Zespół Szkół Mechanicznych Elektrycznych i Elektronicznych w Toruniu Kondensatory Autor: Jakub Ciepliński Ih 2010 / 2011
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
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
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 = 1 1 = 1
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.
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).
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:
Zastosowanie
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.
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.
Bibliografia Cykl artykułów Piotra Góreckiego z numerów 3-7 (1996) czasopisma Elektronika dla Wszystkich www.wikipedia.org www.iwiedza.net www.elstore.pl www.fizyka.org