Električna napetost fb
 

Kondenzator




Friderika Lavrič, avtor/ica gradiva, nudi inštrukcije fizike v naslednjih krajih: Ljubljana.

Skype Učitelj/ica omogoča inštrukcije tudi prek Skypa.


Kondenzator je električni element. Najpreprostejši kondenzator je sestavljen iz dveh vzporednih kovinskih plošč ploščine S, ki sta razmaknjeni za d. Če je med ploščama zrak, je to zračni kondenzator. Med plošče pa lahko dodamo tudi snov (dielektrik) in mu s tem povečamo kapaciteto, prebojno trnost itd. (glej sliko 1).


Slika 1: zračni kondenzator - levo in kondenzator z dielektrikom - desno



Če na kondenzator priključimo napetost, sprejme naboj. Naboj ostane v kondenzatorju tudi, če odstranimo vir napetosti. Spraznimo ga lahko, če na njega priključimo porabnik: npr. žarnico ali upor. V tem je podoben bateriji ali akumulatorju.


Shranjeni naboj v kondenzatorju je v primerjavi z baterijo največkrat premajhna za energetske namene. Zadostuje npr. za trenutno osvetlitev objekta, ki ga fotografiramo (bliskavica fotoaparata).


Kondenzator se uporablja prvenstveno v elektroniki. Ima namreč lastnost, da prevaja izmenični tok, in to tem bolj, čim višja je njegova frekvenca. Enosmernega toka na prevaja.


Kapaciteta kondenzatorja



Vzemimi dve vzporedni kovinski plošči s površino S. Razdalja med ploščama naj bo d. Med ploščama je lahko zrak ali dielektrik z relativno dielektričnostjo . Naprava se imenuje kondenzator.


Slika 2: če priključimo na kondenzator napetost U, sprejme naboj e



Če priključimo na plošči napetost U, se plošči naelektrita na naboj e. Velja:




Oznaka C je kapaciteta kondenzatorja. Enota za kapaciteto je F (Farad).


Izpeljimo enačbo za kapaciteto kondenzatorja, sestavljenega iz dveh vzporednih plošč po sliki 1. Upoštevamo, da je električno polje med ploščama homogeno - v vseh točkah prostora znotraj plošč enako enako veliko in enako usmerjeno. To je res, če sta plošči dovolj veliki in razdalja med njima dovolj majhna, kar je v večini primerov res.



Iz enačbe (1) izrazimo C:



Dobili smo enačbo za kapaciteto kondenzatorja. Odvisna je od snovi (dielektrika) in geometrije: velikosti plošč in razdalje njima.


Če je med ploščama zrak, vstavimo


Pomni:

Kondenzator je naprava (element v elektrotehniki) namenjena shranjevanu električnega naboja.


Kapacitivnost je sposobnost telesa, da sprejme naboj e, če na njega priključimo napetost U. Je snovno geometrijska lastnost. Odvisna je od ploščine, razdalje med ploščama in materaila dielektrika.


Kapaciteto kondenzatorja izračunamo jo po enačbi:




Enota za kapaciteto je 1 F (Farad). Kondenzator ima kapaciteto 1F (Farad), če pri napetosti 1V sprejme naboj 1As.




Zaporedna vezava kondenzatorja



Pri zaporedni vezavi kondenzatorjev je naboj na vseh kondenzatorjih enak. Razlog za to je influenca. Prva plošča prvega kondenzatorja sprejme naboj +e. Naboj deluje s privlačno silo na elektrone na nasprotni plošči (-e). Kar je ta z vodnikom povezana z naslednjim kondenzatorje, se njegova prva plošča naelektri na +e, saj mora biti skupni naboj enak nič (kolikor je na eni strani več elektronov - torej negativni naboj, mora biti na drugi strani manj elektronov - pozitivni naboj).


Slika 3: zaporedna vezava treh kondenzatorjev





Napetost U se na kondenzatorjih razdeli tako, da je:




Obrnjeno enačbo (1) vstavimo v (5):




Levo in desno stran krajšamo z e in dobimo:




C imenujemo nadomestno kapaciteto, saj je to kapaciteta kondenzatorja, ki bi nadomestil zaporedno vezavo kondenzatorjev.


Pri zaporedni vezavi kondezatorjev je naboj na vseh kondenzatorjih enak. Napetost se razdeli po kondenzatorjih v obratnem sorazmerju s kapaciteto. Recipročne vrednosti kapacitet se seštevajo.




Vzporedna vezava kondenzatorja



Pri vzporedni vezavi je na vseh kondenzatorjih ista napetost. Skupni naboj je enak vsoti nabojev na kondenzatorjih.







Slika 4: vzporedna vezava treh kondenzatorjev




Če vstavimo enačbo (1) v (8) in delimo levo in desno stran enačbe z U dobimo:






Pri vzporedni vezavi kondezatorjev je napetost na vseh kondenzatorjih enaka. Naboj se razdeli po kondenzatorjih sorazmerno s kapaciteto. Kapacitete kondenzatorjev se seštevajo.




Energija kondenzatorja



Ko večamo napetost se kondenzator polni tako, da naboj narašča linearno z rastočo napetostjo (1).


Slika 5: energija kondenzatorja je enaka ploščini pod grafom e in U




Energija kondenzatorja je enaka ploščini pod grafom naboja in napetosti:





Z uporabo enačbe (1) dobimo enačbo (10) še v dveh oblikah:






Energija kondenzatorja je vsebovana v električnem polju, kar bomo pokazali v nadaljevanju.


Napišimo še enkrat enačbo (11):



Energija kondenzatorja je torej v električnem polju E, ki ga zajema volumen V med ploščama.


Energijo kondenzatorja izračunamo s pomočjo ene od enačb:










Iz slednja enačbe sklepamo, da je energija kondenzatorja shranjena v električnem polje E.




glavni avtor in urednik gradiva: Satcitananda podjetje za proizvodnjo, trgovino in izobraževanje d.o.o., Ljubljana