En kondensator är en komponent som lagrar elektrisk laddning. Den består av två ledande plattor med ett isolerande skikt emellan. När en spänning läggs över kondensatorn samlas plusladdning på den ena plattan och minusladdning på den andra. Hur mycket laddning den rymmer kallas kapacitans och mäts i farad. Kondensatorer finns i nästan all elektronik, där de jämnar ut spänning, filtrerar bort störningar och hjälper motorer att starta.
På engelska heter komponenten capacitor. På svenska heter den kondensator. Ordet ska inte blandas ihop med kondensorn i ett kylskåp eller en värmepump. Här förklarar vi hur kondensatorn fungerar, vad siffrorna på den betyder och hur du räknar ut energi och laddningstid. Vi tar också upp varför en urkopplad kondensator kan vara farlig.
Vad är en kondensator?
Den enklaste kondensatorn är två metallplattor som står nära varandra utan att röra vid varandra. Mellanrummet fylls med ett isolerande material som kallas dielektrikum. Det kan vara luft, plast, keramik, papper eller ett tunt oxidskikt.
Kopplar du en spänning över plattorna drar spänningskällan elektroner från den ena plattan och trycker dem till den andra. Ström flyter en kort stund, men inte genom kondensatorn. Isolatorn stoppar laddningarna, som samlas på varsin sida. När spänningen över kondensatorn är lika stor som källans upphör strömmen.
Laddningen ligger kvar även om du kopplar bort källan. Kondensatorn fungerar då som ett litet batteri som kan tömmas mycket snabbt. Skillnaden mot ett batteri är att kondensatorn lagrar energin i ett elektriskt fält, medan batteriet lagrar den kemiskt.
Kapacitans och farad
Kapacitans anger hur mycket laddning kondensatorn rymmer per volt. Sambandet är C = Q / U, där Q är laddningen i coulomb och U spänningen i volt. Enheten är farad, F, uppkallad efter den engelske fysikern Michael Faraday.
En farad är en mycket stor kapacitans. Vanliga kondensatorer mäts därför med prefix:
| Enhet | Värde | Typiskt i |
|---|---|---|
| pikofarad, pF | 0,000 000 000 001 F | Radiokretsar, små keramiska kondensatorer |
| nanofarad, nF | 0,000 000 001 F | Filter och avkoppling på kretskort |
| mikrofarad, µF | 0,000 001 F | Nätaggregat, motorkondensatorer |
| farad, F | 1 F | Superkondensatorer |
Kapacitansen blir större ju större plattorna är, ju närmare de sitter och ju bättre isolatorn är på att polariseras. Därför rullas plattorna i många kondensatorer ihop till en tät rulle med ett mycket tunt isolerskikt emellan.
Så laddas och urladdas en kondensator
En kondensator laddas inte upp momentant. Om den laddas via ett motstånd går det snabbt i början och allt långsammare mot slutet. Takten bestäms av tidskonstanten τ = R × C, där R är resistansen i ohm och C kapacitansen i farad.
Efter en tidskonstant är kondensatorn laddad till ungefär 63 procent av full spänning. Efter fem tidskonstanter är den nästan helt full. Urladdningen följer samma kurva fast åt andra hållet. Kombinationen av motstånd och kondensator kallas RC-krets och används för fördröjningar, till exempel i en trappbelysning som släcks efter en stund.
Likström stoppas, växelström passerar
När kondensatorn väl är uppladdad flyter ingen mer likström. För växelström är det annorlunda. Spänningen byter riktning hela tiden, så kondensatorn laddas upp och ur om och om igen. Det ser ut som om växelströmmen går rakt igenom.
Motståndet mot växelström kallas reaktans och beräknas med X = 1 / (2π × f × C). Ju högre frekvensen är, desto lättare passerar strömmen. Den egenskapen gör kondensatorn till grundstenen i filter som skiljer höga toner från låga i en högtalare.
Räkna på en kondensator
Räknaren visar lagrad energi, laddning, tidskonstant och reaktans. Skriv kapacitansen med prefix, till exempel 470u för 470 µF eller 100n för 100 nF.
Räkna på en kondensator
Fyll i kapacitans och spänning. Med en resistans får du även tidskonstanten för uppladdningen.
Energin i en kondensator är E = ½ × C × U². Eftersom spänningen ingår i kvadrat innehåller en kondensator med hög spänning mycket mer energi än en lika stor med låg spänning.
Vad används kondensatorer till?
- Utjämning i nätaggregat. Efter likriktaren pulserar spänningen. En stor kondensator laddas upp i topparna och fyller i dalarna så att likspänningen blir jämn.
- Avkoppling på kretskort. Små kondensatorer nära varje krets tar bort snabba störningar på matningsspänningen.
- Start och drift av elmotorer. Enfasmotorer i fläktar, pumpar och kompressorer behöver ett fasförskjutet magnetfält för att börja snurra. En startkondensator eller driftkondensator skapar det.
- Tidskretsar. RC-kretsar bestämmer hur länge något ska hålla på, från blinkande lampor till fördröjda reläer.
- Kamerablixtar. En kondensator laddas långsamt av batteriet och tömmer sig på en bråkdel av en sekund i blixtröret.
- Pekskärmar. Mobilens skärm känner av fingret genom att mäta hur kapacitansen ändras när du rör vid glaset.
- Kortvarig energilagring. Superkondensatorer kan laddas och urladdas mycket snabbt och många gånger, till exempel för att ta tillvara bromsenergi.
Startkondensatorn
Brummar en motor utan att starta är startkondensatorn ofta trasig. Samma sak gäller om du måste putta igång fläkten för hand. Den är en vanlig reservdel och sitter i bland annat fläktar, värmepumpar och äldre tvättmaskiner. Ersättaren ska ha samma kapacitans i µF och minst samma spänningsklass. Ingrepp i fast anslutna apparater ska göras av behörig person. Kondensatorn måste laddas ur innan den hanteras.
Vanliga typer av kondensatorer
| Typ | Kapacitans | Egenskaper |
|---|---|---|
| Keramisk | pF till µF | Liten, billig, vanligast på kretskort |
| Film | nF till µF | Stabil och tålig, används i motorer och ljudkretsar |
| Elektrolyt | µF till tusentals µF | Stor kapacitans i liten volym, har plus och minus |
| Tantal | µF | Kompakt elektrolytkondensator, har plus och minus |
| Superkondensator | F till tusentals F | Lagrar mycket energi, låg spänning per cell |
Elektrolytkondensatorer är polariserade. Minusbenet är markerat med en rand på höljet och är ofta kortare. Kopplas kondensatorn fel kan oxidskiktet brytas ner. Den kan då svälla eller explodera.
Symbolen för kondensator
I kopplingsscheman ritas kondensatorn som två parallella streck med ett mellanrum, precis som plattorna i verkligheten. En polariserad kondensator ritas ofta med ett rakt och ett böjt streck eller med ett plustecken vid den positiva sidan.
Kondensatorer i serie och parallellt
Kondensatorer beter sig tvärtom mot resistorer. Parallellkopplade kondensatorer adderas direkt: två på 100 µF blir 200 µF. I serie blir den totala kapacitansen lägre än den minsta: två på 100 µF blir 50 µF, men tål i gengäld dubbla spänningen. Hur resistorer kopplas förklaras på sidan om resistans och motstånd.
Säkerhet: kondensatorn kan vara laddad
En kondensator kan behålla sin laddning länge efter att apparaten dragits ur. Stora kondensatorer i nätaggregat, mikrovågsugnar och motorer kan ge en kraftig och farlig stöt. Kondensatorer som lagrar 50 joule eller mer räknas som potentiellt dödliga. Öppna därför aldrig ett nätaggregat eller en mikrovågsugn om du inte vet hur kondensatorerna laddas ur på ett säkert sätt.
Mäta en kondensator
Många multimetrar har ett läge för kapacitans, märkt med F eller kondensatorsymbolen. Ladda alltid ur kondensatorn först och lossa den gärna från kretsen. Avviker värdet tydligt från märkningen är kondensatorn sliten. En uppsvälld eller läckande elektrolytkondensator ska bytas oavsett vad mätaren visar.
Leidenflaskan: den första kondensatorn
Den första kondensatorn var en glasburk med metallfolie på in- och utsidan. Den upptäcktes oberoende av två personer. Den tyske prästen Ewald Georg von Kleist gjorde sin upptäckt i oktober 1745. Den nederländske fysikprofessorn Pieter van Musschenbroek gjorde samma upptäckt 1745-1746 i Leiden. Det är efter staden som burken fått namnet Leidenflaskan.
Kondensator eller kondensor?
Orden låter lika men betyder olika saker. En kondensator är elektronikkomponenten på den här sidan. En kondensor är en värmeväxlare där en gas kondenseras till vätska, till exempel på baksidan av ett kylskåp eller i utedelen till en värmepump. En värmepump innehåller för övrigt båda.
Vanliga frågor om kondensatorer
Vad gör en kondensator?
Den lagrar laddning och släpper ut den igen. I praktiska kretsar används den för att jämna ut spänning, filtrera bort störningar, skapa fördröjningar och starta motorer.
Vad heter capacitor på svenska?
Kondensator. Ordet kapacitor förekommer ibland som en direkt översättning men används sällan på svenska.
Vad är enheten för kapacitans?
Farad, med tecknet F. I verkliga kretsar används oftast mikrofarad (µF), nanofarad (nF) och pikofarad (pF).
Kan en kondensator ersätta ett batteri?
Bara för korta stunder. En kondensator laddas snabbt men lagrar mycket mindre energi per kilo än ett batteri. Spänningen sjunker också hela tiden när den laddas ur.
Källor
- Wikipedia: Capacitor (tidskonstant, reaktans, säkerhet, superkondensatorer)
- Wikipedia: Farad
- Wikipedia: Leyden jar
Senast uppdaterad