Немного истории: В 1745 году в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский физик Питер ван Мушенбрук случайно создали конструкцию-прототип конденсатора — «лейденскую банку». Первые конденсаторы, состоящие из двух проводников разделенных диэлектриком, упоминаемые обычно как конденсатор Эпинуса или электрический лист, были созданы ещё раньше. Среднестатистический конденсатор представляет собой две обкладки, которые разделёны диэлектриком. Основная характеристика конденсатора – ёмкость. На ёмкость влияет площадь поверхности обкладок и расстояние между ними. Чем ближе друг к другу обкладки, тем больше ёмкость. Измеряется ёмкость в фарадах (Ф). Ёмкость в 1Ф показывает, что конденсатор может зарядиться до 1В за 1 секунду, при токе в 1А. О, как! Обычные конденсаторы имеют ёмкость от нескольких пикофарад, до десятков миллифарад. Значение ёмкости ионисторов (о них ниже) может достигать десятков фарад. Чуть не забыл Вам упомянуть – не у всех конденсаторов ёмкость постоянная. Есть ещё конденсаторы переменной ёмкости. Это те, которые с крутилкой! Некоторые из них предназначены для постоянной смены ёмкости, а другие надо один раз подстроить под нужную ёмкость и забыть. Такие называют подстроечными. Ещё конденсаторы характеризуются рабочим напряжением. Эта величина показывает какая максимальная разность потенциалов может быть между обкладками, не вызывая пробоя последних. Для электролитических конденсаторов, рабочее напряжение составляет обычно от 6.3В до 500В. У специальных высоковольтных конденсаторов (Из серии КВИ или вакуумных) напряжение может достигать десятков тысяч вольт. А рабочее напряжение ионистора, увы, не превышает и 2В!
Этот и другие параметры, а так же конструкция и область применения конденсаторов определяются диэлектриком, разделяющим его обкладки. Поэтому основная классификация электрических конденсаторов проводится по типу диэлектрика. В зависимости от типа используемого диэлектрика конденсаторы могут быть воздушные, вакуумные, бумажные, слюдяные, полистирольные, керамические, электролитические и прочие. Важным параметром конденсатора является ESR, оно же ЭПС, оно же эквивалентное последовательное сопротивление. Зачастую этот параметр не учитывают, ведь он составляет лишь сопротивление проводников, ведущих к обкладкам конденсатора. Но этот параметр важен в электролитических конденсаторах, стоящих в фильтрах. Поскольку со временем электролит портится и ЭПС растёт! Ещё один важный параметр – тангенс угла диэлектрических потерь. Он определяет потерю мощности в диэлектрике при приложении к нему переменного тока. В свою очередь, угол потерь определяется отношением активной мощности к реактивной. При повышении действующего напряжения, тангенс угла диэлектрических потерь должен оставаться неизменным. Если же тангенс резко растёт, то это свидетельствует о ионизации газа в трещинах диэлектрика. А значит диэлектрик у испытуемого низкокачественный!
Не стоит забывать так же про ТКЕ конденсатов – ведь температурный коэффициент ёмкости показывает, на сколько процентов упадет/возрастёт ёмкость конденсатора, при увеличении его температуры на 1 градус! Конденсаторы имеют массу применений. Например, фазосдвигающий конденсатор используется для запуска и работы электродвигателей. Ещё конденсаторы используются для компенсации реактивной мощности, но, прежде всего, конденсаторы для накопления энергии. Причём, чем больше ёмкость конденсатора, тем больше этой энергии в него влезет! Мы можем провести аналогию с аккумулятором. Но, конденсатор имеет несколько важных отличий. Во-первых, он имеет меньшее внутреннее сопротивление. Эта величина определяет максимальный ток, который аккумулятор или конденсатор может отдать в нагрузку. Это свойство позволяет использовать конденсаторы в таких устройствах, как пушка Гаусса, рельсотрон, лампа вспышка или лазер. Во-вторых, в отличие от аккумуляторов, конденсатор обладает меньшей плотностью энергии. Так, например, плотность энергии серебряно-цинкового аккумулятора достигает 540000Дж на 1 кг массы. А плотность энергии даже очень качественного конденсатора не превышает 1900Дж на 1 кг массы. Поэтому, для питания аппаратуры конденсаторы не применяются. Хотя есть разновидность конденсаторов, с большими значениями плотности энергии. Это – ионисторы. Ионистор представляет собой нечто среднее между аккумуляторами и конденсаторами. Они обладают плотностью энергии до 100000Дж на 1кг массы, но внутреннее сопротивление у них повышено – они не могут дать мощный импульс в нагрузку. Кроме того, ионисторы – долгожители. В китайских подпольных лабораториях заверили, что после 100000 циклов заряд/разряд они почти не потеряли характеристик.
Конструктивно ионистор устроен почти так же, как и конденсатор, но вместо обкладок из фольги применены обкладки из активированного угля. А поскольку уголь – адсорбент, площадь поверхность у него огромная (из-за внутренних пор!) Из-за большой площади мы и получаем большую ёмкость! Ещё один интересный субъект – суперконденсатор. Исследователи из Северной Каролины открыли способ, позволяющий конденсатору накапливать и быстро отдавать значительно большее количество энергии, чем раньше. Некоторое время назад Вивек Ранджан, физик из Университета Северной Каролины, опытным путём обнаружил, что поливинилиденфторид в комбинации с хлортрифторэтиленом могут составлять конденсатор, накапливающий более 250000Дж на 1кг массы. К сожалению, теоретическая природа этого явления оставалась неясной. Кстати, будьте осторожны. Конденсаторы имеют пагубное свойство взрываться. Взрываются они в основном по двум причинам. Первая – перенапряжение. Если конденсатор, с рабочим напряжением в 16В включить в цепь 20В, то он разлетится на куски. Кстати, учтите – Китайские конденсаторы на 16В могут взорваться и при 15В – рассчитывайте напряжение с запасом в как минимум 15-20%. Электролитические конденсаторы могут взорваться так же от переполюсовки. Поскольку на таких конденсаторах отмечен плюс/минус, то изменение полярности приведёт к вскипанию электролита и взрыву конденсатора. Заметите – у ионисторов тоже отмечена полярность, но они неполярные – если их разрядить, и зарядить с другой полярностью, то ничего не случится! Стоит так же упомянуть, что электролит в конденсаторе не может закипеть или просто нагреться из-за пропускания тока через конденсатор. В отличии от резистора, ток и напряжение на конденсаторе смещены друг относительно друга по фазе на 90°. Благодаря этому, мощность, которая связана с протекающим через конденсатор током, не обращается в тепло, а сохраняется в виде энергии внутреннего электрического поля в конденсаторе. Ну, вот какбэ и фсё!