Elektrienergia kondensaatorahelates – probleemid ja lahendused
1. Määrake alloleval joonisel kujutatud vooluringi elektrienergia (1 µF = 10⁻⁶ F )
Tuntud:
Capacitor 1 (C1) = 3 µF 
Kondensaator 2 (C2 ) = 1 µF
Kondensaator 3 (C3 ) = 2 µF
Kondensaator 4 (C4 ) = 6 µF
Kondensaator 5 (C5 ) = 4 µF
Elektriline pinge (V) = 5 volti
Otsitakse: Elektrienergia vooluringides
lahendus:
Samaväärne kondensaator:
Kondensaator 2 ja kondensaator 3 on ühendatud paralleelselt . Ekvivalentkondensaator:
C A = C 2 + C 3 = 1 + 2 = 3 µF
Kondensaator 1, kondensaator A ja kondensaator 4 on ühendatud järjestikku . Ekvivalentkondensaator:
1/C B = 1/C 1 + 1/CA + 1/C 4 = 1/3 + 1/3 + 1/6 = 2/6 + 2/6 + 1/6 = 5/6
C B = 6/5 µF
Kondensaator B ja kondensaator 5 on ühendatud paralleelselt. Ekvivalentkondensaator:
C = C B + C 5 = 6/5 + 4 = 6/5 + 16/4 = 24/20 + 80/20 = 104/20 = 5.2 µF
C = 5.2 x 10⁻⁶ farad
Elektrienergia vooluringis:
E = ½ CV² = ½ (5.2 x 10⁻⁶ )(5² ) = (2.6 x 10⁻⁶ )(25)
E = 65 x 10⁻⁴ džauli
2. Määrake alloleval joonisel näidatud kondensaatorahelate elektrienergia (1 µF = 10⁻⁶ F)
Tuntud:
Kondensaator 1 (C1) = 4 µF 
Kondensaator 2 (C2 ) = 6 µF
Kondensaator 3 (C3 ) = 12 µF
Kondensaator 4 (C4 ) = 2 µF
Kondensaator 5 (C5 ) = 2 µF
Elektriline pinge (V) = 40 volti
Otsitakse: Elektrienergia vooluringides
lahendus:
Samaväärne kondensaator:
Kondensaator 1, kondensaator 2 ja kondensaator 3 on ühendatud järjestikku. Ekvivalentkondensaator:
1/ CA = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 = 1/4 + 1/6 + 1/12 = 3/12 + 2/12 + 1/12 = 6/12
CA = 12/6 = 2 µF
Kondensaator 4 ja kondensaator 5 on ühendatud järjestikku. Ekvivalentkondensaator:
1/C B = 1/C 4 + 1/C 5 = 1/2 + 1/2 = 2/2
C B = 2/2 = 1 µF
Kondensaator A ja kondensaator B paralleelselt. Ekvivalentkondensaator:
C = C A + C B = 2 + 1 = 3 µF
C = 3 x 10⁻⁶ farad
Elektrienergia vooluringides:
E = ½ CV² = ½ (3 x 10⁻⁶ )(40² ) = (1.5 x 10⁻⁶ )(1600)
E = 2400 x 10⁻⁶ = 2.4 x 10⁻³ džauli
3. Määrake alloleval joonisel kujutatud elektriahelas salvestunud energia.
Tuntud:
Kondensaator 1 (C1) = 4 F 
Kondensaator 2 (C 2 ) = 4 F
Kondensaator 3 (C 3 ) = 4 F
Kondensaator 4 (C 4 ) = 4 F
Kondensaator 5 (C 5 ) = 2 F
Elektriline pinge (V) = 12 volti
Otsitakse: Elektrienergia vooluringides
lahendus:
Samaväärne kondensaator:
Kondensaator 1, kondensaator 2 ja kondensaator 3 on ühendatud paralleelselt. Ekvivalentkondensaator:
C A = C1 + C2 + C3 = 4 + 4 + 4 = 12 F
Kondensaator 4 ja kondensaator 5 on ühendatud paralleelselt. Ekvivalentkondensaator:
CB = C4 + C5 = 4 + 2 = 6F
Kondensaator A ja kondensaator B on ühendatud järjestikku. Ekvivalentkondensaator:
1/C = 1/CA + 1/ CB = 1/12 + 1/6 = 1/12 + 2/12 = 3/12
C = 12/3 = 4 faraadi
Elektrienergia vooluringides:
E = ½ CV 2 = ½ (4) (12 2 ) = (2) (144)
E = 288 džauli
1. Küsimus: Kuidas kondensaatoris energiat salvestatakse?
Vastus: Kondensaatori energia salvestub selle plaatide vahelises elektriväljas. Kui kondensaatorile rakendatakse pinget, kogunevad positiivsed laengud ühele plaadile ja negatiivsed laengud vastasplaadile, tekitades elektrivälja.
2. Küsimus: Mis on kondensaatoris salvestatud energia valem?
Vastus: Kondensaatoris salvestatud energia (U) on antud järgmise valemiga : �=12��2 , kus C on mahtuvus ja V on pinge kondensaatoril.
3. Küsimus: Mis juhtub kondensaatoris salvestatud energiaga, kui pinge kahekordistub?
Vastus: Kuna energia on võrdeline pinge ruuduga (V^2), siis pinge kahekordistumisel suureneb energia neli korda.
4. Küsimus: Miks võib laetud kondensaator olla ohtlik isegi siis, kui see on pingeallikast lahti ühendatud?
Vastus: Laetud kondensaator suudab säilitada salvestatud energia isegi siis, kui see on pingeallikast lahti ühendatud. Kui juht (või inimene) puutub kokku klemmidega, võib salvestatud energia kiiresti vabaneda, mis võib põhjustada kahju või kahjustusi.
5. Küsimus: Kuidas muutub kondensaatoris salvestatud energia, kui mahtuvust poole võrra vähendada, samal ajal kui pinge jääb konstantseks?
Vastus: Kui mahtuvus väheneb poole võrra ja pinge jääb konstantseks, siis väheneb ka salvestatud energia poole võrra, kuna energia on otseselt proportsionaalne mahtuvusega.
6. Küsimus: Milline roll on dielektrilisel materjalil kondensaatoris?
Vastus: Dielektriline materjal suurendab kondensaatori mahtuvust, vähendades plaatide vahelist efektiivset elektrivälja ja takistab ka laengu juhtivust plaatide vahel.
7. Küsimus: Kuidas on kondensaatorite jadaühenduses kogumahtuvus võrreldes üksikute kondensaatorite mahtuvustega?
Vastus: Jadaühenduses on kogumahtuvuse pöördväärtus (1/C_total) üksikute mahtuvuste pöördväärtuste summa. See tähendab, et jadaühenduses on kogumahtuvus alati väiksem kui jada väikseim mahtuvus.
8. Küsimus: Kuidas arvutatakse paralleelselt ühendatud kondensaatorite kogumahtuvus?
Vastus: Paralleelselt ühendatud kondensaatorite puhul on kogumahtuvus üksikute mahtuvuste summa.
9. Küsimus: Miks kondensaator blokeerib alalisvoolu (DC), kuid laseb läbi vahelduvvoolu (AC)?
Vastus: Kondensaator blokeerib alalisvoolu, sest kui see on täielikult laetud, ei saa enam voolu voolata. Vahelduvvoolu puhul aga pinge pidevalt muutub, põhjustades kondensaatori laadimist ja tühjenemist, võimaldades efektiivse voolu voolamist.
10. Küsimus: Mis juhtub kondensaatori pingega, kui see ühendada akuga ja seejärel lahti ühendada enne täieliku laetuse saavutamist?
Vastus: Kondensaator säilitab lahtiühendamise hetkel olnud pinge ja ei lae edasi, kui see pole uuesti toiteallikaga ühendatud.
