Kondensatoren sind Vorrichtungen, die dazu dienen, elektrische Energie zu speichern und zu speichern. Wenn mehrere Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, nimmt die Gesamtkapazität einer solchen Kombination ab. Dies liegt daran, dass bei einer seriellen Verbindung mit einer Platte ein Kondensator mit einer anderen Platte eines anderen Kondensators verbunden ist. Wenn eine solche Verbindung auftritt, nimmt die Gesamtkapazität ab, da jede Platte durch den Interplattenbehälter elektrisch mit den anderen Platten verbunden wird.
Wenn die Kondensatoren seriell verbunden sind, wird die Gesamtkapazität anhand der Formel berechnet:
C = 1/(1/C1 + 1/C2 + . + 1/Cn), wobei C1, C2, . Cn - Kapazität der zu verbindenden Kondensatoren. Je größer die Kapazität jedes Kondensators ist, desto geringer wird die Gesamtkapazität der Kombination.
Es ist auch wichtig zu beachten, dass die Spannung an jedem in Reihe geschalteten Kondensator gleich und gleich der Spannung der Stromversorgung ist. Dies liegt daran, dass alle in Reihe geschalteten Elemente an einer Kette angeordnet sind.
Die serielle Verbindung von Kondensatoren wird in verschiedenen elektrischen Schaltungen und Vorrichtungen verwendet. Es ermöglicht Ihnen, die elektrischen Parameter der Schaltung zu regulieren und ihren Betrieb zu beeinflussen. Bei der Gestaltung von elektronischen Geräten und Systemen sollten die Merkmale der Wechselwirkung von Kondensatoren in einer seriellen Verbindung berücksichtigt werden und Kondensatoren mit den gewünschten Eigenschaften ausgewählt werden.
Serielle Kondensatorverbindung
Wenn die Kondensatoren seriell verbunden sind, stapeln sich ihre Kapazitäten. Das heißt, die Gesamtkapazität der Verbindung entspricht der Summe der Kapazitäten jedes Kondensators:
In diesem Fall ist die Ladung an jedem Kondensator gleich, da sie in Reihe geschaltet sind. Der Wert der Ladung an jedem Kondensator wird durch die Formel bestimmt:
Q = Callgemein * U
wo Q - Ladung, Callgemein - Gesamtanschlusskapazität, U - spannung am Kondensator.
Außerdem wird die Potentialdifferenz (Spannung) an jedem Kondensator unterschiedlich sein, deren Größe durch die Formel bestimmt wird:
Somit erhöht sich die Gesamtkapazität, wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, die Ladung an jedem Kondensator ist gleich und die Spannung ist unterschiedlich.
Wechselwirkung elektrischer Ladungen
elektrische Ladung - die physikalische Größe, die die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen geladenen Körpern charakterisiert. Ladungen haben die Eigenschaft, sich anzuziehen oder abzustoßen, durch ein elektrisches Feld zu interagieren.
Die zwei Hauptarten von Ladungen sind positiv und negativ. Ladungen einer Art werden abgestoßen, Ladungen verschiedener Art werden angezogen. Die Menge an elektrischer Ladung wird in Ladeeinheiten gemessen - Anhänger.
Wenn zwei Ladungen zusammenwirken, übt jede von ihnen eine andere Kraft aus, die elektrische Kraft genannt wird. Die elektrische Kraft ist in einer geraden Linie gerichtet, die die Ladungszentren verbindet. Das Modul der elektrischen Kraft ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes zwischen den Ladungen.
Allgemeine Kapazitätsbildung
Wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, entsteht eine Gesamtkapazität. Um diesen Prozess zu verstehen, müssen Sie sich auf die grundlegenden physikalischen Gesetze beziehen, die die Eigenschaften von Kondensatoren definieren.
Ein Kondensator ist ein elektrisches System, das aus zwei Elektroden und einem Dielektrikum besteht, das diese Elektroden trennt. Die Kapazität des Kondensators wird durch seine Konstruktion und die Eigenschaften des Dielektrikums bestimmt. Je größer die Elektrodenfläche und die Ladungsdichte des Knotens sind, desto größer ist die Kapazität des Kondensators.
Wenn zwei oder mehr Kondensatoren seriell verbunden sind, werden ihre Kapazitäten gefaltet. Das heißt, es wird eine Gesamtkapazität gebildet, die der Summe der Kapazitäten jedes Kondensators entspricht.
Mathematisch kann dies wie folgt geschrieben werden:
- Wenn zwei Kondensatoren mit C-Behältern vorhanden sind1 und C2, dann die Gesamtkapazität Callgemein entspricht der Summe der Kapazitäten: Callgemein = C1 + C2.
- Wenn eine größere Anzahl von Kondensatoren vorhanden ist, entspricht die Gesamtkapazität der Summe der Kapazitäten jedes Kondensators: Callgemein = C1 + C2 + C3 + . + Cn.
Wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, werden ihre Kapazitäten gefaltet, um eine Gesamtkapazität zu bilden. Dadurch kann die Kapazität des elektrischen Systems erhöht werden, ohne dass die Elektrodenfläche vergrößert oder das Dielektrikum verändert werden muss.
Verringerung der Gesamtspannung
Wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, wird die Gesamtspannung an der Kondensatorkombination reduziert.
Wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, ist die Potentialdifferenz an jedem von ihnen gleich. Die Gesamtspannung an der Kombination von Kondensatoren entspricht jedoch der Summe der Spannungen an jedem von ihnen.
Daher ist die Gesamtspannung an der Kondensatorkombination geringer als die Spannung an dem einzelnen Kondensator in dieser Kombination.
Die Verringerung der Gesamtspannung ist eine der Auswirkungen der seriellen Kopplung von Kondensatoren.
Gesetz zur Erhaltung der Ladung
Die Verbindung der Kondensatoren in den Stromkreis ermöglicht die Anwendung des Gesetzes zur Ladungserhaltung, das lautet:
Die dem Stromkreis zugeführte Ladung entspricht der algebraischen Summe der auf allen Kondensatoren im Stromkreis angesammelten Ladungen.
Wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, wird die dem Stromkreis zugeführte Ladung proportional zu ihren Behältern zwischen ihnen verteilt. Wenn also zwei Kondensatoren in der Schaltung mit den Kapazitäten C1 und C2 vorhanden sind, wird die dem Stromkreis zugeführte Ladung Q wie folgt zwischen ihnen verteilt:
| Kondensator | Ladung |
|---|---|
| Kondensator C1 | Q * (C1 / (C1 + C2)) |
| Kondensator C2 | Q * (C2 / (C1 + C2)) |
Somit bleibt die auf ihnen gespeicherte Gesamtladung bei serieller Verbindung der Kondensatoren gleich der Anfangsladung, die dem Stromkreis zugeführt wird.
Auswirkungen der seriellen Verbindung auf die Lade- und Entladezeit
Wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, addieren sich ihre Kapazitäten und die Spannungen an ihnen sind gleich. Diese Verbindung bildet einen äquivalenten Kondensator mit einer Gesamtkapazität, die der Summe aller Kondensatoren entspricht.
Die Auswirkungen der seriellen Verbindung auf die Lade- und Entladezeit von Kondensatoren können wie folgt erklärt werden:
- Aufladung: Beim Laden der in Reihe geschalteten Kondensatoren wird zuerst der Kondensator mit der kleinsten Kapazität geladen. Die Ladung wird dann zum nächsten Kondensator umgeschaltet und so weiter, bis alle Kondensatoren auf die gleiche Spannung geladen sind. Die Ladezeit eines äquivalenten Kondensators hängt schließlich von der effektiven Kapazität der Stromquelle und der Summe der Kapazitäten aller Kondensatoren ab.
- Entladung: Wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet sind, erfolgt die Entladung in umgekehrter Reihenfolge - zuerst wird der Kondensator mit der höchsten Kapazität entladen, dann der nächste und so weiter. Als Ergebnis hängt die Entladezeit eines äquivalenten Kondensators auch von der effektiven Kapazität der Stromquelle und der Summe der Kapazitäten aller Kondensatoren ab.
Wichtig ist, dass beim Laden und Entladen von Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitäten der Stromverbrauch ungleich verteilt sein kann, was zu einer Inkonsistenz der Spannungen an den Kondensatoren führen kann. Daher ist es bei der seriellen Verbindung notwendig, das Verhältnis der Behälter zu berücksichtigen und Kondensatoren ähnlicher Parameter auszuwählen.
Verwendung der seriellen Verbindung von Kondensatoren
Die Verwendung der seriellen Verbindung von Kondensatoren ist in verschiedenen Bereichen der Technik und Elektronik weit verbreitet. Es ermöglicht einen Kondensator mit hoher Kapazität zu erhalten, der nicht mit einem einzigen Kondensator erreicht werden kann. Große Kapazitäten von Kondensatoren können beispielsweise zum Puffern oder zur Energiespeicherung in elektronischen Schaltungen benötigt werden.
Die serielle Verbindung der Kondensatoren ermöglicht auch eine verbesserte Leistung von elektrischen Systemen, sowohl im Gleichstrom als auch im Wechselstrom. Wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet sind, entspricht ihre Gesamtkapazität der Summe der Kapazitäten der einzelnen Kondensatoren. Somit können die Leistung und Effizienz des Systems durch eine Erhöhung der Kapazität erhöht werden.
Eine weitere Verwendung der seriellen Verbindung von Kondensatoren ist die Signalfilterung. Wenn die Kondensatoren in einer Sequenz angeschlossen werden, werden sie zu niederfrequenten Rauschfiltern, sodass nur bestimmte Signalfrequenzen durchgelassen werden können. Dies kann beispielsweise nützlich sein, wenn Sie das Audiosignal von einem starken elektrischen Rauschen in einem Soundsystem trennen.
