Κυριακή 6 Σεπτεμβρίου 2009

3.1.5. Πυκνωτές.

Τι είναι πυκνωτής. Ποια τα χαρακτηριστικά του; Πότε είναι φορτισμένος και τι πεδίο υπάρχει μεταξύ των οπλισμών του;

l

clip_image002

Πυκνωτής είναι ένα σύστημα δύο αγωγών οι οποίοι βρίσκονται σε μικρή απόσταση μεταξύ τους, έχουν αντίθετα και απόλυτα ίσα φορτία και ανάμεσά τους υπάρχει κάποιο μονωτικό υλικό (διηλεκτρικό).

Τα χαρακτηριστικά του πυκνωτή είναι οι δύο πλάκες οι οποίοι λέγονται οπλισμοί, το φορτίο τους, η απόσταση των πλακών, το σχήμα τους και το μονωτικό υλικό.

Ένας πυκνωτής είναι φορτισμένος όταν, αφού συνδεθεί με μία πηγή συνεχούς τάσης V, οι οπλισμοί του αποκτούν απολύτως ίσα και ετερώνυμα φορτία +Q και -Q.

Το φορτίο του ενός οπλισμού ονομάζεται φορτίο του πυκνωτή.

Ανάμεσα στους οπλισμούς του πυκνωτή υπάρχει ομογενές ηλεκτρικό πεδίο η ένταση δηλαδή είναι σταθερή και είναι ίση clip_image004

Ορισμός χωρητικότητας πυκνωτή, μονάδα, από τι εξαρτάται;

Χωρητικότητα πυκνωτή C ονομάζεται το σταθερό πηλίκο του φορτίου Q προς την διαφορά δυναμικού V που υπάρχει μεταξύ των οπλισμών του, δηλαδή: clip_image006

Μονάδα χωρητικότητας στο S.I. είναι το Farad=C/V

Άλλες μονάδες:

1mF (μίλι-) Farad = 10-3F

1μF (μίκρο-) Farad = 10-6F

1nF (νάνο-)Farad = 10-9F

1pF (πίκο-) Farad = 10-12F

Η χωρητικότητα πυκνωτή εξαρτάται από το σχήμα, τις διαστάσεις, την απόσταση των οπλισμών και το υλικό που υπάρχει ανάμεσα στους οπλισμούς (διηλεκτρικό)

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ : Η χωρητικότητα δεν εξαρτάται ούτε από το φορτίο Q ούτε από τη τάση V

Τι θα συμβεί αν ανάμεσα στους οπλισμούς πυκνωτή παρεμβάλλουμε ένα διηλεκτρικό; Γιατί;

Αν ανάμεσα στους οπλισμούς πυκνωτή βάλουμε μονωτικό υλικό (διηλεκτρικό) η χωρητικότητα C του πυκνωτή θα αυξηθεί γιατί με την παρεμβολή του διηλεκτρικού η ένταση Ε του ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου, που υπάρχει μεταξύ των οπλισμών του πυκνωτή, μειώνεται και επειδή

clip_image008

(Ε ανάλογη V) θα μειώνεται και το V και επειδή

clip_image010

(C αντιστρόφως ανάλογο του V) το C θα αυξάνεται.

Τι είναι η διηλεκτρική σταθερά ε του υλικού;

Ο λόγος της χωρητικότητας C ενός πυκνωτή όταν μεταξύ των οπλισμών του παρεμβάλουμε ένα διηλεκτρικό, προς τη χωρητικότητα CO του πυκνωτή, όταν μεταξύ των οπλισμών του υπάρχει κενό ή αέρας ονομάζεται διηλεκτρική σταθερά ε του διηλεκτρικού. Δηλαδή

clip_image012

η διηλεκτρική σταθερά ε δεν έχει μονάδες

Από τι εξαρτάται η χωρητικότητα επίπεδου πυκνωτή;

clip_image013

Η χωρητικότητα επίπεδου πυκνωτή εξαρτάται

1)από το εμβαδόν S της μίας πλάκας του πυκνωτή (ανάλογη)

2)από το μήκος l μεταξύ των πλακών του πυκνωτή (αντιστρόφως ανάλογη)

3)από το διηλεκτρικό που υπάρχει ανάμεσα στους οπλισμούς . Αν ανάμεσα στις πλάκες του πυκνωτή υπάρχει κενό η αέρας τότε η χωρητικότητα επιπέδου πυκνωτή δίνεται από τον τύπο:

clip_image015

όπου ε0=8,85 10-12C2/Nm2 είναι η διηλεκτρική σταθερά του κενού

Αν ανάμεσα στις πλάκες του πυκνωτή υπάρχει διηλεκτρικό με διηλεκτρική σταθερά ε τότε η χωρητικότητα επιπέδου πυκνωτή δίνεται από τον τύπο:

clip_image017

Ποιος τύπος δίνει την ενέργεια φορτισμένου πυκνωτή;

Η ενέργεια φορτισμένου πυκνωτή δίνεται από τον τύπο:

clip_image019

ΠΑΤΗΣΤΕ ΕΔΩ ΓΙΑ ΑΣΚΗΣΕΙΣ