KONDENZÁTORY

Kapacita rovinného kondenzátoru Kapacita kondenzátoru je vlastnost daného uspořádání, je to schopnost vodiče hromadit určitou velikost náboje při určitém napětí. Kapacitu kondenzátoru je dána vztahem: C = εr ε0S/l Jednotkou kapacity je farad, značí se F a je to kapacita takového uspořádání, na němž by se při napětí jeden volt nahromadil náboj jeden coulomb. Platí: C = Q/U

DRUHY KONDENZÁTORŮ Z fyzikálního hlediska se kondenzátorem nazývá libovolné vodivé těleso, které je obklopeno jiným vodivým tělesem, přičemž obě tělesa jsou vzájemně izolována. Dělení dle tvaru: Deskové Válcové Kulové Svitkové – svinutý dlouhý vodivý pás oddělený izolantem

Dělení kondenzátorů podle použitého dielektrika: DRUHY KONDENZÁTORŮ Dělení kondenzátorů podle použitého dielektrika: Otočný vzduchový Papírový (papír často napuštěn voskem) Elektrolytický Keramický Slídový Plastový

DRUHY KONDENZÁTORŮ Otočný vzduchový Je nejstarší typ proměnného kondenzátoru. Má dvě hlavní součásti rotor a stator. Na rotoru i statoru jsou umístěny desky, které se otáčením vysouvají a zasouvají do sebe. Tím se mění aktivní plocha S desek a tedy současně i kapacita C. Jako dielektrikum je použit vzduch, někdy může být nahrazen polystyrenem, olejem apod.

DRUHY KONDENZÁTORŮ Papírový (svitkový) Dielektrikum tvoří kondenzátorový papír (jeho εr mívá hodnotu 4 -10). Elektrody jsou tvořeny hliníkovou folií s vývody. Kondenzátorový papír včetně elektrod je svinut do válce. Někdy je hliník nahrazen pokovenou fólií (z obou stran), takový kondenzátor je označován jako metalizovaný (MP). Toto provedení je odolné proti průrazu napěťovými špičkami a dochází k obnovení funkčnosti po průrazu vypálením poškozeného místa na fólii.

DRUHY KONDENZÁTORŮ Elektrolytický Katoda je tvořena vodivým elektrolytem, který může být jak tekutý, polosuchý nebo pevný. Anoda je tvořena čistou hliníkovou fólií, na které je vrstvička Al2O3 (oxid hlinitý), tato vrstvička má funkci dielektrika. Pokud kondenzátor není dlouhou dobu pod napětím, jeho kapacita se zmenší. Do jisté úrovně se dá zase obnovit připojením stejnosměrného proudu. Kondenzátor nesmí být přepólován.

DRUHY KONDENZÁTORŮ Keramický Speciální keramika s velkou permitivitou a malým ztrátovým činitelem. Tvary: terčové, destičkové, průchodkové.

Použití kondenzátorů Kondenzátor je elektrotechnická součástka používaná v elektrických obvodech k dočasnému uchování elektrického náboje a tím i k uchování potenciální elektrické energie. Fotografický blesk - nahromaděná elektrická energie v kondenzátoru se v krátkém časovém okamžiku vybije a způsobí silný světelný záblesk.

Použití kondenzátorů Stabilizační prvek v elektrických obvodech - paralelním zapojením do elektrického obvodu lze dosáhnout vyhlazení napěťových špiček, a tím rovnoměrnějšího průběhu elektrického proudu. Odstranění stejnosměrné složky elektrického proudu - větví s kondenzátorem nemůže projít stejnosměrný elektrický proud, ale střídavý proud ano.

Použití kondenzátorů Odrušovací kondenzátor je nedílnou součástí všech elektrospotřebičů. Používá se samostatně nebo v kombinaci s tlumivkami. Omezuje rušení vzniklé spínáním nebo rozpojováním elektrického obvodu pod napětím. Ladící součástka v přijímači - změnou kapacity v oscilačním obvodu přijímače se vlastní frekvence obvodu vyrovná vnější frekvenci a dojde k rezonanci, tj. k zesílení přijímaného signálu.

Použití kondenzátorů Počítačová paměť - paměť složená z velkého množství miniaturních kondenzátorů je schopna uchovat informaci ve formě 0 a 1 (0 = není náboj, 1 = je náboj). Defibrilátor - přístroj používaný v lékařství k provádění elektrických šoků při zástavě srdce, kdy velké množství náboje projde během krátké doby přes srdeční sval a může obnovit srdeční činnost.

Použití kondenzátorů Časovače - většina generátorů střídavého signálu využívá kondenzátory jako součástky, jejichž střídavé nabíjení a vybíjení určuje periodu kmitů.

Spojování kondenzátorů Sériové zapojení kondenzátorů – za sebou Všechny kondenzátory budou mít stejně velký náboj Q. Celkové napětí: U = U1 + U2 + U3 + … + Un Napětí na jednotlivých kondenzátorech: U1 = Q/C1, U2 = Q/C2, U3 = Q/C3, …, Un = Q/Cn

Spojování kondenzátorů Dosazením do vztahu pro napětí dostaneme: Q/C = Q/C1 + Q/C2 + Q/C3 + … + Q/Cn Dělením rovnice nábojem Q dostaneme: 1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + … + 1/Cn Pro dva sériově spojené kondenzátory platí: C = C1C2/C1+C2

Spojování kondenzátorů Paralelní zapojení kondenzátorů – vedle sebe Na všech kondenzátorech je stejné napětí U. Kondenzátory mají při rozdílných kapacitách také rozdílné náboje: Q1 = C1U, Q2 = C2U, Q3 = C3U, …, Qn = CnU Celkový náboj Q: Q = Q1 + Q2 + Q3 + … + Qn

Spojování kondenzátorů Po dosazení za náboje dostaneme: CU = C1U + C2U + C3U + … + CnU Dělením rovnice napětím U dostaneme vztah pro výslednou kapacitu: C = C1 + C2 + C3 + … + Cn

Řešení obvodů s kondenzátory Spojením zdroje napětí a kondenzátoru vznikne el. obvod, ve kterém je el. energie nahromaděna v dielektriku jednotlivých kondenzátorů. Pro každý kondenzátor platí základní vztah elektrostatického pole Q = CU.

Řešení obvodů s kondenzátory K řešení lze použít Kirchhoffovy zákony. Podle 1.KZ platí, že algebraický součet nábojů (indukčních toků jednotlivých dielektrik) v uzlu je roven nule. Podle 2.KZ platí, že algebraický součet napětí na všech kondenzátorech a svorkové napětí zdroje se v uzavřené smyčce rovná nule.

Řešení obvodů s kondenzátory Dělič napětí: Odvození vztahu mezi napětími a kapacitami kondenzátorů. V obou kondenzátorech jsou stejné náboje: Q = C1U1, Q = C2U2 Z rovnosti nábojů dostáváme: U1/U2 = C2/C1 Napětí na kondenzátorech se dělí v opačném poměru jejich kapacit. Pro výpočet U2 platí: Q = (C1C2/C1+C2 )U, Q= C2U2

Řešení obvodů s kondenzátory Z rovnosti nábojů dostáváme pro napětí U2 vztah: U2 = (C1/C1+C2 )U

Řešení obvodů s kondenzátory Dělič nábojů: Odvození vzájemného vztahu mezi náboji a kapacitami kondenzátorů. Na kondenzátorech je stejné napětí U. Z rovnosti napětí dostáváme: Q1/C1 = Q2/C2 z toho Q1/Q2 = C1/C2

Energie elektrostatického pole Energie elektrostatického pole je dodaná energie, která se spotřebovala k polarizaci dielektrika. Pro výpočet energie elektrostatického pole platí: We = ½ QU nebo We = ½ CU²

Elektrostatické jevy v praxi Zelektrování těles se provádí mechanickým třením nestejnorodých látek. Z toho vyplývá i nebezpečí, které může takové nabíjení těles v praxi přinést: 1. přečerpávání těkavých a hořlavých látek - nahromaděný náboj může způsobit výbuch nebo požár 2. běžící řemeny a dopravníkové pásy 3. pohyb vozidel s pryžovými pneumatikami 4. pohyb letadel a balónů - při průletu mrakem zůstává na kovové kostře záporný náboj 5. barvírny, čistírny, tiskárny 6. práce se sypkými materiály 7. blesky apod. Proto je třeba vzniklý náboj okamžitě odvést do země nebo přijmout taková bezpečnostní opatření, která by vznik nehody nebo úrazu eliminovala. Metody ochrany před nežádoucím elektrickým nábojem: 1. uzemnění těles 2. používání ochranných pomůcek (obleky, rukavice, …) 3. zvětšování elektrické vodivosti vzduchu Ačkoliv to zní možná zvláštně, je to tak: zvýšená vodivost vzduchu opravdu omezí riziko vzniku elektrického výboje. Zvýšenou vodivostí ztratí vzduch své dielektrické vlastnosti a zmenší se jeho elektrická pevnost. Na vodičích ve vzduchu umístěných se tak nehromadí velký elstat. náboj, který by se mohl časem vybít v podobě jiskry, … Elektrostatické pole lze i využívat: 1. čistění vzduchu od mechanických nečistot 2. elektrostatické filtry kouře 3. čistění rud 4. konstrukce měřících přístrojů - zejména elektrostatických voltmetrů