Bioelektriciteit: Basisbegrippen
Condensator
Condensator Elke geleider kan beschouwd worden als een elektrische component voor opslag van elektrische lading of als bron van elektrische lading. We concentreren ons hier op de eerste functie. De hoeveelheid lading per aangelegde spanning heet de capaciteit en wordt gemeten in de eenheid farad (met symbool F, afkomstig van Faraday). Een condensator is een elektrische component met een grote capaciteit.
Een condensator is in traditionele exemplaren opgebouwd uit twee vlakke geleidende platen met een relatief grote oppervlakte, die zich dicht bij elkaar bevinden en gescheiden zijn door een niet-geleidend materiaal of vacuüm, het diëlektricum. Hieronder is foto van een klassieke vlakke condensator, met lucht en glas als diëlektricum, die voor onderwijsdoeleinden gebruikt werd (bron: Schulhistorische Sammlung Bremerhaven)
Wanneer de ene geleider positief geladen wordt ten opzichte van de andere, verplaatsen de aan moleculen in het diëlektricum gebonden elektronen zich een beetje naar de positief geladen geleider. De naam is afgeleid van het Latijn werkwoord condensare, dat samenpersen betekent en in de context van een plaatcondensator betrekking heeft op de ladingen die samengeperst worden bij de vlakke platen van de condensator.
Symbool voor een condensator Het symbool voor een condensator in een elektrisch circuit symboliseert de opbouw van een vlakke condensator en kent twee varianten, namelijk
Het rechtersymbool wordt voor een gepolariseerde condensator, beter gekend onder de benaming 'elektrolytische condensator' (afgekort: elco), gebruikt die een plus- en minaansluiting heeft, waarbij het gekromde lijnstuk gebruikt wordt als indicatie dat daar negatieve lading zich ophoopt terwijl de andere geleider positief geladen is. Bij het linkersymbool voor een bipolaire condensator maken we geen onderscheid tussen positief of negatief geladen lading. Dit symbool lijkt op dat van een spanningsbron maar bij een condensator zijn de verticale streepjes even lang en even dik.
Oplading van een condensator Stel dat je de polen van een batterij, die een bronspanning \(V\) levert, via een geleidende draad en een schakelaar verbindt met een vlakke condensator; zie onderstaande tekening van de stroomkring.
Zodra je de schakelaar sluit en een gesloten elektrisch circuit ontstaat, leidt het potentiaalverschil tussen de aansluitingen van de batterij tot een elektrisch veld in de draad waardoor elektronen gaan stromen: de elektronen uit de bovenste plaat van de vlakke condensator stromen naar de positieve aansluiting van de batterij en zorgen er zo voor dat positieve lading op de plaat achterblijft. Het elektrisch veld zorgt tegelijkertijd dat een even groot aantal elektronen van de negatieve aansluiting van de batterij naar de onderste plaat van de condensator gaan en zorgen daar voor een negatieve lading. De oplading van de condensator gaat door totdat een even grote maar tegengestelde lading op beide platen aanwezig is en het potentiaalverschil tussen de platen overeenstemt met de spanning die de batterij levert. Er geldt op dat moment voor de lading \(Q\) op de bovenste condensatorplaat dat \[Q=C\cdot V\] We zullen later het proces van oplading van een condensator in detail bekijken. Maar wat opvalt is dat de condensator uiteindelijk weinig stroom doorlaat (alleen maar een lekstroom).
Formule voor capaciteit We sluiten af met te melden dat de capaciteit \(C\) van een vlakke plaatcondensator recht evenredig is met de oppervlakte \(A\) van de platen en de diëlektrische constante \(\epsilon\) van de tussenstof, en omgekeerd evenredig is met de onderlinge afstand \(d\) tussen de platen via de volgende formule \[C=\frac{\epsilon\cdot A}{d}\]
