Zespół Szkół Mechanicznych Elektrycznych i Elektronicznych. w Toruniu. Kondensatory

Transkrypt

1 Zespół Szkół Mechanicznych Elektrycznych i Elektronicznych w Toruniu Kondensatory Autor: Jakub Ciepliński Ih 2010 / 2011

2 Kondensator jest to układ dwóch przewodników przedzielonych dielektrykiem, na których zgromadzone są ładunki elektryczne jednakowej wartości ale przeciwnych znakach. Na schematach układów elektrycznych i elektronicznych kondensatory oznacza się następującymi symbolami: zwykły kondensator niespolaryzowany kondensator spolaryzowany (elektrolityczny) kondensator zmienny, strojeniowy

3 Pojemność kondensatora: Wzory = Q ładunek zgromadzony na jednej okładce, U napięcie elektryczne między okładkami. Natężenie pola elektrycznego: = d odległość płyt kondensatora. V różnica potencjałów płyt kondensatora, Przenikalność elektryczna względna: = ε r - względna przenikalność elektryczna. ε 0 - przenikalność elektryczna próżni Impedancja kondensatora w postaci zespolonej: ω częstotliwość, = 1 = = f częstotliwość w hercach, j jednostka urojona 2

4 Energia zmagazynowana w kondensatorze: = = 1 2 = 1 2 Q ładunek Jednostki Jednostką pojemności jest farad, który ma wymiar. Pojemność 1 farada posiada kondensator, w którym ładunek 1 Coulomba powoduje powstanie napięcia 1 volta. 1 = 1 1 = = 1 1 = 1

5 Jeden farad to bardzo duża jednostka, dlatego w praktyce spotyka się kondensatory o pojemnościach piko-, nano-, mikro- i milifaradów. Jednostka została nazwana na cześć dziewiętnastowiecznego fizyka i chemika angielskiego Michaela Faradaya. Budowa Najprostsze kondensatory zbudowane są z dwóch płytek metalowych, między którymi znajduje się np. powietrze, materiał ceramiczny, papier impregnowany dielektrykiem. Płytki te nazywa się okładkami kondensatora. Budowa kondensatora zmiennego: stator elektroda lub zespół elektrod (płytek) stałych, rotor elektroda lub zespół elektrod (płytek) ruchomych, najczęściej elektrycznie połączonych z obudową kondensatora. Płytki statora i rotora mogą być wykonane z aluminium lub miedzi i jej stopów. Płytki obu podzespołów wchodzą między siebie, nie mogą się jednak dotykać (zwierać), dlatego rozdzielone są warstwą dielektryka.

6 Historia Odkrycie kondensatora przypisuje się Pieterowi (Petrus) van Musschenbroekowi w styczniu 1746 roku w Lejdzie (Holandia). Nastąpiło ono przypadkiem, gdy podczas ładowania elektrycznego wody Musschenbroek trzymając mokrą butelkę ręką otrzymał bardzo mocne uderzenie (porażenie przeskokiem iskry elektrycznej). Nazwa przyrządu "butelka lejdejska" pochodzi od miejscowości, w której Musschenbroek wykładał i wykonywał swoje eksperymenty przez całe życie. Pierwotnie było to naczynie ze szkła wypełnione wodą i zatkane korkiem, który był przebity na wylot miedzianym drutem. Wiadomość o butelce lejdejskiej szybko rozeszła się i zwróciła uwagę na siebie innych fizyków. W 1749 roku Anglik Watson okleił naczynie szklane folią cynkową (z wyjątkiem wąskiego paska przy brzegach) od wewnątrz i z zewnątrz i w ten sposób butelka lejdejska przybrała postać podobną do obecnej. Służy ona do wytwarzania intensywnych iskier, między innymi w połączeniu z maszyną elektrostatyczną. Nieco wcześniej, bo w jesienią 1745 roku podobne doświadczenie wykonał niemiecki duchowny Kleist zamieszkały w Kamieniu Pomorskim, ale jego doświadczenie miało mały rozdźwięk i na ogół nie jest wymieniany, jako odkrywca kondenasatora. Próbował on naelektryzować gwóźdź tkwiący wewnątrz nieco wilgotnej szklanej kolby, którą przytrzymał drugą ręką. W trakcie doświadczenia odczuł nagle silny wstrząs. Skóra ręki na zewnątrz kolby i warstewka wilgotnej wewnątrz niej utworzyły, bowiem dwie przewodzące warstwy, przedzielone izolatorem (szkłem).

7 Rodzaje kondensatorów kondensatory elektrolityczne, kondensatory poliestrowe, kondensatory polipropylenowe, kondensatory ceramiczne, kondensatory antalowe, kondensatory monolityczne, kondensatory ceramiczne. Porównanie typów kondensatorów Poniższy wykres prezentuje zakresy pojemności produkowanych kondensatorów:

8 Zastosowanie

9 Oznaczenia Wartość pojemności i dopuszczalnego napięcia pracy jest oznakowana na każdym kondensatorze bądź w postaci opisu cyfrowego bądź też za pomocą kodu paskowego. W pierwszym przypadku stosuje się nadruk liczbowy wraz z jednostkami, np. 10µm /16 V. Zwykle w oznaczeniu jednostki pomija się literę F. W drugim przypadku stosuję się kod paskowy naniesiony na kondensatorze. Kondensator może być oznaczony trzema, czterema lub pięcioma paskami.

10 Super kondensatory Superkondensator jest rodzajem kondensatora elektrolitycznego, który z uwagi na sposób konstrukcji wykazuje niezwykle dużą pojemność elektryczną (rzędu kilku tysięcy faradów).największą zaletą superkondensatorów jest bardzo krótki czas ładowania w porównaniu z innymi urządzeniami do przechowywania energii (np. akumulatorami). Dlatego też, superkondensatory są coraz częściej stosowane równolegle z innymi źródłami energii, np. ogniwami paliwowymi, w celu krótkotrwałego dostarczania mocy szczytowej, co pozwala na znaczne zmniejszenie rozmiarów całego układu. Próby z takimi rozwiązaniami są przeprowadzane m.in. w prototypach samochodów hybrydowych lub do wspomagania zasilania robotów.

11 Bibliografia Cykl artykułów Piotra Góreckiego z numerów 3-7 (1996) czasopisma Elektronika dla Wszystkich