Kondenzátor

Nejjednodušší kondenzátor si můžeme představit jako dvě desky, které nejsou elektricky propojené. To znamená, že proud nemá jak skrz kondenzátor téct. Možná to zní zvláštně — vkládat do elektrického obvodu součástku, která proud nepropouští. Přesto je kondenzátor klíčovou součástkou zdrojů, filtrů, oscilátorů i zesilovačů. Najdete ho od nejmenší elektroniky až po energetiku.

V dalších článcích se ponoříme hlouběji do dějů, které se mohou skrývat i ve zmíněných dvou plíšcích s kouskem izolantu mezi nimi. V tomto úvodním povídání se však na kondenzátor podíváme pomocí vodní analogie. Možná vám to zní banálně, ale právě díky této analogii lze pochopit i pokročilejší jevy, jako jsou přechodové děje, které se při nabíjení a vybíjení kondenzátoru odehrávají.

Vodní analogie

Ve vodní analogii představuje tok vody elektrický proud, tlak odpovídá napětí a průřez trubky znázorňuje elektrický odpor, který proudění brání. Kondenzátor si pak můžeme představit jako zásobník na vodu, kterým však voda nemůže volně protékat, protože komory jsou odděleny izolační membránou. Tato membrána je pružná a právě její pružnost je v analogii zásadní.

Když na vstup zásobníku přivedeme tlak (tedy elektrické napětí), začne do něj téct voda (elektrický proud). Zásobník se bude plnit tak dlouho, dokud tlak bude dostatečný na to, aby překonal odpor membrány. V okamžiku, kdy už tlak nedokáže membránu dále deformovat, považujeme kondenzátor za nabitý.

Pokud bychom vývody zásobníku uzavřeli (což odpovídá odpojení kondenzátoru od obvodu), zůstane mezi komorami rozdíl tlaků — dokud zásobník znovu nepřipojíme k obvodu, aby mohla voda odtékat a vykonávat práci. To znamená, že v zásobníku byla uložena energie.

To nás přivádí k první základní definici:

Kondenzátor je úložiště elektrické energie.

Rozdíl množství vody mezi oddělenými komorami v naší analogii odpovídá rozdílu elektrického náboje, který se při nabíjení hromadí na jednotlivých deskách kondenzátoru. Čím větší je tlak (tedy elektrické napětí), tím více náboje stejné polarity lze na jednu desku „natlačit“.

Platí tedy přímá úměrnost:

$$
Q ≈ U
$$

To znamená, že množství náboje Q, které je kondenzátor schopen pojmout, je úměrné napětí U, které na něj přivedeme. Kolik přesně náboje dané napětí uloží, záleží na konstrukci kondenzátoru. Tuto schopnost vyjadřuje veličina kapacita, značená C, měřená ve faradech (F).

A pokud chceme znát přesný vztah mezi jaké množství náboje při daném napětí dokáže kondenzátor pojmout, použijeme vzorec:

$$
Q = C \cdot U\ (\mathrm{C})
$$