Kondensaattorin toimintaperiaate

Jotta voitaisiin osoittaa miten kondensaattori toimii, tarkastellaan yksinkertaisinta kondensaattorin rakennetta. Se koostuu kahdesta rinnakkaisesta johtavasta levystä, jotka erottaa toisistaan dielektriikki, joka on rinnakaskappalekondensaattori. Kun yhdistämme akun (DC-jännitelähteestä) kondensaattoriin, yksi levy (levy-I) liitetään akun positiiviseen päähän, ja toinen levy (levy-II) negatiiviseen päähän. Nyt akun jännite sovelletaan kondensaattoriin. Tällöin levy-I on positiivisessa potentiaalissa suhteessa levy-II:een. Vakaassa tilassa virta yrittää kulkea kondensaattorin läpi sen positiiviselta levyltä (levy-I) negatiiviseen levylle (levy-II), mutta ei voi kulkea näiden levien erottamisen vuoksi eristävällä materiaalilla.

Kondensaattorin yli ilmenee sähkökenttä. Ajan myötä positiivinen levy (levy I) kerää positiivista sähköä akulta, ja negatiivinen levy (levy II) kerää negatiivista sähköä akulta. Tietyn ajan kuluttua kondensaattori pitää maksimaalisen määrän sähköä sen kapasitanssin mukaan tähän jännitteeseen. Tämä aikajana kutsutaan kondensaattorin latausaikaksi.

Kun tämä akku poistetaan kondensaattorista, nämä kaksi levyyä pitävät positiivista ja negatiivista sähköä tietyn ajan. Näin kondensaattori toimii sähköenergian lähteenä.

Jos molemmat päätepisteet (levy I ja levy II) yhdistetään kuormaan, virta virtaa tästä kuormasta levystä I levylle II, kunnes kaikki sähkö kadotetaan molemmilta levyltä. Tämä aikajana tunnetaan kondensaattorin purkautumisaikana.

Kondensaattori DC-piirissä

Oletetaan, että kondensaattori on yhdistetty akun läpi kytkimen kautta.

Kun kytkin on päällä, eli t = +0, virta alkaa kulkea tämän kondensaattorin läpi. Tietyn ajan kuluttua (eli latausaika) kondensaattori ei enää salli virtaa kulkea sen läpi. Tämä johtuu siitä, että molemmilla levillä on kerääntynyt maksimaalinen määrä sähköä, ja kondensaattori toimii lähteenä, jonka positiivinen pää on yhdistetty akun positiiviseen päähän ja negatiivinen pää akun negatiiviseen päähän samalla potentiaalilla.

Nollan potentiaalin erotuksen vuoksi akun ja kondensaattorin välillä ei virtaa kulje. Siksi voidaan sanoa, että aluksi kondensaattori on lyötty piiriin ja lopulta avattu, kun se yhdistetään akun tai DC-lähteen kanssa.

Kondensaattori AC-piirissä

Oletetaan, että kondensaattori on yhdistetty AC-lähteen kautta. Oletetaan, että tietyllä hetkellä vaihtovirtajännitteen positiivisella puoliskolla levy-I saa positiivisen napin ja levy-II negatiivisen napin. Juuri tuona hetkenä levy-I kerää positiivista sähköä ja levy-II negatiivista sähköä.

Mutta vaihtovirtajännitteen negatiivisella puoliskolla levy-I saa negatiivisen sähköä ja levy-II positiivista sähköä. Elektronit eivät kulje näiden kahden levyn välillä, koska niitä erottaa dielektriikki, mutta ne muuttavat nappejaan lähteen nappeiden muutoksen mukaisesti. Kondensaattorin levyltä ladattaan ja purkautuu vaihtovirta.