Elektrostatika IV Mgr. Andrea Cahelová Hlučín 2013
Kapacita Pomocí experimentů fyzikové zjistili, že mezi el. potenciálem (napětím) a el. nábojem platí přímá úměrnost. Q ~ U = Q = C U C … konstanta úměrnosti se nazývá kapacita vodiče. Kapacita je schopnost vodiče pojmout při dané hodnotě potenciálu elektrický náboj. Jednotka: F (podle anglického fyzika Michaela Faradaye) Kapacita závisí na tvaru a velikosti vodiče a na prostředí, které vodič obklopuje. Kapacita samotného vodiče je velmi malá (v desítkách pF), proto využíváme k pojmutí náboje kondenzátory.
Kapacita bodového náboje: C = 4r
Kondenzátor Elektrotechnická součástka s relativně velkou kapacitou. Nejjednodušší deskový kondenzátor se skládá z dvojice vodivých, navzájem izolovaných rovnoběžných desek. d Q+ Q- E S 0 1 > 2 1 2 zdroj napětí
Pro homogenní elektrické pole mezi deskami platí: 1 – 2 = U
Druhy kondenzátorů Podle druhu dielektrika, což může být sklo, papír, keramika, … Deskový – nejjednodušší. Otočný – můžeme, zde měnit kapacitu, tím že zvětšíme nebo zmenšíme plochu desek kondenzátoru ( E ~ S). Otáčením rotoru zasouváme jeho plechy mezi desky statoru. Elektrolytický – mezi deskami kondenzátoru je papír napuštěný elektrolytem. Vlivem vzniklého elektrického pole dojde k chemické reakci elektrolytu a mezi deskami vznikne malá vrstva oxidu, nevodiče. Kondenzátor má poměrně velkou kapacitu ( E ~ 1/d).
Zapojení kondenzátorů Paralelně – vedle sebe Sériově – za sebou Kombinací sériového a paralelního zapojení Odkazy: Sériové zapojení... Paralelní zapojení...
Spojování kondenzátorů - paralelně U C1 Pro paralelně zapojené kondenzátory platí: U = U1 = U2 Q = Q1 + Q2 Dosazením Q = C U a úpravou dostaneme: C = C1 + C2 +Q1 -Q1 +Q2 -Q2 C2 zdroj napětí 1 2
Spojování kondenzátorů – sériově U Pro sériové zapojení kondenzátorů platí: Q = Q1 = Q2 U = U1 +U2 Dosazením a úpravou dostaneme: U = Q / C U1 U2 +Q -Q +Q -Q C1 C2 zdroj napětí 1 2
Energie kondenzátoru Kondenzátor pracuje na principu opakovaného nabíjení a vybíjení. Při nabíjení se el. pole mezi deskami vytváří, při vybíjení naopak zaniká. Během vybíjení se napětí na kondenzátoru postupně zmenšuje úměrně k úbytku náboje na deskách. Celková elektrická práce při vybití a počáteční energie el. pole kondenzátoru se tedy vypočítá: zdroj napětí + C - Nabití kondenzátoru ze zdroje a jeho vybití přes žárovku
Otázky k procvičení: Kterou vlastnost vodiče vyjadřuje kapacita vodiče? Které jednotky kapacity znáte? U kterého zařízení dosáhneme poměrně větší kapacity? Na čem závisí kapacita deskového kondenzátoru? Jak se změní kapacita deskového kondenzátoru, zasuneme-li mezi desky list papíru? Které kondenzátory se používají v technické praxi? Nakreslete paralelní zapojení kondenzátorů a zapište vztahy, které tam platí. Nakreslete sériové zapojení kondenzátorů a zapište vztahy, které tam platí.
Použitá literatura LEPIL, O., ŠEDIVÝ, P. Fyzika pro gymnázia – Elektřina a magnetismus. Praha: Prometheus, 2000. ISBN 80-7196-202-3. LEPIL, O., BEDNAŘÍK, M., HÝBLOVÁ, R. Fyzika pro střední školy 2. Praha: Prometheus, 1992. ISBN 80-85849-05-4.