Πυκνωτές

Τι δουλειά κάνει ένας πυκνωτής; Είναι μια διάταξη που λειτουργεί ως αποθήκη ηλεκτρικού φορτίου, συνεπώς και ηλεκτρικής ενέργειας. Πού χρησιμοποιείται ένας πυκνωτής; Τηλέφωνα, Ραδιόφωνα, Τηλεοράσεις, Ηλεκτρονικοί υπολογιστές, Φλας Φωτογραφικών μηχανών κ.α. Είναι οι ηλεκτρονικοί φρουροί των ολοκληρωμένων ηλεκτρικών κυκλωμάτων.

Pieter van Musschenbroek Φιάλη Leyden (1745) Pieter van Musschenbroek (1692 – 1761)

Γυάλινο περίβλημα διηλεκτρικό Πώς λειτουργεί η φιάλη Leyden Μεταλλικός άξονας Μονωμένο πώμα Γυάλινο περίβλημα διηλεκτρικό Εσωτερικό μεταλλικό κάλυμμα Μεταλλική αλυσίδα Εξωτερικό μεταλλικό κάλυμμα

Τρόποι φόρτισης επίπεδου πυκνωτή α. Με επαγωγή + + + + + ++ + + + + + + ++ ++++++++ - - - - - - - - - - - - - ------------------ - - - - - - - - - - - - - - - -

Συμβολισμός επίπεδου πυκνωτή β. Με πηγή Συμβολισμός επίπεδου πυκνωτή + + + + + + - - - - - -

Ένας πυκνωτής χαρακτηρίζεται από την χωρητικότητά του. Χωρητικότητα πυκνωτή Χωρητικότητα (C) ενός πυκνωτή ονομάζεται το μονόμετρο μέγεθος που ισούται με το σταθερό πηλίκο του φορτίου (Q) προς την τάση (V) του πυκνωτή. Ένας πυκνωτής χαρακτηρίζεται από την χωρητικότητά του.

Όταν λέμε ότι ο πυκνωτής έχει φορτίο Q, εννοούμε ότι ο οπλισμός με το υψηλότερο δυναμικό έχει φορτίο +Q και αυτός με το χαμηλότερο –Q.

Μονάδα Χωρητικότητας Άλλες μονάδες (υποδιαιρέσεις) 1mF=10-3F 1μF=10-6F 1nF=10-9F 1pF=10-12F

Γραφικές παραστάσεις C C Q εφφ=C C=σταθ. C=σταθ. φ Q V V

Χωρητικότητα πυκνωτή με διηλεκτρικό. πλαστικό κάλυμμα αλουμίνιο διηλεκ-τρικό σύνδεση (-) (+) μεταλλικό φύλλο μεταλλικό φύλλο διηλεκτρικό πυκνωτής με διηλεκτρικό οπλισμοί σύρματα σύνδεσης ε = διηλεκτρική σταθερά του υλικού

Χωρητικότητα επίπεδου πυκνωτή Χωρίς διηλεκτρικό (κενό ή αέρας): Με διηλεκτρικό (μονωτικό) υλικό: Διηλεκτρική σταθερή μονωτικού υλικού:

Ηλεκτρική (Δυναμική) ενέργεια πυκνωτή

Ομογενές ηλεκτρικό πεδίο V + - +Q -Q A B

Ένας γήινος πυκνωτής Ο μικρότερος πυκνωτής που έχει φτιαχτεί. http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/varcapacitor/index.html

Είδη πυκνωτών Α. Πυκνωτές αέρα

Β. Πυκνωτές με στερεά διηλεκτρικά Β. Πυκνωτές με στερεά διηλεκτρικά

Γ. Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές Γ. Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές

Παρατηρήσεις Όσο ο πυκνωτής είναι συνδεδεμένος με την πηγή διατηρεί την τάση που υπάρχει στα άκρα της πηγής, ότι αλλαγές αν γίνουν στον πυκνωτή. Όταν ο πυκνωτής αποσυνδεθεί από την πηγή έχει ήδη φορτιστεί με φορτίο που το διατηρεί, ότι αλλαγές αν γίνουν στον πυκνωτή.

Εύρεση στοιχείων πυκνωτή Α. Απομάκρυνση οπλισμών (με διπλασιασμό της απόστασής των) Φορτίο Τάση Χωρητικότητα Ένταση Ενέργεια Αρχικά Q0 V0 C0 E0 U0 Τελικά (σταθερή τάση) Τελικά (σταθερό φορτίο) 2V0 2U0

Β. Τοποθέτηση διηλεκτρικού (με διηλεκτρική σταθερά ε) Β. Τοποθέτηση διηλεκτρικού (με διηλεκτρική σταθερά ε) Φορτίο Τάση Χωρητικότητα Ένταση Ενέργεια Αρχικά Q0 V0 C0 E0 U0 Τελικά (σταθερή τάση) ε.Q0 ε.C0 ε.U0 Τελικά (σταθερό φορτίο)

Ερωτήσεις κατανόησης

1. Ανάμεσα στους δύο οπλισμούς ενός πυκνωτή μπορεί να υπάρχει α. μέταλλο. β. μονωτικό υλικό. γ. σίδηρος. 2. Οι πυκνωτές αποθηκεύουν α. ηλεκτρόνια. β. πρωτόνια. γ. νετρόνια.

3. Αν φορτίσουμε έναν πυκνωτή με μια μπαταρία 1,5V, τότε η διαφορά δυναμικού ανάμεσα στους οπλισμούς του πυκνωτή θα είναι α. 0V. β. 1,5V. γ. 3V. 4. Συνήθως οι πυκνωτές αέρα χρησιμοποιούνται α. στα ραδιόφωνα. β. στα ρολόγια. γ. στις κεραίες.

5. Η εφεύρεση που αναφέρεται στον πρώτο πυκνωτή ήταν α. η μηχανή Βίμχουρστ. β. η φιάλη Kleist. γ. η φιάλη Leyden. 6. Το φλας μιας φωτογραφικής μηχανής υποστηρίζεται από α. μια μπαταρία. β. έναν πυκνωτή. γ. ένα μετασχηματιστή.

7. Η κύρια διαφορά ανάμεσα σε έναν πυκνωτή και μια μπαταρία είναι ότι α. ο πυκνωτής μπορεί να αποθηκεύσει περισσότερα ηλεκτρόνια από μια μπαταρία. β. ο πυκνωτής μπορεί να αποθηκεύσει το ίδιο φορτίο με μια μπαταρία, αλλά σε μικρότερο χώρο. γ. o πυκνωτής μπορεί να εκφορτιστεί γρηγορότερα από μια μπαταρία. 8. Η μονάδα μέτρησης της χωρητικότητας ενός πυκνωτή στο SI είναι α. Volt. β. Coulomb. γ. Farad.