Energia electrică în circuitele condensatoarelor – probleme și soluții
1. Determinați energia electrică din circuitul prezentat în figura de mai jos (1 µF = 10⁻⁶ F)
Cunoscut:
Condensator 1 (C1) = 3 µF 
Condensatorul 2 (C2 ) = 1 µF
Condensatorul 3 (C3 ) = 2 µF
Condensatorul 4 (C4 ) = 6 µF
Condensatorul 5 (C5 ) = 4 µF
Tensiune electrică (V) = 5 volți
Cerere: Energie electrică în circuite
soluţie:
Condensatorul echivalent:
Condensatorul 2 și condensatorul 3 sunt conectate în paralel . Condensatorul echivalent:
C A = C 2 + C 3 = 1 + 2 = 3 µF
Condensatorul 1, condensatorul A și condensatorul 4 sunt conectate în serie . Condensatorul echivalent:
1/C B = 1/C 1 + 1/C A + 1/C 4 = 1/3 + 1/3 + 1/6 = 2/6 + 2/6 + 1/6 = 5/6
C B = 6/5 µF
Condensatorul B și condensatorul 5 sunt conectate în paralel. Condensatorul echivalent:
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 Faradi
Energia electrică în circuit:
E = ½ CV² = ½ (5.2 x 10⁻⁶ )(5² ) = (2.6 x 10⁻⁶ )(25)
E = 65 x 10⁻⁴ Joule
2. Determinați energia electrică în circuitele condensatoarelor prezentate în figura de mai jos (1 µF = 10⁻⁶ F )
Cunoscut:
Condensatorul 1 (C1) = 4 µF 
Condensatorul 2 (C2 ) = 6 µF
Condensatorul 3 (C3 ) = 12 µF
Condensatorul 4 (C4 ) = 2 µF
Condensatorul 5 (C5 ) = 2 µF
Tensiune electrică (V) = 40 volți
Cerere: Energie electrică în circuite
soluţie:
Condensatorul echivalent:
Condensatorul 1, condensatorul 2 și condensatorul 3 sunt conectate în serie. Condensatorul echivalent:
1/C A = 1/C 1 + 1/C 2 + 1/C 3 = 1/4 + 1/6 + 1/12 = 3/12 + 2/12 + 1/12 = 6/12
CA = 12/6 = 2 µF
Condensatorul 4 și condensatorul 5 sunt conectate în serie. Condensatorul echivalent:
1/C₄ = 1/C₄ + 1/C₅ = 1/2 + 1/2 = 2/2
C B = 2/2 = 1 µF
Condensatorul A și condensatorul B în paralel. Condensatorul echivalent:
C = C A + C B = 2 + 1 = 3 µF
C = 3 x 10⁻⁶ Faradi
Energia electrică în circuite:
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 Jouli
3. Determinați energia stocată în circuitul electric prezentat în figura de mai jos.
Cunoscut:
Condensatorul 1 (C1) = 4 F 
Condensatorul 2 (C2 ) = 4 F
Condensatorul 3 (C3 ) = 4 F
Condensatorul 4 (C4 ) = 4 F
Condensatorul 5 (C5 ) = 2 F
Tensiune electrică (V) = 12 volți
Cerere: Energie electrică în circuite
soluţie:
Condensatorul echivalent:
Condensatorul 1, condensatorul 2 și condensatorul 3 sunt conectate în paralel. Condensatorul echivalent:
C A = C 1 + C 2 + C 3 = 4 + 4 + 4 = 12 F
Condensatorul 4 și condensatorul 5 sunt conectate în paralel. Condensatorul echivalent:
C B = C 4 + C 5 = 4 + 2 = 6 F
Condensatorul A și condensatorul B sunt conectate în serie. Condensatorul echivalent:
1/C = 1/C A + 1/C B = 1/12 + 1/6 = 1/12 + 2/12 = 3/12
C = 12/3 = 4 Farazi
Energia electrică în circuite:
E = ½ CV 2 = ½ (4)(12 2 ) = (2)(144)
E = 288 Joule
1. Întrebare: Cum este stocată energia într-un condensator?
Răspuns: Energia dintr-un condensator este stocată în câmpul electric dintre plăcile sale. Când se aplică o tensiune pe un condensator, sarcinile pozitive se acumulează pe o placă și sarcinile negative pe placa opusă, creând un câmp electric.
2. Întrebare: Care este formula pentru energia stocată într-un condensator?
Răspuns: Energia (U) stocată într-un condensator este dată de �=12��2 unde C este capacitatea, iar V este tensiunea la bornele condensatorului.
3. Întrebare: Ce se întâmplă cu energia stocată într-un condensator atunci când tensiunea se dublează?
Răspuns: Deoarece energia este proporțională cu pătratul tensiunii (V^2), atunci când tensiunea este dublată, energia crește de patru ori.
4. Întrebare: De ce poate fi periculos un condensator încărcat chiar dacă este deconectat de la sursa sa de tensiune?
Răspuns: Un condensator încărcat își poate păstra energia stocată chiar și atunci când este deconectat de la sursa sa de tensiune. Dacă un conductor (sau o persoană) intră în contact cu bornele, energia stocată poate fi eliberată rapid, putând provoca vătămări sau daune.
5. Întrebare: Cum se modifică energia stocată într-un condensator dacă capacitatea este înjumătățită, menținând în același timp tensiunea constantă?
Răspuns: Dacă capacitatea este înjumătățită și tensiunea rămâne constantă, energia stocată va fi, de asemenea, înjumătățită, deoarece energia este direct proporțională cu capacitatea.
6. Întrebare: Ce rol joacă materialul dielectric într-un condensator?
Răspuns: Materialul dielectric crește capacitatea condensatorului prin reducerea câmpului electric efectiv dintre plăci și, de asemenea, previne conducerea sarcinii între plăci.
7. Întrebare: Într-un circuit cu condensatoare în serie, cum se compară capacitatea totală cu capacitățile individuale?
Răspuns: Într-o configurație în serie, inversul capacității totale (1/C_total) este suma inverselor capacităților individuale. Aceasta înseamnă că capacitatea totală într-o configurație în serie este întotdeauna mai mică decât cea mai mică capacitate din serie.
8. Întrebare: Cum se calculează capacitatea totală pentru condensatoarele conectate în paralel?
Răspuns: Pentru condensatoarele în paralel, capacitatea totală este suma capacităților individuale.
9. Întrebare: De ce un condensator blochează curentul continuu (CC), dar permite trecerea curentului alternativ (CA)?
Răspuns: Un condensator blochează curentul continuu deoarece, odată ce este complet încărcat, nu mai poate circula curent. Cu toate acestea, în cazul curentului alternativ, tensiunea se schimbă continuu, determinând încărcarea și descărcarea condensatorului, permițând circulația unui curent efectiv.
10. Întrebare: Ce se întâmplă cu tensiunea unui condensator dacă acesta este conectat la o baterie și apoi deconectat înainte de a ajunge la încărcare completă?
Răspuns: Condensatorul va păstra tensiunea pe care o avea în momentul deconectării și nu se va mai încărca decât dacă este conectat din nou la o sursă de alimentare.
