja se može osloboditi kasnije.
Kondenzatori dolaze u različitim oblicima i veličinama, a njihova sposobnost pohranjivanja naboja mjeri se kapacitetom, izraženim u faradima (F). Kapacitet kondenzatora ovisi o površini elektroda, udaljenosti između elektroda i dielektricnom materijalu.
Koriste se u različitim električnim i elektroničkim uređajima, kao što su filtri, oscilatori, napajanja, audio uređaji, komunikacijska oprema i mnogi drugi elektronički sklopovi. Osim toga, koriste se i u električnoj industriji za kompenzaciju reaktivne snage, poboljšanje faktora snage i stabilizaciju električnih mreža.
Mala povijest kondenzatora
Najpoznatiji kondenzator vjerojatno je “Leydenova posuda” ili “Leydenova boca”. Leydenova posuda bila je jedan od prvih kondenzatora koji je osmišljen i konstruiran početkom 18. stoljeća.
Leydenova posuda ima oblik staklene ili metalne posude s unutarnjim i vanjskim provodnim slojem, a između njih je postavljen dielektrični materijal, poput stakla ili vlažnog papira. Ova konfiguracija omogućuje pohranu električnog naboja na unutarnjem i vanjskom sloju kondenzatora.
Ona je bila ključni element u eksperimentima s elektricitetom, posebice u poznatom eksperimentu s munjom koje su proveli Pieter van Musschenbroek i Ewald Georg von Kleist 1745. godine u Leydenu u Nizozemskoj.
U tom eksperimentu, koristili su Leydenovu posudu za akumulaciju električnog naboja. Kada bi zatvorili krug tako da električni napon pređe preko posude, između unutarnjeg i vanjskog sloja, osjećali su snažan električni udar.
Ovaj eksperiment postao je ključan za razumijevanje električnih pojava i dobio je široku pozornost u znanstvenoj zajednici. Leydenova posuda postala je simbol ranog razumijevanja kondenzatora i električnih svojstava.
Iako se više ne koristi u suvremenim elektroničkim uređajima, njezino otkriće i primjena su označili početak istraživanja kondenzatora i osnovnih električnih svojstava, a njeno ime i danas ostaje poznato u povijesti elektrotehnike.
Kako kondenzatori pohranjuju električnu energiju?
Kondenzatori pohranjuju električnu energiju putem nakupljanja električnog naboja na svojim elektrodama.
Kada se kondenzator spoji na izvor napajanja, na primjer, bateriju ili izvor izmjenične struje (AC), elektroni se počinju premještati s jedne elektrode na drugu. Ovaj proces stvara električni napon između elektroda kondenzatora.
Elektrode kondenzatora su odvojene dielektričkim materijalom koji djeluje kao izolator. Dielektrički materijal ne provodi električnu struju, ali može se polarizirati pod utjecajem električnog polja koje stvara napon između elektroda.
Kako se naboj akumulira na elektrodama, potencijalna energija električnog polja u dielektričkom materijalu povećava se, što rezultira pohranom električne energije u kondenzatoru.
Što je kapacitet kondenzatora veći, to će se više naboja moći akumulirati, a stoga će i više električne energije biti pohranjeno.
Važno je napomenuti da kondenzatori se ponašaju kao privremene pohrane električne energije.
Kada se kondenzator isključi iz izvora napajanja, naboju ostaje na elektrodama zahvaljujući izolacijskim svojstvima dielektričkog materijala.
Međutim, s vremenom, ovisno o svojstvima dielektrika i drugim faktorima, neizbježni gubici mogu uzrokovati postupno pražnjenje kondenzatora.
Kondenzatori se koriste u mnogim aplikacijama gdje je potrebno privremeno pohranjivanje električne energije, kao i za filtriranje, regulaciju i prigušenje signala u elektroničkim sklopovima.
Upotreba kondenzatora u svakodnevnom životu
Kondenzatori su široko rasprostranjena električna komponenta koja se koristi u različitim uređajima i aplikacijama u našem svakodnevnom životu.
Oni su sastavni dijelovi električnih uređaja koje koristimo kod kuće, uključujući televizore, računala, mobitele, prijenosna računala, audio sustave, igraće konzole itd. Koriste se za filtriranje napajanja, skladištenje energije i stabilizaciju napona. Nerijetko ćete ih pronaći na matičnim pločama.
Kondenzator se koristi u klima uređajima i hladnjacima kako bi se pohranila i oslobodila energija potrebna za stvaranje hladnog zraka u sustavima za hlađenje.
Nalazi se i u bljeskalicama fotoaparata kako bi generirao kratkotrajno visokoenergetsko svjetlo za osvjetljavanje scene pri fotografiranju u uvjetima slabog osvjetljenja.
Mnogi električni alati, poput akumulatorskih bušilica i brusilica, koriste kondenzator za pohranu energije i osiguranje pravilnog napajanja u trenucima kada je potrebna veća snaga.
U automobilima i električnim vozilima, kondenzatori se koriste za pohranu i oslobađanje električne energije tijekom kočenja (regenerativno kočenje) i ubrzanja kako bi se poboljšala energetska učinkovitost i osigurala veća snaga kad je potrebno.
Oni se koriste i u napajanjima i punjačima za glađenje izmjenične struje i osiguravanje stabilnog istosmjernog napona potrebnog za punjenje baterija i napajanje uređaja.
Kratki vodič o vrstama kondenzatora i njihovoj primjeni
Kondenzatori dolaze u različitim oblicima i vrstama, a svaki od njih ima specifične karakteristike koje ih čine prikladnima za određene primjene.
1. Elektrolitski kondenzator
– Ima polaritet (pozitivnu i negativnu stranu) i veći kapacitet.
– Primjenjuje se u elektroničkim uređajima kao što su napajanja, filtri i oscilatori.
2. Keramički kondenzator
– Ima dobar raspon vrijednosti kapaciteta i brz je.
– Često se koristi za filtriranje i prigušenje u elektroničkim sklopovima.
3. Tantalov kondenzator
– Visoka stabilnost i kapacitet u odnosu na veličinu.
– Koristi se u uređajima s visokom pouzdanošću, poput medicinskih uređaja i vojne opreme.
4. Polipropilenski i poliesterski kondenzatori
– Dobri su za visokofrekventne primjene i audio sustave.
– Koriste se u zvučnicima, audio pojačalima i filterima.
5. Trimeri
– Promjenjivi kondenzatori čiji se kapacitet može podešavati.
– Primjenjuju se u radiofrekvencijskim sklopovima i oscilatorima.
6. Papirni kondenzator
– Danas se manje koristi, ali se može pronaći u starijim uređajima.
7. Superkondenzator
– Ima iznimno visoki kapacitet i brzo punjenje/pražnjenje.
– Koristi se u situacijama kada je potrebno brzo oslobađanje velike količine energije, poput regenerativnog kočenja u električnim vozilima.
Kada se bira kondenzator za neki projekt, važno je uzeti u obzir parametre poput kapaciteta, radnog napona, tolerancije, temperature okoline i frekvencije rada. Pravilan odabir kondenzatora ključan je za pouzdanost i performanse elektroničkih sklopova.
Kondenzatori u električnim vozilima
Kondenzatori imaju važnu ulogu u električnim vozilima, gdje igraju značajnu ulogu u upravljanju energijom i poboljšanju učinkovitosti.
U električnim vozilima, kondenzatori se često koriste kao superkondenzatori, koji imaju iznimno visoki kapacitet i brzu mogućnost punjenja i pražnjenja.
Oni se koriste za pohranu energije koja se oslobađa tijekom regenerativnog kočenja. Kada vozač usporava ili koči električno vozilo, električni motor može djelovati kao generator i pretvarati kinetičku energiju u električnu energiju.
Umjesto da ta energija bude nepovratno izgubljena, može se pohraniti u superkondenzatorima. Kasnije se ta pohranjena energija može ponovno iskoristiti za ubrzanje vozila, što pomaže u povećanju ukupne učinkovitosti i dometu vozila.
Kondenzator može osigurati kratkotrajni “boost” snage kada je potrebno brzo ubrzanje vozila ili kada su trenutno potrebni visoki zahtjevi snage. Superkondenzatori imaju sposobnost brzog punjenja i pražnjenja, što omogućuje isporuku velike količine energije u kratkom vremenu.
Često se koriste za poboljšanje upravljanja baterijskim sustavima električnih vozila. Pohranjivanje energije u kondenzatorima može pomoći u rješavanju problema visokog opterećenja baterijskih ćelija tijekom brzog punjenja i pražnjenja, što može produžiti životni vijek baterija.
Kondenzatori se mogu koristiti za stabilizaciju električnih napona u električnim vozilima, smanjenje šumova i interferencije te osiguranje stabilnog napajanja za različite električne komponente i sustave.
Kombinacija superkondenzatora i litij-ionskih baterija u električnim vozilima omogućuje postizanje optimalne ravnoteže između visokih zahtjeva snage i veće gustoće energije za duži domet.
