Jika kapasitor dihubungkan ke rangkaian arus searah, maka rangkaian tersebut akan terbuka, karena pelat kapasitor dipisahkan oleh dielektrik, dan tidak ada arus yang mengalir dalam rangkaian. Kalau tidak, itu terjadi pada rangkaian arus bolak-balik. Arus bolak-balik dapat mengalir dalam suatu rangkaian jika di dalamnya terdapat kapasitor. Hal ini bukan disebabkan oleh fakta bahwa muatan tiba-tiba dapat berpindah di antara pelat kapasitor. Dalam rangkaian arus bolak-balik, kapasitor yang termasuk di dalamnya, secara berkala diisi dan dikosongkan karena aksi tegangan bolak-balik.

Perhatikan rangkaian pada Gambar 1, yang mencakup kapasitor. Kami berasumsi bahwa resistansi kabel dan pelat kapasitor tidak signifikan, tegangan arus bolak-balik berubah sesuai dengan hukum harmonik:

Menurut definisi, kapasitansi pada kapasitor adalah:

Oleh karena itu, tegangan pada kapasitor adalah:

Dari persamaan (3) terlihat bahwa muatan pada kapasitor akan berubah menurut hukum harmonik:

Kekuatan saat ini adalah:

Membandingkan hukum fluktuasi tegangan pada kapasitor dan kekuatan arus, kita melihat bahwa fluktuasi arus mendahului tegangan sebesar . Fakta ini mencerminkan fakta bahwa pada saat kapasitor mulai mengisi daya, arus dalam rangkaian maksimum ketika tegangannya nol. Ketika tegangan mencapai maksimum, arus turun menjadi nol.

Selama kapasitor diisi hingga tegangan maksimumnya, energi yang masuk ke rangkaian disimpan pada kapasitor dalam bentuk energi medan listrik. Selama periode kuartal berikutnya, energi ini kembali ke rangkaian saat kapasitor dilepaskan.

Amplitudo arus (), berdasarkan ekspresi (5), sama dengan:

Kapasitansi sebuah kapasitor

Besaran fisis yang sama dengan hasil kali kebalikan dari frekuensi siklik dan kapasitansi kapasitor disebut kapasitansinya ():

Peran kapasitansi diibaratkan dengan peran resistansi aktif (R) dalam hukum Ohm:

dimana nilai amplitudo arus; - amplitudo tegangan. Untuk kapasitansi, nilai arus efektif mempunyai hubungan dengan nilai tegangan efektif seperti persamaan (8) (sebagai arus dan tegangan untuk arus searah):

Berdasarkan (9), dikatakan bahwa hambatan kapasitor terhadap arus bolak-balik.

Ketika kapasitas kapasitor meningkat, arus pengisian meningkat. Meskipun resistansi kapasitor terhadap arus searah sangat besar (dalam kasus ideal), kapasitansinya terbatas. Dengan peningkatan kapasitas dan (atau) frekuensi, itu menurun.

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

CONTOH 2

Hal ini dapat dengan mudah dikonfirmasi melalui eksperimen. Anda dapat menyalakan bola lampu dengan menghubungkannya ke catu daya AC melalui kapasitor. Loudspeaker atau handset akan tetap berfungsi jika dihubungkan ke receiver tidak secara langsung, tetapi melalui kapasitor.

Kapasitor terdiri dari dua atau lebih pelat logam yang dipisahkan oleh dielektrik. Dielektrik ini paling sering berupa mika, udara atau keramik, yang merupakan isolator terbaik. Wajar jika arus searah tidak dapat melewati isolator seperti itu. Tapi mengapa arus bolak-balik melewatinya? Hal ini nampaknya semakin aneh karena keramik yang sama dalam bentuk, misalnya, rol porselen dengan sempurna mengisolasi kabel arus bolak-balik, dan mika dengan sempurna berfungsi sebagai isolator pada setrika listrik dan perangkat pemanas lainnya yang beroperasi dengan baik pada arus bolak-balik.

Melalui beberapa percobaan kita dapat “membuktikan” fakta yang lebih aneh lagi: jika dalam sebuah kapasitor suatu dielektrik dengan sifat isolasi yang relatif buruk digantikan oleh dielektrik lain yang merupakan isolator yang lebih baik, maka sifat-sifat kapasitor tersebut akan berubah sehingga aliran arus bolak-balik melalui kapasitor tidak akan terhambat, malah sebaliknya dipermudah. Misalnya, jika Anda menyambungkan bola lampu ke rangkaian arus bolak-balik melalui kapasitor dengan dielektrik kertas dan kemudian mengganti kertas tersebut dengan isolator yang sangat baik; seperti kaca atau porselen dengan ketebalan yang sama, bola lampu akan mulai menyala lebih terang. Eksperimen seperti itu akan mengarah pada kesimpulan bahwa arus bolak-balik tidak hanya melewati kapasitor, tetapi arus bolak-balik juga mengalir semakin mudah, semakin baik isolator dielektriknya.

Namun, terlepas dari semua eksperimen tersebut yang meyakinkan, arus listrik - baik searah maupun bolak-balik - tidak melewati kapasitor. Dielektrik yang memisahkan pelat kapasitor berfungsi sebagai penghalang yang andal terhadap jalur arus, apa pun itu - bolak-balik atau searah. Tetapi ini tidak berarti bahwa tidak akan ada arus di seluruh rangkaian yang dihubungkan dengan kapasitor.

Kapasitor memiliki sifat fisik tertentu yang kita sebut kapasitansi. Sifat ini terdiri dari kemampuan mengakumulasi muatan listrik pada pelat. Sumber arus listrik secara kasar dapat diibaratkan seperti pompa yang memompa muatan listrik ke dalam suatu rangkaian. Jika arusnya konstan, maka muatan listrik dipompa sepanjang waktu dalam satu arah.

Bagaimana perilaku kapasitor dalam rangkaian DC?

“Pompa listrik” kami akan memompa muatan ke salah satu pelatnya dan memompanya keluar dari pelat lainnya. Kemampuan suatu kapasitor untuk menahan perbedaan jumlah muatan tertentu pada pelat-pelatnya disebut kapasitas. Semakin besar kapasitansinya, semakin banyak muatan listrik pada satu pelat dibandingkan pelat lainnya.

Pada saat arus dihidupkan, kapasitor tidak terisi - jumlah muatan pada pelatnya sama. Tapi arusnya menyala. “Pompa listrik” mulai bekerja. Dia mengarahkan muatannya ke satu piring dan mulai memompanya keluar dari piring lainnya. Begitu pergerakan muatan dimulai di sirkuit, itu berarti arus mulai mengalir di dalamnya. Arus akan mengalir hingga kapasitor terisi penuh. Ketika batas ini tercapai, arus akan berhenti.

Oleh karena itu, jika terdapat kapasitor pada suatu rangkaian DC, maka setelah ditutup, arus di dalamnya akan mengalir selama yang diperlukan untuk mengisi kapasitor hingga penuh.

Jika resistansi rangkaian yang melaluinya kapasitor diisi relatif kecil, maka waktu pengisiannya sangat singkat: hanya berlangsung sepersekian detik, setelah itu aliran arus berhenti.

Situasinya berbeda pada rangkaian arus bolak-balik. Di sirkuit ini, “pompa” memompa muatan listrik ke satu arah atau yang lain. Setelah hampir tidak menghasilkan kelebihan muatan pada satu pelat kapasitor dibandingkan dengan jumlah muatan pada pelat lainnya, pompa mulai memompanya ke arah yang berlawanan. Muatan akan bersirkulasi terus menerus dalam rangkaian, yang berarti bahwa meskipun terdapat kapasitor non-konduktif, akan ada arus di dalamnya - arus pengisian dan pengosongan kapasitor.

Besarnya arus ini bergantung pada apa?

Yang kami maksud dengan besaran arus adalah jumlah muatan listrik yang mengalir per satuan waktu melalui penampang suatu konduktor. Semakin besar kapasitansi kapasitor, semakin banyak pula muatan yang dibutuhkan untuk “mengisinya”, yang berarti semakin kuat arus dalam rangkaian. Kapasitansi kapasitor bergantung pada ukuran pelat, jarak antara pelat dan jenis dielektrik yang memisahkannya, serta konstanta dielektriknya. Porselen memiliki konstanta dielektrik yang lebih besar daripada kertas, sehingga ketika kertas diganti dengan porselen dalam kapasitor, arus dalam rangkaian meningkat, meskipun porselen merupakan isolator yang lebih baik daripada kertas.

Besarnya arus juga bergantung pada frekuensinya. Semakin tinggi frekuensinya maka arus yang dihasilkan akan semakin besar. Mengapa hal ini mudah dipahami dengan membayangkan kita mengisi wadah yang berkapasitas, misalnya 1 liter, dengan air melalui sebuah tabung lalu memompanya keluar dari sana. Jika proses ini diulang satu kali per detik, maka 2 liter air akan mengalir melalui tabung per detik: 1 liter dalam satu arah dan 1 liter dalam arah yang lain. Tetapi jika kita melipatgandakan frekuensi proses: kita mengisi dan mengosongkan bejana 2 kali per detik, maka 4 liter air akan mengalir melalui tabung per detik - meningkatkan frekuensi proses dengan kapasitas bejana yang sama menyebabkan a peningkatan yang sesuai dalam jumlah air yang mengalir melalui tabung.

Dari uraian di atas, kita dapat menarik kesimpulan sebagai berikut: arus listrik - baik searah maupun bolak-balik - tidak melewati kapasitor. Namun pada rangkaian yang menghubungkan sumber AC dengan kapasitor, mengalir arus pengisian dan pengosongan kapasitor ini. Semakin besar kapasitansi kapasitor dan semakin tinggi frekuensi arus, semakin kuat arusnya.

Fitur arus bolak-balik ini sangat banyak digunakan dalam teknik radio. Emisi gelombang radio juga didasarkan pada hal itu. Untuk melakukan ini, kami membangkitkan arus bolak-balik frekuensi tinggi di antena pemancar. Tetapi mengapa arus mengalir pada antena, padahal antena bukan merupakan rangkaian tertutup? Mengalir karena ada kapasitansi antara antena dan kabel penyeimbang atau ground. Arus dalam antena mewakili arus pengisian dan pengosongan kapasitor ini, kapasitor ini.

Mari kita perhatikan proses yang terjadi pada rangkaian listrik arus bolak-balik dengan kapasitor. Jika Anda menghubungkan kapasitor ke sumber arus searah, pulsa arus jangka pendek akan muncul di rangkaian, yang akan mengisi kapasitor ke tegangan sumber, dan kemudian arus akan berhenti. Jika kapasitor bermuatan diputuskan dari sumber arus searah dan pelatnya dihubungkan ke terminal lampu pijar, kapasitor akan habis, dan kilatan lampu jangka pendek akan diamati.

Ketika kapasitor dihubungkan ke rangkaian arus bolak-balik, proses pengisiannya berlangsung selama seperempat periode. Setelah mencapai nilai amplitudo, tegangan antara pelat kapasitor berkurang dan kapasitor dilepaskan dalam seperempat periode. Pada kuartal periode berikutnya, kapasitor diisi kembali, tetapi polaritas tegangan pada pelatnya terbalik, dan seterusnya. Proses pengisian dan pengosongan kapasitor bergantian dengan periode yang sama dengan periode osilasi tegangan bolak-balik yang diberikan.

Seperti pada rangkaian DC, muatan listrik tidak melewati dielektrik yang memisahkan pelat kapasitor. Tetapi sebagai akibat dari proses pengisian dan pengosongan kapasitor yang berulang secara berkala, arus bolak-balik mengalir melalui kabel yang terhubung ke terminalnya. Lampu pijar yang dihubungkan secara seri dengan kapasitor dalam rangkaian arus bolak-balik (Gbr. 6) tampak menyala terus menerus, karena mata manusia, dengan fluktuasi arus frekuensi tinggi, tidak memperhatikan melemahnya pancaran cahaya filamen lampu secara berkala. .

Mari kita buat hubungan antara amplitudo fluktuasi tegangan pada pelat kapasitor dan amplitudo fluktuasi arus. Ketika tegangan pada pelat kapasitor berubah sesuai hukum harmonik

muatan pada pelatnya berubah menurut hukum:

Arus listrik pada rangkaian timbul akibat adanya perubahan muatan kapasitor: i = q’. Oleh karena itu, fluktuasi arus pada rangkaian terjadi menurut hukum:

Akibatnya fluktuasi tegangan pada pelat kapasitor pada rangkaian arus bolak-balik menjadi tidak sefase dari fluktuasi kuat arus pada p/2 atau fluktuasi kuat arus berada di depan fase fluktuasi tegangan pada p/2 (Gbr. 7). Artinya pada saat kapasitor mulai diisi, arusnya maksimum dan tegangannya nol. Setelah tegangan mencapai maksimum, arus menjadi nol, dan seterusnya.

Hasil kali U m ⋅ш⋅C adalah amplitudo fluktuasi arus:

Perbandingan amplitudo fluktuasi tegangan pada kapasitor dengan amplitudo fluktuasi arus disebut kapasitansi kapasitor (dilambangkan dengan X C):

Hubungan antara nilai amplitudo arus dan nilai amplitudo tegangan bertepatan dengan ekspresi hukum Ohm untuk bagian rangkaian arus searah, di mana alih-alih hambatan listrik, kapasitansi kapasitor muncul:

Reaktansi kapasitif kapasitor, seperti reaktansi induktif suatu kumparan, bukanlah nilai yang konstan. Hal ini berbanding terbalik dengan frekuensi arus bolak-balik. Oleh karena itu, amplitudo fluktuasi arus pada rangkaian kapasitor pada amplitudo fluktuasi tegangan konstan pada kapasitor meningkat berbanding lurus dengan frekuensi.

Dengan tegangan bolak-balik pada kapasitor nyata, selain arus bias, terdapat arus konduksi kecil melalui ketebalan dielektrik (arus volumetrik) dan sepanjang permukaan (arus konduksi dan polarisasi dielektrik) yang menyertai hilangnya energi .

Jadi, dalam kapasitor nyata, seiring dengan perubahan energi medan listrik (ini mencirikan daya reaktif Q ) karena ketidaksempurnaan dielektrik, terjadi proses pengubahan energi listrik menjadi panas yang ireversibel, yang kecepatannya dinyatakan daya aktif P . Oleh karena itu, pada rangkaian ekivalen, kapasitor nyata harus diwakili oleh elemen aktif dan reaktif.

Membagi kapasitor nyata menjadi dua elemen adalah teknik perhitungan, karena tidak mungkin memisahkannya secara konstruktif. Akan tetapi, rangkaian ekivalen yang sama memiliki rangkaian nyata yang terdiri dari dua elemen, salah satunya hanya bercirikan daya aktif P (Q = 0), yang lain bercirikan daya reaktif (kapasitif) Q(P = 0).

Rangkaian penggantian kapasitor dengan koneksi paralel elemen

Kapasitor nyata (dengan rugi-rugi) dapat diwakili oleh rangkaian paralel ekivalen aktif G Dan kapasitifB Dengan konduktivitas (Gbr. 13.15), dan konduktivitas aktif ditentukan oleh rugi-rugi daya pada kapasitor G = P/U c 2 , dan kapasitansi adalah desain kapasitor. Mari kita asumsikan bahwa konduktivitas G dan V c untuk rangkaian tersebut diketahui, dan tegangannya mempunyai persamaan

u = Umsinωt.

Hal ini diperlukan untuk menentukan arus dalam rangkaian dan daya. Studi tentang rangkaian dengan resistansi aktif dan rangkaian dengan kapasitansi menunjukkan bahwa pada tegangan sinusoidal, arus di dalamnya juga sinusoidal. Ketika cabang G dan B dihubungkan secara paralel, menurut hukum pertama Kirchhoff, arus total i sama dengan jumlah arus pada cabang-cabang dengan konduktivitas aktif dan kapasitif:

saya = saya G + saya c , (13.30)

Mengingat saat ini aku g sefase dengan tegangan dan arus saya c memimpin tegangan seperempat periode, persamaan arus total dapat ditulis sebagai berikut:

Diagram vektor arus dalam rangkaian dengan kapasitor

Untuk menentukan nilai efektif arus total I dengan menggunakan metode penjumlahan vektor, kita buat diagram vektor sesuai persamaan

Aku = Aku G + Aku C

Nilai efektif komponen saat ini:

Saya G = GU (13.31)

IC = BCU (13.32)

Vektor yang ditunjukkan pertama kali pada diagram vektor adalah tegangan kamu (Gbr. 13.16, a), arahnya bertepatan dengan arah positif sumbu dari mana sudut fasa diukur (fasa tegangan awal φa =0). Vektor SAYA G berimpit dengan vektor U, dan vektor I C diarahkan tegak lurus terhadap vektor U dengan sudut positif. Dari diagram vektor terlihat bahwa vektor tegangan total tertinggal suatu sudut dari vektor arus total φ , yang nilainya lebih besar dari nol tetapi kurang dari 90º. vektor I adalah sisi miring suatu segitiga siku-siku yang kaki-kakinya merupakan vektor-vektor penyusunnya I G dan I C:
Di bawah ketegangan u = U m sinωt menurut diagram vektor, persamaan saat ini

saya = saya dosa(ωt + φ )

Segitiga konduksi untuk kapasitor

Kami membagi sisi-sisi segitiga arus, yang dinyatakan dalam satuan arus, dengan tegangan U. Kami memperoleh segitiga konduktivitas serupa (Gbr. 13.16, b), yang kaki-kakinya merupakan segitiga aktif G = saya G /kamu dan kapasitif B s = Saya s / U konduktivitas, dan sisi miring adalah konduktivitas total rangkaian Y = Saya/U . Dari segitiga konduktivitas

Hubungan antara nilai efektif tegangan dan arus dinyatakan dengan rumus

saya = UY

U = Saya/Y (13,35)

Dari segitiga arus dan konduktivitas, tentukan besarannya

karenaφ = saya G / saya = G/Y; dosa φ = Saya c /Saya = B c /Y; tg φ = IC /I G = B c /G. (13.36)

Rangkaian daya dengan kapasitor

Ekspresi daya sesaat dari kapasitor nyata

p = ui = U m sinωt * Saya dosa (ωt+φ)

bertepatan dengan ekspresi daya sesaat kumparan. Penalaran serupa dengan yang dibuat ketika mempertimbangkan grafik daya sesaat (lihat Gambar 13.11) dapat dilakukan untuk kapasitor nyata berdasarkan grafik pada Gambar. 13.17. Nilai daya aktif, reaktif, dan semu dinyatakan dengan rumus yang sama yang diperoleh untuk kumparan [lihat. (13.19) - (13.22)]. Hal ini mudah untuk ditunjukkan jika sisi-sisi segitiga arus, yang dinyatakan dalam satuan arus, dikalikan dengan tegangan U. Sebagai hasil perkalian, diperoleh segitiga daya yang serupa (Gbr. 13.16, c), yang kaki-kakinya adalah kekuatan; aktif

P = UI G = UIcosφ

reaktif

Q = UI C = UIsinφ

Rangkaian ekivalen kapasitor dengan sambungan seri elemen

Kapasitor nyata, seperti , dalam diagram desain dapat diwakili oleh sambungan seri dua bagian: dengan R aktif Dan kapasitifX Dengan resistensi. Pada Gambar. 13.18, dan rangkaian seperti itu diperlihatkan dibandingkan dengan rangkaian paralel koneksi konduktivitas aktif dan kapasitif (Gbr. 13. 18.6). Semua kesimpulan dan rumus yang diperoleh untuk kumparan tetap berlaku untuk kapasitor, asalkan reaktansi induktif diganti dengan kapasitif. Kapasitor yang digunakan dalam praktiknya memiliki kehilangan energi yang relatif rendah. Oleh karena itu, dalam rangkaian ekivalen, mereka paling sering diwakili hanya oleh bagian reaktif, yaitu. kapasitasC Bagian rangkaian di mana masing-masing elemen - resistor R dan kapasitor C - dihubungkan secara seri memiliki rangkaian ekivalen seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 13.18, sebuah. Jika Anda tertarik, bacalah yang mana yang digunakan dalam industri.

Kita lanjutkan mempelajari ilmu elektronika, dan selanjutnya kita akan menganalisis bagaimana perilaku kapasitor pada rangkaian arus bolak-balik, rangkaian arus searah, kegunaannya, serta beberapa contoh penerapan praktisnya.

Kapasitor adalah elemen pasif dari suatu rangkaian elektronik yang terdiri dari dua pelat konduktif, yang dipisahkan oleh semacam dielektrik.

Properti dan fungsi dilakukan

Tugas utama kapasitor adalah mengakumulasi sejumlah muatan elektrostatis pada pelat setelah dihubungkan ke rangkaian aktif. Ketika daya dimatikan, kapasitor menahan muatan yang dihasilkan.

• Jika kapasitor dihubungkan ke rangkaian tertutup, tetapi tanpa daya, atau tegangan di dalamnya lebih rendah dari tegangan yang terakumulasi dalam kapasitor, maka akan terjadi pengosongan seluruh atau sebagian elemen, melepaskan energi yang terakumulasi.

• Mari segera perkenalkan konsep kapasitansi. Dengan kata sederhana, ini adalah jumlah energi listrik yang dapat diakumulasikan oleh suatu elemen yang terhubung ke jaringan. Parameter ini ditandai dengan huruf Latin “C”, dan diukur dalam Farad (F).

Menarik untuk diketahui! Kapasitor AC berkapasitas tinggi mampu menghasilkan pulsa yang sangat kuat ketika dayanya habis dengan cepat. Mereka dapat digunakan, misalnya, dalam kilatan foto yang kuat.

• Kapasitansi dihitung menggunakan rumus berikut: C=q/U, dimana q adalah muatan pada satu pelat dalam Coulomb (jumlah energi yang melewati konduktor dalam 1 detik pada arus 1 Ampere); dan U – Tegangan dalam Volt antar cangkang.

• Badan kapasitor apa pun berisi data tentang parameter utamanya, termasuk kapasitas. Pada foto di atas disorot dengan warna merah, ini sebutannya. Di sana Anda juga dapat mengetahui tegangan dan suhu pengoperasian.
• Semuanya sederhana, namun perlu diperhatikan bahwa kapasitas yang ditunjukkan adalah nominal, sedangkan nilai sebenarnya bisa sangat berbeda, yang dipengaruhi oleh banyak faktor.
• Kapasitansi kapasitor dapat bervariasi dari satuan pikofarad hingga puluhan farad, yang bergantung pada luas elektroda (biasanya aluminium foil).

Menarik untuk diketahui! Untuk meningkatkan kapasitas yang berguna, foil digulung menjadi gulungan - inilah cara kapasitor silinder diperoleh.

Jika rangkaian membutuhkan kapasitas kapasitor yang besar, maka dihubungkan secara paralel. Dalam hal ini, tegangan operasi dipertahankan, tetapi kapasitansi akan meningkat secara proporsional, yaitu jumlah kapasitansi kapasitor yang terhubung.

Jika kapasitor dihubungkan secara seri, kapasitansi tidak akan berubah lebih tepatnya, kapasitansi akan sedikit lebih kecil dari kapasitansi minimum yang termasuk dalam rangkaian. Mengapa koneksi seperti itu diperlukan? Dengan itu, kemungkinan kerusakan salah satu kapasitor diminimalkan, yaitu kapasitor mendistribusikan beban.

• Kapasitor juga dicirikan oleh parameter seperti kapasitansi spesifik. Ini adalah rasio langsung kapasitansi suatu bagian listrik dengan massa atau volume dielektrik. Nilai maksimum parameter ini dapat dicapai dengan ketebalan spacer dielektrik terkecil, namun, untuk memecah kapasitor seperti itu, diperlukan tegangan yang lebih rendah, yang akan kita bicarakan sekarang.
• Penandaan bagian juga menunjukkan peringkat tegangan. Semuanya di sini sangat sederhana - nilai ini menunjukkan level tegangan maksimum di sirkuit di mana komponen radio dapat bekerja sepanjang masa pakainya tanpa mengubah parameter yang ditentukan secara signifikan.
• Oleh karena itu kesimpulan sederhananya - tegangan pada kapasitor tidak boleh melebihi nilai nominal, jika tidak maka akan terjadi terobosan.
• Tingkat tegangan pengenal dipengaruhi oleh bahan dari mana kapasitor dirakit.

Konsep polaritas kapasitor dan kegagalannya

Menarik untuk diketahui! Untuk banyak jenis kapasitor, tegangan yang diizinkan akan berkurang seiring dengan pemanasan, sehingga suhu pengoperasian maksimum juga ditunjukkan pada wadah produk.

Kegagalan kapasitor adalah kegagalan yang sangat umum dalam teknik kelistrikan. Mereka bisa “mati” secara diam-diam, hanya dengan membengkak, atau di bawah tembakan ledakan besar, membanjiri semua bagian di dekatnya dengan elektrolit, di bawah “asap panggung” dan efek lainnya.

Itulah sebabnya kegagalan elemen ini dapat didiagnosis secara visual, tanpa menggunakan alat uji, tetapi tidak selalu.

Banyak kapasitor elektrolitik (dengan dielektrik oksida), karena kekhasan interaksi antara dielektrik dan elektrolit, hanya mampu beroperasi jika polaritas tertentu diperhatikan, seperti yang ditunjukkan oleh tanda yang sesuai pada badan bagian.

• Ketika Anda mencoba menghubungkannya ke sirkuit dengan polaritas terbalik, kapasitor biasanya langsung rusak - dielektriknya rusak, elektrolitnya mendidih, mengakibatkan ledakan yang sama.
• Kapasitor cukup sering meledak, terutama pada perangkat berdenyut. Hal ini terjadi karena panas berlebih, kebocoran, atau peningkatan resistansi seri ekuivalen seiring bertambahnya usia komponen.
• Bukan rahasia lagi bahwa bagian yang rusak di sirkuit mana pun dapat diganti dengan yang baru, dan perangkat akan berfungsi seperti sebelumnya, namun konsekuensi ledakan bisa sangat serius - elemen di sekitarnya akan rusak, yang akan sangat mempersulit proses. perbaikan, ditambah harganya akan naik.

Untuk mengurangi akibatnya, dipasang katup pada badan kapasitor berkapasitas besar atau dibuat lekukan di ujungnya berupa huruf “X, K, dan T”. Kapasitor seperti itu sangat jarang meledak, karena katup atau wadah yang runtuh di sepanjang takik melepaskan elektrolit dalam bentuk asap kaustik, yaitu tekanan di dalam wadah berkurang.

Parameter lainnya

Selain parameter-parameter yang telah kita bahas, kapasitor mempunyai induktansi dan hambatannya sendiri-sendiri, sehingga rangkaian kapasitor sebenarnya dapat direpresentasikan sebagai berikut.

Ini termasuk (dilambangkan seperti pada diagram di atas):

Jenis kapasitor

Kapasitor diklasifikasikan, pertama-tama, berdasarkan jenis dielektrik yang digunakan di dalamnya, yang menentukan semua parameter listrik elemen.

• Kapasitor vakum– strukturnya sedemikian rupa sehingga beberapa silinder koaksial, yang dibangun menjadi satu, terletak di dalam silinder kaca luar. Perangkat ini dicirikan oleh daya tertinggi per satuan volume.

• Kondensor udara atau gas– ada kapasitas konstan dan variabel. Mereka digunakan terutama dalam peralatan pengukuran listrik, penerima radio dan pemancar, karena memungkinkan Anda untuk mengkonfigurasi rangkaian osilasi.
• Kapasitor dengan dielektrik cair;

• Kapasitor dengan dielektrik anorganik padat– ini termasuk model enamel kaca, keramik kaca, kaca film, mika, keramik, dll. Kapasitor semacam itu dicirikan oleh kapasitansi yang sangat besar, meskipun dimensinya sederhana.

• Kapasitor dengan dielektrik organik padat– di sini variasinya juga bagus: kertas dan logam, film dan gabungan.

• Secara terpisah, kita dapat membedakan kapasitor elektrolitik dan semikonduktor oksida, karena mereka dibedakan oleh kapasitas spesifiknya yang besar. Mereka menggunakan lapisan oksida di sekitar anoda logam sebagai dielektrik. Pelat kedua di dalamnya adalah elektrolit, dalam kasus pertama, atau semikonduktor, dalam kasus kedua. Anoda, tergantung pada kapasitornya, dapat dibuat dari tantalum, niobium atau aluminium foil, serta bubuk sinter.

Klasifikasi ini bukan satu-satunya dan membedakan antara kapasitor dan, jika mungkin, mengubah kapasitansinya:

• Kapasitor konstan adalah kapasitor yang kapasitansinya konstan sepanjang masa pakainya, tidak termasuk perubahan yang terkait dengan penuaan komponen.

• Variabel - jenis ini mampu mengubah kapasitasnya saat peralatan beroperasi. Kapasitor tersebut dikontrol melalui mekanika, tegangan listrik, dan suhu.

• Pemangkasan - kapasitansi kapasitor ini juga dapat berubah, tetapi ini tidak terjadi saat peralatan beroperasi, tetapi hanya satu kali, selama pemasangan atau konfigurasi. Mereka digunakan terutama untuk meratakan kapasitansi awal rangkaian kawin, serta untuk menyesuaikan parameter rangkaian rangkaian.

Penerapan kapasitor

Sebagai penutup bagian pertama artikel ini, kami tidak bisa tidak memperhatikan bidang penerapan elemen rangkaian listrik ini. Dan mereka digunakan dimana-mana.

• Mereka dikombinasikan dengan induktor dan resistor untuk menghasilkan rangkaian di mana sifat arus bergantung pada frekuensinya, seperti filter frekuensi atau rangkaian umpan balik tangki.
• Dalam sistem yang memerlukan penciptaan pulsa yang kuat, yang telah kami sebutkan hari ini - lampu kilat kamera, laser berdenyut, generator Marx, dll.
• Kapasitor juga digunakan sebagai elemen memori karena mampu menahan muatan untuk waktu yang cukup lama. Properti yang sama digunakan pada perangkat yang dirancang untuk menyimpan energi.
• Jika kita berbicara tentang teknik kelistrikan tingkat industri, kapasitor digunakan untuk mengkompensasi daya reaktif dan sebagai filter untuk harmonik yang lebih tinggi.

Dan ini belum semuanya, tapi kami pikir itu sudah cukup untuk saat ini. Mari kita beralih ke eksperimen dan melihat apa yang terjadi pada arus ketika melewati kapasitor.

Kapasitor pada rangkaian arus listrik

Jadi, secara kasar kita sudah memahami apa itu kapasitor, tetapi kita belum mengetahui secara pasti cara kerja elemen ini.

rangkaian DC

Secara sederhana, kapasitor, atau “conder”, demikian sebutan populernya, adalah elemen kecil yang, seperti baterai, mampu mengakumulasi muatan tertentu, yang siap dilepaskan dalam hitungan detik.

Menarik untuk diketahui! Berbeda dengan baterai, tidak ada sumber EMF pada kapasitor.

Agar konduktor dapat melepaskan muatannya, ia harus menutup kontak secara langsung atau melalui sirkuit. Tampaknya semuanya jelas, tetapi bagaimana arus mengalir pada kapasitor ketika dihubungkan ke jaringan?

• Mari kita mulai dengan arus searah dan melakukan satu percobaan kecil. Untuk melakukan ini, kita memerlukan kapasitor itu sendiri, sumber DC 12 volt dan bola lampu dengan kabel, juga 12 volt.

• Kami menghubungkan semua ini bersama-sama, seperti yang ditunjukkan pada foto di atas, dan kami melihat tidak ada yang terjadi - lampu tidak menyala.

• Kami mengubah posisi "buaya" sehingga memungkinkan arus melewati kapasitor. Dan, lihatlah! Lampunya menyala! Mengapa ini terjadi?
• Sederhana saja, ingatlah bahwa arus mengalir melalui kapasitor hanya ketika kapasitor sedang diisi dan dikosongkan, dan tegangan akan selalu tertinggal dari arus.
• Kapasitor yang kosong mirip dengan korsleting di sirkuit - ketika dihubungkan ke sumber tegangan, pada saat pertama tidak ada tegangan di dalamnya, tetapi ada arus, yang pada saat ini maksimum ( itulah kelambatannya).
• Arus mengalir melalui kapasitor, dan kapasitor mulai mengumpulkan muatan, meningkatkan tegangan internalnya hingga sama dengan tegangan sumber listrik dan kapasitor mengisi seluruh kapasitasnya.
• Pada saat ini, arus berhenti mengalir, dan karena kapasitor tidak dapat dilepaskan, maka bola lampu tidak akan menyala.
• Proses ini dapat diibaratkan dengan sistem perairan yang berbentuk bejana penghubung, dipisahkan oleh katup, satu bagian kosong dan satu lagi penuh. Singkirkan penghalang tersebut, dan air akan mengalir ke bejana kedua hingga tekanannya seimbang, yaitu tekanan turun menjadi nol.
• Apa yang akan terjadi jika kapasitor diputuskan dari rangkaian dan dihubung singkat? Ya, semuanya sama! Pada saat pertama, arus akan maksimum pada tegangan konstan. Arus akan mengalir maju, dan tegangan akan mengikutinya, hingga seluruh muatan habis.
• Sekali lagi, sebagai contoh, kita ambil sistem air yang terdiri dari tangki penuh, yang berfungsi sebagai kondensor, dan keran di atasnya untuk mengalirkan air. Kita membuka keran dan melihat air langsung mengalir, sedangkan tekanan (tegangan) akan turun dengan lancar saat wadah dikosongkan.

Pola yang sama juga merupakan karakteristik arus sinusoidal, yang akan kita bicarakan sekarang.

sirkuit AC

Mari kita lakukan percobaan terlebih dahulu, lalu jelaskan dalam bahasa sederhana.

Kita membutuhkan: kapasitor dengan kapasitas 1 mikrofarad, resistor biasa 100 Ohm, dan generator frekuensi. Kami menghubungkan semuanya, seperti yang ditunjukkan pada foto berikutnya.

Selanjutnya sesuai diagram, kita menghubungkan osiloskop digital, yang akan beroperasi dalam mode dua saluran untuk melihat sinyal pada input dan output: saluran pertama (merah) adalah apa yang dihasilkan generator, dan saluran kedua (kuning) ) adalah apa yang dikeluarkan dari beban, yaitu dari resistor .

• Jadi, kita telah melihat bahwa kapasitor tidak membiarkan arus searah (arus dengan frekuensi nol) melewatinya. Apa yang terjadi jika Anda menerapkan frekuensi 100 Hz?

• Sinyal disuplai dari generator dengan amplitudo 2 Volt dan frekuensi 100 Hz. Pada saluran kedua kita melihat frekuensi yang sama, tetapi amplitudonya jauh lebih kecil yaitu 136 milivolt. Dalam hal ini, sinyal terdistorsi oleh interferensi yang ditangkap dari ruang sekitarnya.
• Grafik kuning telah berpindah ke kiri, di depan grafik merah. Di depan Anda ada pergeseran fasa yang sama.

Nasihat! Di sini perlu dipahami bahwa hanya fase yang maju, bukan sinyalnya. Jika tidak, kita akan memiliki mesin waktu sederhana di depan kita, dan semuanya berada dalam batas pemahaman.

• Artinya, yang kami maksud adalah perbedaan antara tegangan fasa awal yang mempunyai frekuensi yang sama.

• Sekarang mari kita tingkatkan frekuensinya menjadi 500 Hz. Kita melihat bahwa amplitudo sinyal meningkat menjadi 560 milivolt, dan pergeseran fasa menjadi lebih kecil.

• Kami meningkatkan frekuensi menjadi 2 kHz - tren terus berlanjut.

• Sekarang kita atur frekuensinya menjadi 10 kHz, dan kita melihat bahwa amplitudonya hampir sama, dan pergeseran fasa hampir tidak terlihat.

• Kami mengatur frekuensi maksimum pada generator dan melihat bahwa indikator saluran hampir sama.

Apa maksudnya semua ini? Semakin tinggi frekuensinya, semakin rendah resistansi kapasitor pada rangkaian arus bolak-balik. Pada saat yang sama, pergeseran fasa juga hilang.

Menarik untuk diketahui! Saat menghubungkan arus searah yang frekuensinya nol, pergeseran fasanya adalah π/2 atau 90 derajat.

Namun apakah hanya frekuensi saja yang mempengaruhi hambatan kapasitor pada rangkaian AC? Mari kita ulangi percobaan kita, tetapi dengan kapasitor yang berkapasitas lebih kecil, katakanlah 0,1 mikrofarad.

• Kami mulai, seperti terakhir kali, dengan frekuensi 100 Hz. Terlihat jelas amplitudonya menurun menjadi 101 milivolt, padahal sebelumnya 136.

• Amplitudonya masih lebih kecil.

• Pada frekuensi maksimum resistansinya sudah rendah, namun pergeseran fasa dan amplitudo yang lebih rendah tetap ada.

Kami menarik kesimpulan sederhana dan memahami bahwa resistansi kapasitor juga bergantung pada kapasitansinya - semakin besar, semakin rendah resistansinya.

Dalam upaya menjawab pertanyaan tentang bagaimana menghitung resistansi kapasitor terhadap arus bolak-balik, ahli matematika dan fisikawan telah memperoleh rumus berikut:

Masukkan frekuensi yang sama dengan nol ke dalam rumus ini dan Anda akan mendapatkan nol, atau resistansi tak terbatas. Dalam praktiknya, kami memiliki filter high-pass yang sebenarnya - solder kapasitor di depan speaker dan Anda akan mendengarnya hanya mereproduksi frekuensi tinggi. Sangat mudah untuk memasang filter seperti itu dengan tangan Anda sendiri - instruksi hanya diperlukan saat menghitung parameter resistansi.

Nah, apa yang terjadi di dalam kapasitor itu sendiri saat ini?

Kita ingat bahwa ada arus sinusoidal. Arus seperti itu terdiri dari periode berulang, paruh pertama mengalir dalam satu arah, dan paruh kedua mengalir dalam arah berlawanan. Periode-periode tersebut dibagi menjadi setengah siklus, yang masing-masing memiliki fase kenaikan, puncak, dan penurunan tegangan.

• Jadi, kami sebenarnya menganalisis periode kuartal pertama menggunakan contoh arus searah - kapasitor mengisi daya hingga tegangannya mencapai nilai puncak.
• Pada awal periode kuartal kedua, tegangan pada generator mulai berkurang dan semakin cepat. Perbedaan tegangan yang dihasilkan menyebabkan kapasitor melepaskan muatannya, memberikan arus searah dengan generator, yaitu berlawanan arah dengan arus yang mengalir selama pengisian - hal ini memberikan hambatan.
• Pada saat setengah siklus pertama berakhir, tegangan pada rangkaian dan kapasitor menjadi nol, sedangkan arus, sebaliknya, menjadi maksimum (kami menganalisis ketergantungan ini di atas).
• Kuartal ketiga dimulai, dan kapasitor terisi kembali, hanya dalam polaritas terbalik. Dalam hal ini, arus terus mengalir dalam arah yang sama, mulai berkurang seiring dengan meningkatnya tegangan di dalam kapasitor.
• Kuartal keempat mirip dengan kuarter kedua - kapasitor dilepaskan dan arus mengalir ke arah yang berlawanan. Artinya, dua setengah siklus secara harafiah merupakan salinan cermin satu sama lain.

Hasilnya, kita mendapatkan bahwa dalam satu periode kapasitor berhasil mengisi dan mengosongkan dua kali, yang menunjukkan aliran arus pengisian dan pengosongan yang konstan dalam rangkaian, yaitu arus di sini adalah variabel.

Jika kita menggunakan bola lampu sebagai pengganti resistor dalam percobaan kita, kita akan melihat cahayanya. Namun, arus yang mengalirkannya akan menjadi arus pengisian dan pengosongan, dan tidak melewati dielektrik kapasitor.

Semakin besar kapasitansi kapasitor, semakin banyak muatan yang ditransfer ke rangkaian selama siklus pengisian dan pengosongan elemen ini, dan akibatnya, resistansi menjadi lebih kecil. Peningkatan frekuensi memberikan efek yang sama, tetapi karena jumlah muatan yang ditransfer dalam waktu yang sama, itulah sebabnya arusnya juga meningkat. Ini seperti dua pengusaha - yang satu menerima penghasilan dengan membuat markup yang besar dengan menjual barang sekali pakai, dan yang kedua memiliki hal yang sama, tetapi karena omset yang lebih besar dengan markup yang lebih kecil.

Karena hubungan sederhana ini, resistansi yang diberikan kapasitor terhadap arus dalam suatu rangkaian disebut kapasitif.

Kita mungkin akan berakhir di sini. Kami telah menjelaskan secara populer apa itu rangkaian listrik AC dengan kapasitor sungguhan. Ya, materinya memang tidak mudah untuk dikuasai, tapi jika Anda memahaminya, tidak terlalu menakutkan. Selain itu, pastikan untuk menonton video yang kami pilih untuk menjawab semua kemungkinan pertanyaan secara lengkap.