Kondenzátory jsou zařízení schopná akumulovat a ukládat elektrický náboj. V některých situacích je nutné spojit několik kondenzátorů dohromady. Při sériovém připojení kondenzátorů bude celková kapacita této kombinace menší než kapacita každého jednotlivého kondenzátoru. Tento jev lze vysvětlit zvláštnostmi interakce elektrických polí kondenzátorů v obvodu.
Když jsou kondenzátory připojeny do obvodu, interagují mezi sebou prostřednictvím společného obvodu. V tomto případě elektrické pole každého kondenzátoru proniká do oblasti jiných kondenzátorů. Elektrické pole vytvořené jedním kondenzátorem ovlivňuje kapacitu ostatních kondenzátorů ve společném obvodu.
Efekt sériového připojení kondenzátorů je ten, že elektrické pole způsobuje změnu nábojů na elektrodách kondenzátorů. Každý kondenzátor má svou nabíjecí rovinu, která vstupuje do oblasti jiných kondenzátorů. Kvůli této interakci elektrických polí se náboje na nabíjecích rovinách mění podle podmínek interakce.
V důsledku interakce elektrických polí kondenzátorů při sériovém připojení klesá kapacita celé kombinace. Důvodem jsou další náboje vznikající na nabíjecích rovinách kondenzátorů. Součtem kapacit kondenzátorů v sérii tedy získáme hodnotu celkové kapacity, která bude menší, než kdyby byly kondenzátory zapojeny paralelně.
Proč kapacita klesá
Kapacita kondenzátoru je určena jeho geometrickými parametry, jako je plocha desek a vzdálenost mezi nimi, a také dielektrickou propustností média, která vyplňuje prostor mezi deskami. Při sériovém připojení kondenzátorů se tyto parametry mění, což vede ke snížení jejich celkové kapacity.
Především při sériovém připojení kondenzátorů se jejich desky zmenšují. K tomu dochází proto, že celková plocha desek každého kondenzátoru je vypočítána jako součet ploch jeho desek a v případě sériového spojení se celková plocha stává rovna ploše nejmenší desky.
Kromě toho se vzdálenost mezi deskami každého kondenzátoru také zvyšuje při sériovém připojení. K tomu dochází, protože celková vzdálenost mezi deskami se rovná součtu vzdáleností mezi deskami každého kondenzátoru. Při sériovém připojení se tedy vzdálenost rovná součtu vzdáleností všech kondenzátorů.
Dalším faktorem ovlivňujícím snížení kapacity při sériovém připojení kondenzátorů je dielektrická propustnost média mezi deskami. Při připojení kondenzátorů v sekvenci se celková dielektrická propustnost média rovná součtu dielektrických propustností každého kondenzátoru. Pokud je tedy dielektrická propustnost média mezi deskami každého kondenzátoru menší než dielektrická propustnost média mezi deskami jiných kondenzátorů, pak bude celková dielektrická propustnost média menší, což povede ke snížení kapacity.
Při sériovém připojení kondenzátorů
V elektrických obvodech mohou být kondenzátory připojeny paralelně nebo sériově. Při sériovém připojení kondenzátorů se celková kapacita obvodu snižuje.
Při sériovém připojení kondenzátorů je kladný pól jednoho z nich připojen k zápornému pólu druhého. Toto spojení umožňuje vytvořit stejný potenciálový rozdíl na obou koncích Spojených kondenzátorů.
Ke snížení celkové kapacity dochází v důsledku zvýšení celkové dielektrochisly a účinnosti kondenzátorové vazby, což vede ke zvýšení potenciálního rozdílu mezi obklady každého kondenzátoru. Výsledkem je, že elektrické pole v každém kondenzátoru je zesíleno a kapacita se snižuje.
Efekt snížení kapacity
Při sériovém připojení kondenzátorů se celková kapacita obvodu snižuje ve srovnání s kapacitou každého jednotlivého kondenzátoru. Tento efekt je vysvětlen skutečností, že při sériovém připojení kondenzátorů závisí celková kapacita obvodu na zpětné hodnotě součtu zpětných hodnot kapacit každého kondenzátoru.
Pokud máme dva kondenzátory s kapacitami C1 A C2, celková kapacita obvodu bude určena vzorcem:
| Celková kapacita obvodu (Ccelkový) | = | 1 / (1/C1 + 1/C2) |
|---|
Z tohoto vzorce je zřejmé, že součet zpětných hodnot nádob každého kondenzátoru je ve jmenovateli. Proto čím větší je zpětný prvek ve jmenovateli, tím menší je celková kapacita obvodu.
Efekt snížení kapacity je zřejmý při sériovém připojení velkého počtu kondenzátorů. Pokud vezmeme například 10 kondenzátorů se stejnými kapacitami, celková kapacita obvodu bude 10krát menší než kapacita každého jednotlivého kondenzátoru.
Důvody pro snížení kapacity
Při sériovém připojení kondenzátorů se kapacita obvodu snižuje z několika důvodů:
| 1. Zmenšení plochy desek | Když se kondenzátory spojí do obvodu,desky paralelních kondenzátorů se stanou sériovými. To vede ke snížení celkové plochy desek, což snižuje kapacitu obvodu. Menší plocha desek znamená menší schopnost kondenzátoru akumulovat náboj. |
| 2. Zvětšení vzdálenosti mezi deskami | Při sériovém připojení kondenzátorů se vzdálenost mezi deskami jednoho kondenzátoru zvyšuje v důsledku začlenění desek druhého kondenzátoru do obvodu. Větší vzdálenost mezi deskami snižuje kapacitu kondenzátoru podle rovnice kapacity kondenzátoru, která závisí na ploše desek a vzdálenosti mezi nimi. |
| 3. Zvýšení dielektrické permeability | Pokud mají kondenzátory zapojené do série různé hodnoty dielektrické permeability, pak bude celková kapacita obvodu určena kondenzátorem s nižší hodnotou dielektrické permeability. Kondenzátor s vyšší dielektrickou propustností bude mít menší dopad na celkovou kapacitu obvodu. |
Sériové připojení kondenzátorů tedy vede ke snížení kapacity obvodu v důsledku snížení plochy desek, zvýšení vzdálenosti mezi deskami a různé dielektrické permeability.