Jednou z hlavních charakteristik kondenzátoru je napětí, které může vydržet. Při připojení více kondenzátorů do řady vzniká důležitá otázka závislosti napětí na každém z nich. V tomto článku se podíváme na tuto závislost a její fyzické vysvětlení.
Při sériovém připojení kondenzátorů závisí celkové napětí na každém z nich na jejich kapacitách a nábojích na nich. Velikost napětí na každém jednotlivém kondenzátoru je přímo úměrná jeho kapacitě a je nepřímo úměrná celé celkové kapacitě obvodu. Pokud se tedy kapacita jednoho z kondenzátorů zvýší, napětí na něm se sníží a zbývající kondenzátory zůstanou stejné.
Kromě závislosti napětí na kapacitě kondenzátoru mají na ně vliv i náboje. Pokud je na každém kondenzátoru náboj stejný, napětí na nich bude stejné. Pokud se náboje liší, napětí na kondenzátorech se bude lišit. V takovém případě se součet napětí na všech kondenzátorech rovná celkovému napětí v obvodu.
Při sériovém připojení kondenzátorů tedy napětí na každém z nich závisí na jeho kapacitě a náboji. Tento fyzikální jev lze vysvětlit proporcionální závislostí napětí na kapacitě a nepřímo úměrnou závislostí na celkové kapacitě. Náboje na kondenzátorech také ovlivňují jejich napětí, při stejném náboji bude napětí na každém kondenzátoru stejné.
Závislost napětí na počtu kondenzátorů
Při sériovém připojení kondenzátorů se v obvodu vytvoří obvod, ve kterém jsou všechny kondenzátory spojeny jeden po druhém. V takovém obvodu je napětí rozděleno mezi každý kondenzátor a závisí na jejich množství.
K určení závislosti napětí na počtu kondenzátorů lze použít vzorec:
- Ucelkový - celkové napětí v obvodu,
- U1, U2, . Un - napětí na každém kondenzátoru.
S rostoucím počtem kondenzátorů v obvodu se tedy zvýší celkové napětí. Každý kondenzátor přispívá k celkovému napětí obvodu.
Pro názornou představu závislosti napětí na počtu kondenzátorů lze použít tabulku:
| Počet kondenzátorů (n) | Celkové napětí (Ucelkový) |
|---|---|
| 1 | U1 |
| 2 | U1 + U2 |
| 3 | U1 + U2 + U3 |
| . | . |
| n | U1 + U2 + . + Un |
Z tabulky je patrné, že s rostoucím počtem kondenzátorů roste celkové napětí.
Vliv sériového připojení kondenzátorů
Sériové připojení kondenzátorů ovlivňuje parametry obvodu a napětí v něm. Jedním z hlavních účinků, ke kterým dochází při tomto spojení, je změna účinné kapacity obvodu. Efektivní kapacita sériového připojení kondenzátorů se vypočítá podle vzorce:
kde CEFF - efektivní kapacita obvodu a C1, C2, . Cn - kapacity propojených kondenzátorů.
Kromě změny kapacity ovlivňuje sériové připojení kondenzátorů také napětí v obvodu. Když jsou kondenzátory připojeny do sekvence, napětí na každém kondenzátoru se mezi nimi rozdělí úměrně jejich kapacitám. Pokud má například první kondenzátor kapacitu 2krát větší než druhý kondenzátor, napětí na něm bude 2krát menší než na druhém kondenzátoru.
Účinky sériového připojení kondenzátorů mohou být použity v různých oblastech elektroniky a elektrotechniky. Tento obvod lze použít například ke zvýšení kapacity společné kondenzátorové baterie nebo k oddělení napětí v obvodech s různými spotřebiteli.
Výpočet napětí v sériovém připojení
Při sériovém připojení kondenzátorů je mezi nimi sdíleno celkové napětí úměrné jejich kapacitám. Výpočet napětí v tomto spojení lze provést podle následujícího vzorce:
Napětí na každém kondenzátoru se rovná součinu celkového napětí na příslušný zlomek, kde čitatel je kapacita daného kondenzátoru a jmenovatelem je součet kapacit všech kondenzátorů:
Kde U je celkové napětí v obvodu, C1, C2, . , Cn - kapacity propojených kondenzátorů, U1, U2, . , Un - napětí na každém kondenzátoru.