Condensatoren

Goedemiddag allen,

Ik heb een vraag die, denk ik, voor velen echt te simpel is, maar ik snap 't niet helemaal.

Ik ben mij uit interesse wat aan 't inlezen op 't gebied van electronica. Op het moment probeer ik wat te leren over condensatoren.

Ik stel me volgende schakeling voor:

code:

        C
  +----||----+
  |          |
  |    |     |
  +----||----+
       |
       U

Hierin is:
U een spanningsbron (gelijkspanning)
C een condensator

Nu lees ik overal (bv. wiki) dat de stroom voorloopt op de spanning.
Wat ik niet zo goed/helemaal niet snap: Als ik die spanning op de condensator zet, dan is die spanning er toch gewoon, die spanning brengt de stroom op gang, (todat de maximale capaciteit is breikt). (je zou dan nog eerder zeggen de stroom naloopt op de spanning)

Nu ik dit schrijf bedenk ik mij: bedoelt men met de uitspraak "de stroom loopt voor op de spanning" mogelijk de spanning op de platen van de condensator zelf? Die wordt door de electronen langzaam (relatief begrip :-)) voorzien van lading, waardoor er een spanning begint te ontstaan tussen de condensator platen.

(
ahum....dit is geen schoolvraag, 't is zelfstudie.
Als werktuigbouwer opgeleidt krijg je hier maar weinig van mee. Daarna ben ik al zo'n 20 jaar ICT'er, dus dan krijg je er (electronica) ook niets van mee.
Nu leuk met breadboards aan 't spelen, maar ik wil ook graag begrijpen wat er nu werkelijk gebeurd in een component.

Zoals mijn dochter zou zeggen : je bent een complete noob.

Excuus als mijn vragen (er komen er vast meer) te simpel zijn
)

Met vriendelijke groet,
Martijn Bos

--edit : typo, en uitlijning schema(tje)

-- Met vriendelijke groet, Martijn Bos

Dat de stroom voorloopt op de spanning, gaat op bij wisselspanning.
Bij gelijkspanning is het anders, dan loopt de condensator eenmalig vol. Als hij vol is, dan is de spanning maximaal en de stroom nul.

Op 28 maart 2022 14:18:27 schreef maboc:

Nu lees ik overal (bv. wiki) dat de stroom voorloopt op de spanning.
Wat ik niet zo goed/helemaal niet snap: Als ik die spanning op de condensator zet, dan is die spanning er toch gewoon, die spanning brengt de stroom op gang, (todat de maximale capaciteit is breikt). (je zou dan nog eerder zeggen de stroom naloopt op de spanning)

Nu ik dit schrijf bedenk ik mij: bedoelt men met de uitspraak "de stroom loopt voor op de spanning" mogelijk de spanning op de platen van de condensator zelf? Die wordt door de electronen langzaam (relatief begrip :-)) voorzien van lading, waardoor er een spanning begint te ontstaan tussen de condensator platen.

De uitspraak dat de stroom voorop loopt op de spanning is geldig en duidelijk in "regimetoestand". dwz in een schakeling waar er een AC sinusstroom door de condensator loopt. maakt deel uit van de zng wisselstroomtheorie, waar een ander kan vereenvoudigd worden , en dat 90° voorlopen is daar dan een eenvoudige gevolg-wet.

Een condensator aansluiten op een batterij is wat anders, de wisselstroomtheorie is daar gewoon niet geldig... gaat hier over een "overgangsverschijnsel". ander stukje van de theorie..

nu ook bij het laden van een condensator over een batterij is de stroom er voor de spanning verschijnt op de platen; In die zin loopt de stroom ook voorop, maar er valt geen duidelijke wet uit op te maken.

of gebruik de algemene condensatorformule, die is altijd geldig.. maar wat ingewikkeld, daarom zijn er afleidingen gemaakt, ieder toepasbaar maar enkel geldig binnen hun gebied. gaat daar dikwijls fout :-)

Op 28 maart 2022 14:22:11 schreef KlaasZ:
Dat de stroom voorloopt op de spanning, gaat op bij wisselspanning.
Bij gelijkspanning is het anders, dan loopt de condensator eenmalig vol. Als hij vol is, dan is de spanning maximaal en de stroom nul.

Ow....dat is al wel heel snel antwoord ...tnx.

Maar ook bij wisselspanning zou ik dezelfde vraag kunnen/willen stellen:
De spanning op de aansluitpunten (vanuit de spanningsbron) is er gewoon (ook al wisselt deze dan steeds). Vanwege het opbouwen van de lading op de platen komt er langzaam een spanning over de platen te staan (potentiaalverschil over de platen). Die spanning over de platen loopt daarmee na op de stroom, denk ik nu.

Is dat correct of dwaal ik nu wat af?

-- Met vriendelijke groet, Martijn Bos
Hubie

Special Member

Het laden van een condensator met gelijkspanning en stroom heeft een bepaalde tijd nodig.Het leeglopen van de geladen condensator via een weerstand ook.Daar zijn formules voor met capaciteit en tijd.

foto Bron = Leerboek elektronica A.J.Dirksen.

Op 28 maart 2022 14:52:37 schreef maboc:
[...]

Maar ook bij wisselspanning zou ik dezelfde vraag kunnen/willen stellen:
De spanning op de aansluitpunten (vanuit de spanningsbron) is er gewoon (ook al wisselt deze dan steeds). Vanwege het opbouwen van de lading op de platen komt er langzaam een spanning over de platen te staan (potentiaalverschil over de platen). Die spanning over de platen loopt daarmee na op de stroom, denk ik nu.

wanneer loopt er het meeste stroom door de condensator? moet je je afvragen bij een wisselspanning.

Antwoord daarop is: dat is als de spanning het snelst wijzigt.
volgende vraag: wanneer stijgt de spanning het snelst bij een sinus?
antwoord: het moment dat de sinus door het nulpunt gaat.

conclusie : stroom is maximum bij doorgang nulpunt van de spanning, dus bij 0 volt..

Heeft TS wiskunde gehad als onderdeel van zijn werktuigbouwopleiding?

Want de spanning over een condensator is de integraal over de stroom erdoor. (en andersom, de stroom is de afgeleide van de spanning).

Dat geld altijd, wisselstroom of niet.

Maar in het geval van gelijkstroom is er vrij snel een steady state: Stroom is 0, integraal veranderd niet meer en spanning is dus constant.

Bij het aansluiten van de batterij is er geen gelijkstroom: De stroom en spanning waren 0, door het aansluiten van de batterij gaat er korte tijd een grote stroom lopen waardoor de steady state bereikt word.

Volgens de wiskunde zou die stroom een oneindig korte, oneindig grote puls moeten zijn (dirac puls). In werkelijkheid zorgt de parasitaire weerstand van batterij, condensator en bedrading ervoor dat het allemaal net wat langer duurt, met net wat lagere stroom.

In het geval van simpele wisselstroom (gewoon en sinus) is het simpel: De integraal van een sinus is een -cosinus en die loopt netjes achter op een sinus.

Die wiskundige beschrijving van een condensator komt niet helemaal uit de lucht vallen. Een condensator slaat lading op in zijn platen. Verplaatsing van lading (van de batterij naar de condensator) is stroom (1 Ampere is 1,6E19 elektronen (=1 Coulomb) per seconde).
Spanning is in feite de "kracht" (potentiaal) die de ladingen op de twee platen (positief op de ene, negatief op de andere) op elkaar uitoefenen.

Hoe meer lading, hoe meer "kracht" (potentiaal).

De integraal van de stroom is de hoeveelheid lading, dus de kracht(spanning)

Wow....wat veel antwoorden.
Ik ga hier vanavond eens op kauwen (nu eigenlijk aan 't werk).

Dank aan een ieder alvast voor de genomen moeite....zeer gewaardeerd.

-- Met vriendelijke groet, Martijn Bos
Hubie

Special Member

@TS,Als je met elektronica gaat beginnen kan ik je de 3 boeken van A.J Dirksen aanraden.

Geen onnodige moeilijke wiskundige formules die je later nooit meer gaat gebruiken maar in de praktijk uitgevoerde proeven met de universeelmeter en weerstanden,condensatoren en transistors.

Jeever

Golden Member

Op 28 maart 2022 14:18:27 schreef maboc:
Ik ben mij uit interesse wat aan 't inlezen op 't gebied van elektronica.
Als werktuigbouwer krijg je hier maar weinig van mee. Daarna ben ik al zo'n 20 jaar ICT'er, dus dan krijg je er (elektronica) ook niets van mee.

Op mijn blog heb ik een niet al te ingewikkelde inleidende cursus over de basisbeginselen van de elektronica geschreven. De inhoud van deze cursus staat hier:
https://verstraten-elektronica.blogspot.com/2020/11/elektronica-theori…
Als u meer wilt weten over de praktijk van op-amp's is dit misschien ook interessant:
https://verstraten-elektronica.blogspot.com/2020/11/cursus-op-amp-scha…

Bezoek mijn elektronica-hobby blog https://verstraten-elektronica.blogspot.com/
Frederick E. Terman

Honourable Member

Je zou de hoofdlijn van al het bovenstaande als volgt (ietwat versimpeld) kunnen samenvatten:

Om spanning over een condensator te krijgen, moet er lading in.
Om er lading in te krijgen, moet er eerst stroom lopen.

De spanning volgt dus ná de stroom. Of: eerst stroom, dan volgt spanning.
Dat geldt altijd. Voor wisselstroom (waar de spanning dus steeds een kwart periode achteraan komt), maar ook voor gelijkstroom.

Alleen is de oplaadtijd bij het aansluiten op een gelijkspanning meestal zo kort, dat je hem niet gemakkelijk met een multimeter kunt aantonen.
Als je opzettelijk een weerstand gebruikt, dan kun je de condensator vaak wel zien opladen.
Neem je bijvoorbeeld een condensator van 10 uF en laad je die via 100 kΩ, dan bereikt de spanning op de condensator na 1 seconde 63% van de eindwaarde. (t = RC = 1 seconde).
(meten met een moderne, dus 'hoogohmige' multimeter)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
vergeten

Golden Member

Op 28 maart 2022 14:46:32 schreef kris van damme:

nu ook bij het laden van een condensator over een batterij is de stroom er voor de spanning verschijnt op de platen;

Dat kan dus niet
Waardoorheen zou die stroom moeten lopen dan, er is op dat moment nog niets aangesloten.

In die zin loopt de stroom ook voorop, maar er valt geen duidelijke wet uit op te maken.

Nogmaals, kan niet.
Waarom zou er eerst stroom gaan lopen zonder dat er een spanning is aangelegd op de condensator, kan niet.

Bij wisselstroom is het een ander verhaal.

Doorgaans schrijf ik duidelijk wat ik bedoel, toch wordt het wel anders begrepen.
benleentje

Golden Member

Waarom zo moeilijk uitleggen.

Zie onderstaande figuur.

Heel strikt genomen is er altijd eerst spanning en dan pas stroom die is gewoon de natuurlijke wetmatigheid.

Wat ze bedoelen met de stroom loopt voor op de spanning is als je kijkt naar de punten waar ze maximaal zijn in de tijd.

Als we in het figuur naar de tijd-as onderin kijken dan is op tijdstip 0 de spanning 0V, er is dus wel degelijk spanning maar die is dan nog nog heel heel erg laag. Op dat zelfde moment is de stroom al maximaal.

Dus als we kijken naar enkel de maximale waardes dan is de stroom dat eerder dan de spanning.

https://riverglennapts.com/images/capacitor/charging-a-capacitor.jpeg

Bij een spoel ga je leren en zien dat het precies andersom om het eerste moment T=0 dat je er spanning op zet is de spanning gelijk al maximaal terwijl de stroom door de spoel nog 0 is. en spoel werkt de verandering van stroom tegen.

Een condensator werkt de verandering van spanning tegen en word daarom gebruikt in bv een voeding om een spanning te stabiliseren en zo vlak mogelijk te houden.

Mensen zijn soms net als een gelijkrichter, ze willen graag hun gelijk hebben.

@vergeten

Kan best. Op het moment dat je de batterij aansluit is de spanning op de condensator 0V. Maar het circuit is gesloten dus er gaat stroom lopen zodat de condensator geladen wordt en de spanning stijgt.

Wisselstroom of gelijkstroom maakt geen verschil. Je hebt altijd stroom nodig om de spanning te veranderen.

[Bericht gewijzigd door deKees op maandag 28 maart 2022 22:38:06 (21%)

Op 28 maart 2022 21:30:01 schreef vergeten:
[...]

[...]Nogmaals, kan niet.
Waarom zou er eerst stroom gaan lopen zonder dat er een spanning is aangelegd op de condensator, kan niet.

waarom zou er geen stroom kunnen lopen zonder dat er spanning over staat?
door een weerstand van 0 Ohm kan heel veel stroom lopen zonder dat er spanning over staat, hetzelfde voor een oneindig grote condensator..

nu kan je gaan discuteren over een niet oneindig grote condensator, maar je kan stellen dat er in dat geval een oneindig kort moment is dat de stroom al loopt voor de spanning verschijnt. Bij een condensator ga je best van de stroom uit, je kan niet zomaar "even spanning aanleggen", want dan krijg je een oneindig grote stroom..

Op 28 maart 2022 21:30:01 schreef vergeten:
Dat kan dus niet

Natuurlijk kan dat wel. Probleem is dat je om een condensator te begrijpen, het makkelijkst uit kunt gaan van een ideale condensator. En daar kan (oneindig) kort een (oneindig) hoge stroom door lopen, zonder dat er een spanning over staat.

In werkelijkheid is er natuurlijk weerstand in de condensator, de draden, de spanningsbrom. En er is inductie die in de weg zit, en doordat het circuit fysieke afmetingen heeft werkt het als antenne en straalt het een deel van de energie uit.

Goed voorbeeld is twee capaciteiten paradox

Ik heb eens zitten nadenken hoe je dat "voor ijlen" van de stroom het beste kan uitleggen. Dat het "voorloopt" lijkt causaliteit te negeren, dus vandaar dat het raar aanvoelt.

Stel is sluit een sinusvormige STROOMBRON aan op de condensator. Nu geldt als we bij nul stroom beginnen dat de spanning blijft toenemen zolang de stroom positief is. De spanningspiek wordt bereikt als de stroom door nul gaat en negatief wordt. De spanning wordt ook sinusvormig en loopt 90 graden achter op de stroom.

Als je nu de condensator aansluit op een spanningsbron die gelijk is aan de sinusvormige spanning die zojuist bij de stroombron optrad, dan MOET de stroom-curve dezelfde curve volgen als wat de stroombron daarnet deed. De spanning loopt nog steeds 90 graden achter op de stroom of anders gezegd: de stroom loopt 90 graden voor op de spanning.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Op 29 maart 2022 09:01:34 schreef rew:
Ik heb eens zitten nadenken hoe je dat "voor ijlen" van de stroom het beste kan uitleggen. Dat het "voorloopt" lijkt causaliteit te negeren, dus vandaar dat het raar aanvoelt.

Inderdaad, we kunnen (nog) niet in de toekomst meten :-). Oorzaak van de uitspraak voorijlend is dat we gewoon zijn de spanning als tijdsreferentie te nemen. Neem je de stroom als referentie, dan wordt de spanning naijlend.

Frederick E. Terman

Honourable Member

Op 29 maart 2022 06:55:14 schreef Robbe de Smet:
Als aanvulling:

[bijlage]

Dank je, dat is een aardige illustratie van mijn punt.
Maar ook voor gelijkstroom geldt dat er eerst stroom in de condensator zal moeten om lading te verzamelen, zodat er dán spanning te meten valt.
De stroom loopt dus al, terwijl de spanning bij nul begint (als we van een ongeladen condensator uitgingen).

Grappig trouwens: zeg 'de spanning komt na de stroom', en er valt niemand over; dat mag blijkbaar.
Maar zeg 'de stroom komt voor de spanning' - wat precies hetzelfde is -, en meteen wordt er door elkaar geschreeuwd over 'ijlen', en 'causaliteit', en 'kan niet'.

Op 28 maart 2022 21:30:01 schreef vergeten:
[...]Dat kan dus niet. Waardoorheen zou die stroom moeten lopen dan, er is op dat moment nog niets aangesloten.

Niet aangesloten? Dat verzin je er dan zelf bij. De discussie gaat over een wél aangesloten condensator, en hoe die zich oplaadt als er stroom in gaat, of dat nu wissel- of gelijkstroom is.

--
e: Alle amateurboekjes laten zien hoe de condensator laadt met gelijkstroom, en meestal ook hoe de situatie is met wisselstroom die al een tijdje loopt ('steady state conditions').
Maar de verwarring bij de beginner is altijd juist bij wisselstroom bij het eerste inschakelen ('transient conditions'). Gelukkig komen deze inschakelverschijnselen op bijv. het zendamateur-examen niet voor.

Maar het inschakelen nu net het interessantste. Een simulator is dan een aardig middel om zaken duidelijk te krijgen (als je weet hoe ermee om te gaan, tenminste).
Hieronder drie gevallen: 1) laden via een laadweerstand uit een 1 V gelijkspanning; 2) idem uit 1 V wisselspanning, fase 0; 3) idem uit 1 V wisselspanning, fase 90 graden.
Rood is de stroom die er gaat lopen, blauw is de spanning over de condensator. De spanning van de bron is niet getekend.

Bij de wisselspanning is het linker gedeelte, dus vlak na het inschakelen, het interessantst. Verder naar rechts is het gewoon als in de boekjes.
(klik= groter)

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
benleentje

Golden Member

door een weerstand van 0 Ohm kan heel veel stroom lopen zonder dat er spanning over staat,

Hoe dan. Omdat de spanning 0V is is dat niet hetzelfde als geen spanning. En voor de rest kan je dat gewoon uitrekenen

Als de spanning 1mV is en de weerstand 1µΩ dan loopt er gewoon 1000A niets mysterieus of geheimzinnig. Dan kan je wel zeggen 1mV dat is voor mij gewoon 0V en dus er is niets geen spanning maar zo werkt dat toch niet.

Wat betreft de condensator, de spanning erover is dan wel 0V op T=0 maar hij staat er dus wel en er is dus ook een elektrisch veld en dat zorgt er weer voor dat er lading (stroom) verplaats kan worden

Mensen zijn soms net als een gelijkrichter, ze willen graag hun gelijk hebben.
Frederick E. Terman

Honourable Member

Dat is te veel voodoo voor mij. :D

Er loopt stroom omdat er een bron in serie met een weerstand en een condensator staat. Bij het inschakelen staat alle spanning over de weerstand, en niets over de condensator (want die is nog leeg).
De Wet van Ohm doet de rest.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Op 29 maart 2022 19:41:37 schreef benleentje:
[...]Hoe dan. Omdat de spanning 0V is is dat niet hetzelfde als geen spanning.

er is misschien wel ergens spanning (maar dat doet hier niet terzake) maar alvast niet over een weerstand van 0 Ohm..

Op 29 maart 2022 19:41:37 schreef benleentje:

Als de spanning 1mV is en de weerstand 1µΩ dan loopt er gewoon 1000A niets mysterieus of geheimzinnig. Dan kan je wel zeggen 1mV dat is voor mij gewoon 0V en dus er is niets geen spanning maar zo werkt dat toch niet.

Ik schreef in het voorbeeld toch 0 Ohm ? dan verschijnt er 0 V, ook bij 1000 A..

Ik denk te begrijpen wat je wil zeggen. Om die 1000 A te doen lopen moet er ergens wel spanning zijn. Dat kan best, maar niet over de weerstand, noch de condensator bij de start. overigens eens de stroom van 1000 A door de weerstand loopt, kan je de pootjes korstsluiten, blijft de stroom lopen, zonder spanning. (testen nabij het absolute nulpunt :-) )

Een inzicht wat ik pas de laatste 10 jaar heb ontwikkeld en wat me niet tijdens mijn studie is verteld is:

Een "onderdeel" is een ding wat zich volgens een bepaalde formule gedraagt.

De bekende zijn:
* U = I * R : een weerstand.
* U = 0 : een draad.
* I = 0 : een isolator.
* I = C dU/dt : een condensator
* U = L dI/dt : een spoel.

Dan kan je zeggen: Maar dat zijn ideale onderdelen: Die bestaan niet.

Dat klopt. Maar: Vaak is de benadering van een onderdeel door z'n ideale broertje al nauwkeurig genoeg om dingen over de echte wereld te zeggen. Denk aan iedereen's eerste schema: Battery U=4.5, draad U=0, lampje, draad U=0. Wat gaat hier gebeuren? 4.5V over de lamp -> lampje gaat aan.

Ook hier geldt: Hoe kan er nu door een "U=0" draad een stroom lopen? Tja, in de praktijk is dat draadje dus een U = I * R, met R=0.005 Ohm.

Mocht de ideale component niet voldoende zijn, dan kan je andere ideale componenten in serie of parallel zetten om het niet-ideale gedrag te modelleren.

Datzelfde geldt voor een (vrijwel) ideale condensator, op t=0 dat je een stroom aan gaat bieden, is de spanning in theorie nog nul en begint met toenemen. Als je niet met super nauwkeurige instrumenten gaat meten aan enigszins juist gedimensioneerde componenten dan kan je het theoretische voorspelde gedrag gewoon waarnemen. Als ik een 300F supercondensator neem en die aan 10mA labvoeding hang, dan heb ik seconden lang de tijd om met m'n multimeter "zo goed als nul" spanning te meten over de condensator.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

All....

Wat een boel antwoorden DANK.

't is teveel om allemaal een voor een te beantwoorden.
Dus ik vat mijn reactie maar samen in deze post.

Die boeken van A.J. Dirksen: ik ben al even op zoek geweest, maar die zijn niet bij de bollen/amazonnen van de ze wereld te vinden. De bladzijde die @Hubie liet zien spraken mij nogal aan. Dus...ik ga gewoon op zoek.

@Blurp vraagt of ik wat wiskunde heb gehad: meer dan genoeg (tot mijn grote genoegen). Ik zie de boeken van A.J. Dirksen als een mooie/goede opstap, maar voor mij (als hobbyist) zit de lol er ook in de wiskundige/fysische achtergrond te begrijpen.

Over het onderwerp zelf:
Ik denk dat de drijvende kracht die de stroom laat lopen het spanningsverschil is tussen de aangelegde spanning en de spanning op de plaat. Hoe groter dat verschil is, des te groter de stroom die loopt. De stroom die de plaat op loopt veroorzaakt daar een potentiaal.
Dus in het geval van gelijkspanning kun je dan zien dat de stroming van electronen die potentiaal op de plaat doet toenemen. Daardoor wordt de drijvende kracht (potentiaalverschil tussen bron en plaat) stees minder waardoor er minder stroom gaat lopen.

(dat zie je terug in grafiekjes waar stroom/spanning tegen de tijd zijn uitgezet als typisch exponentieel)

-- Met vriendelijke groet, Martijn Bos