E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 1

Πυκνωτής ….της Φύσης Κάντε κλικ εδώ 2 E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 2

Πώς δημιουργείται ο κεραυνός…… Κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας τα νέφη εμφανίζουν ηλεκτρικά φορτία με το κάτω μέρος τους φορτισμένο συνήθως αρνητικά και το επάνω θετικά. Το αρνητικό φορτίο που βρίσκεται στη βάση του νέφους δημιουργεί με επαγωγή θετικά φορτία στην επιφάνεια της Γης. Επομένως εμφανίζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ νέφους-Γης. Ο ατμοσφαιρικός αέρας είναι μονωτής(διηλεκτρικό) που εμποδίζει την κίνηση του ηλεκτρικού φορτίου. Εάν όμως η ένταση του πεδίου μεταξύ νέφους-Γης αποκτήσει μεγάλη τιμή (5·106V/m) o ατμοσφαι- -ρικός αέρας γίνεται αγώγιμος με αποτέλεσμα τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται στη βάση του νέφους να τον διαπερνούν και να δημιουργείται ηλεκτρική εκκένωση. Κάντε κλικ εδώ E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 3

Ο ρόλος του πυκνωτή Σε πολλές από τις συσκευές που χρησιμοποιούμε στην καθημερινή μας ζωή, υπάρχει η ανάγκη να αποθηκεύεται κάποια ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου και ηλεκτρικής ενέργειας για ορισμένο χρονικό διάστημα και να χρησιμοποιείται την κατάλληλη χρονική στιγμή. Η διάταξη με την οποία επιτυγχάνεται η αποθήκευση του ηλεκτρικού φορτίου και της ηλεκτρικής ενέργειας είναι ο πυκνωτής. E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 4

Μερικές από τις χρήσεις τους Οι πυκνωτές αποτελούν βασικό στοιχείο κάθε σύγχρονου ηλεκτρονικού κυκλώματος Μερικές από τις χρήσεις τους στη διαμόρφωση της συχνότητας εκπομπής ραδιοφωνικών πομπών στο φλας των φωτογραφικών μηχανών στα τροφοδοτικά στα πληκτρολόγια των υπολογιστών στα ηχεία στο κύκλωμα εκκίνησης ηλεκτρικών κινητήρων E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 5

( στα ελληνικά Λουγδουνική Λάγηνος) Οι πρώτοι πυκνωτές Ο πρώτος πυκνωτής κατασκευάστηκε το 1745 μ.Χ στο Πανεπιστήμιο του Leyden της Ολλανδίας και ονομάστηκε Leyden Jar ( στα ελληνικά Λουγδουνική Λάγηνος) E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 6

Επίπεδος, ο απλούστερος πυκνωτής Ο απλούστερος πυκνωτής αποτελείται από ένα ζεύγος αγώγιμων πλακών (οπλισμών) σε μικρή απόσταση μεταξύ τους χωρίς όμως να εφάπτονται Θετικός οπλισμός (+Q) Αρνητικός οπλισμός (-Q) Απόσταση μεταξύ των οπλισμών ( l ) V+-V-=V, η τάση του πυκνωτή Ε, η ένταση του ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου του πυκνωτή Όταν οι οπλισμοί συνδεθούν με μια συσκευή φόρτισης π.χ μπαταρία, οι οπλισμοί φορτίζονται με αντίθετα φορτία . Η διαδικασία ολοκληρώνεται όταν η διαφορά δυναμικού μεταξύ των οπλισμών γίνει ίση με την τάση της μπαταρίας S = εμβαδόν οπλισμού E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 7

Φόρτιση επίπεδου πυκνωτή με φορτισμένο ηλεκτροσκόπιο Μια επίπεδη μεταλλική πλάκα (Β) συνδέεται με ηλεκτροσκόπιο, φορτισμένο αρνητικά. Μια δεύτερη όμοια πλάκα (Α), που είναι γειωμένη, τοποθετείται κοντά στην (Β) Η πλάκα (Α) αποκτά θετικό φορτίο καθώς πλησιάζει την (Β), γιατί ελεύθερα ηλεκτρόνιά της, απωθούμενα από την αρνητικά φορτισμένη πλάκα (B), φεύγουν προς την Γη. Ταυτόχρονα η πλάκα (Β) αποκτά όλο και μεγαλύτερο ηλεκτρικό φορτίο. Ηλεκτρόνια από το ηλεκτροσκόπιο μετακινούνται στην πλάκα (Β), λόγω έλξης από την θετική πλάκα (Α) Τελικά οι δύο οπλισμοί αλληλεπιδρώντας αποκτούν αντίθετα ηλεκτρικά φορτία +Q και -Q E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 8

Φόρτιση επίπεδου πυκνωτή με φορτισμένο ηλεκτροσκόπιο Ας ρίξουμε μια ματιά …στον μικρόκοσμο Κάντε κλικ εδώ E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 9

Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τους Φορτίο Πυκνωτή: η απόλυτη τιμή |Q| ενός από τους δύο οπλισμούς του, συμβολίζεται Q και μετριέται σε Coulomb (C) Tάση Πυκνωτή : η διαφορά δυναμικού μεταξύ θετικού και αρνητικού οπλισμού, συμβολίζεται V και μετριέται σε Volt (V) Χωρητικότητα Πυκνωτή: το φορτίο που μπορεί να αποθηκευτεί ανά μονάδα τάσης μεταξύ των οπλισμών του (Q/V), συμβολίζεται C και μετριέται σε Farad (F) Ένταση Ηλεκτρικού Πεδίου Πυκνωτή: η ένταση του ομογενούς πεδίου ανάμεσα στους οπλισμούς, συμβολίζεται Ε και μετριέται σε (V/m) Ενέργεια φορτισμένου Πυκνωτή : η ενέργεια που προσφέρθηκε( π.χ από την μπαταρία) για την φόρτισή του, συμβολίζεται με U και μετριέται σε Joule (J) E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 10

Οι σχέσεις των μεγεθών Για επίπεδο πυκνωτή Εμβαδόν οπλισμού Απόλυτη διηλεκτρική σταθερά του κενού Διηλεκτρική σταθερά του υλικού ανάμεσα στους οπλισμούς Εμβαδόν οπλισμού Απόσταση οπλισμών E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 11

Μεταβλητοί πυκνωτές αέρα Πυκνωτές Αέρα Μεταβλητοί πυκνωτές αέρα Η μεταβολή της χωρητικότητάς των γίνεται με στροφή του κινητών οπλισμών E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 12

Πυκνωτές με στερεά διηλεκτρικά Οι οπλισμοί αποτελούνται από πολύ λεπτά μεταλλικά φύλλα και μεταξύ τους παρεμβάλλονται λεπτά φύλλα διηλεκτρικού, όπως χαρτί E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 13

Ηλεκτρολυτικοί Πυκνωτές Αποτελούνται από δύο μεταλλικά φύλλα που χωρίζονται με χαρτί εμπλουτισμένο με διάλυμα ηλεκτρολύτη (για αύξηση της χωρητικότητάς τους) E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 14

Φόρτιση- Εκφόρτιση Πυκνωτή Το Κύκλωμα E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 15

Φόρτιση- Εκφόρτιση Πυκνωτή Το Πείραμα… Κάντε κλικ εδώ E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 16

Φόρτιση- Εκφόρτιση Πυκνωτή ….μια ματιά …στον μικρόκοσμο Κάντε κλικ εδώ E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 17

…ώρα για μια γρήγορη επανάληψη … …στα Αγγλικά …ώρα για μια γρήγορη επανάληψη … …στα Αγγλικά Κάντε κλικ εδώ E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 18

Φύλλο αξιολόγησης 1 Ο πυκνωτής είναι: Α. Μια συσκευή που αποθηκεύει ηλεκτρικά φορτία. Β. Μια συσκευή που παράγει ηλεκτρικά φορτία. Γ. Σύστημα δύο αγωγών σε επαφή. Σωστή πρόταση είναι η Η χωρητικότητα του πυκνωτή είναι: Α. Ανάλογη του ηλεκτρικού του φορτίου. Β. Ανάλογη της διαφοράς δυναμικού ανάμεσα στους οπλισμούς του. Γ. Ίση με το σταθερό πηλίκο του φορτίου του προς την διαφορά δυναμικού ανάμεσα στους οπλισμούς του. Η χωρητικότητα επίπεδου πυκνωτή μεγαλώνει αν: Α. Αυξήσουμε την απόσταση μεταξύ των οπλισμών του. Β. Ελαττώσουμε το εμβαδόν των οπλισμών του. Γ. Αυξήσουμε το εμβαδόν των οπλισμών του και ελαττώσουμε την απόστασή τους. E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 19

Φύλλο αξιολόγησης 2 Ο θετικός οπλισμός ενός φορτισμένου πυκνωτή έχει φορτίο +q και ο αρνητικός –q. Το φορτίο του πυκνωτή είναι: Α. Q=0 B. Q=q Γ. Q=2q Δ. Q=-2q Σωστή απάντηση είναι η Πυκνωτής χωρητικότητας C=10μF έχει φορτίο Q=60μC. Αν το δυναμικό του θετικού οπλισμού είναι V+=4V, τότε το δυναμικό στον αρνητικό οπλισμό είναι : Α. V-=- 4V Β. V-=0 Γ. V-=-2V Δ. V-=+2V ……………………………………………………………………………………………………………………………..… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………… E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 20

Σταυρόλεξο Οριζοντίως Καθέτως 2 1 Διάταξη με την οποία επιτυγχάνεται η αποθήκευση ηλεκτρικού φορτίου Η μονάδα χωρητικότητας(στα Ελληνικά) Το υλικό που παρεμβάλλεται ανάμεσα στους οπλισμούς Μετριέται σε Coulomb(C) Είναι το πεδίο ανάμεσα στους οπλισμούς του πυκνωτή Πυκνωτής που η χωρητικότητά του ποικίλει Η μονάδα τάσης(στα Ελληνικά) 1 4 3 2 5 6 7 Καθέτως Μας πληροφορεί για το φορτίο που μπορεί να αποθηκευτεί ανά μονάδα τάσης Δίνεται από τη σχέση 1/2•Q•V (2 λέξεις) Φεύγουν προς την Γη …. και ο οπλισμός του πυκνωτή αποκτά θετικό φορτίο Λέγονται και έτσι οι μεταλλικές πλάκες του πυκνωτή E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 21

Λύση 1 Ν Ο Κ Ι Ω Π Χ Η Ρ Τ Α Υ Ε Λ Δ Σ Φ Μ Γ Β 4 3 2 5 6 7 22 E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 22

Πηγές Βιβλιογραφία Φυσική Γ.Π Β΄ Τάξης Ενιαίου Λυκείου (ΟΕΔΒ) Ν. Αλεξάκης, Σ.Αμπατζής, Γ.Γκουγκούσης, Β.Κουντούρης, Ν.Μοσχοβίτης, Σ.Οβαδίας, Κ.Πετρόχειλος, Μ.Σαμπράκος, Α.Ψαλιδάς Μ.Βενετσάνος, Η.Κατσούφης, Α.Σαρρηγιάννης Φυσική Β΄ Λυκείου Γ.Π (Α.Σαββάλας-Σ.Σαβάλλας) Οι Έννοιες της Φυσικής (Paul G. Hewitt) To Χρονικό των Επιστημονικών Ανακαλύψεων (Isaac Asimov) Φωτογραφίες Διαδίκτυο E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 23

Πηγές Videos 1. Lighting in slow motion ( ultraslo ) http://www.youtube.com/watch?v=IgnebrbWKKw&playnext=1&list=P LD8CBF771D6AE1D16&index=56 2. How lighting works ( zooharvard) http://www.youtube.com/watch?v=_bY-8ozney8 3. How a Capacitor Works - by Dr. Oliver Winn ( EdisonTechCenter ) http://www.youtube.com/watch?v=t9Qwx75eg8w 4. Φόρτιση-Εκφόρτιση πυκνωτή (tpapa46) http://www.youtube.com/watch?v=j3SJ_NtF-f4 5. Capacitor (amrdesigns) http://www.youtube.com/watch?v=X1dosOLbrEc 6. DC Electronics Theory 14 Segment 1 - Capacitance & the CapacitorDCT14S1( Venturecaplaw )  http://www.youtube.com/watch?v=Y6fJ9eYkR-c E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 29/12/2010 24