Kondensatory

Wynika z tego, ze dla kondensatora plaskiego ilosc wprowadzonego ladunku

jest proporcjonalna do przylozonego napiecia. Wspólczynnik proporcjonalnosci

nazywamy pojemnoscia. Zalezy on od parametrów konstrukcyjnych

kondensatora. Taka sama liniowa zaleznosc mozemy wyznaczyc równiez dla

innej geometrii plyt. Trzeba jednak pamietac, ze wzór na pojemnosc C bedzie

inny dla kondensatora plaskiego (1.1), a inny dla kondensatora o nieplaskich

okladkach. Kazdy typ kondensatora bedzie mial swój wlasny wzór na

pojemnosc. Zachowana bedzie zaleznosc (1.3) miedzy napieciem

a zgromadzonym ladunkiem. Oczywiscie zaleznosc (1.3), jak kazda zaleznosci

liniowa, jest dobrze spelniona tylko dla okreslonego przedzialu wartosci

wspólczynnika proporcjonalnosci – w tym wypadku napiecia.

Jednostka pojemnosci w ukladzie SI jest Farad [F].

Farrad jest pojemnością przewodnika odosobnionego, którego potencjał jest równy jednemu woltowi po udzielenu mu ładunku jednego Kolumba.

Zastanówmy sie jeszcze nad samym procesem ladowania kondensatora.

Zródlo sily elektromotorycznej traktujemy tu jako pompe o okreslonej przez

napiecie mocy. Pompa ta pompuje ladunki na obie okladki kondensatora.

Powiedzmy, ze na okladkach zgromadzil sie juz pewien ladunek Q. Zródlo

pompuje kolejna porcje ladunku. Skupmy sie na ladunku ujemnym. Elektrony

podchodza pod naladowana okladke i „czuja” odpychanie ze strony juz

zgromadzonych tam elektronów (rys. 1.3.). Widac od razu, ze jezeli uzbiera sie

dostatecznie duzo ladunku to zródlo nie bedzie mialo sily aby wepchnac na

okladke jego kolejna porcje. Ladunku zbierze sie oczywiscie tym wiecej im

wieksza bedzie okladka, co widac ze wzoru (1.2). Nie nalezy przy tym

zapominac o wplywie drugiej okladki, która przyciaga nadchodzace elektrony.

Jednak mimo równosci ladunku na obu okladach, ladunek z drugiej okladki

polozony jest dalej od nadchodzacych elektronów d. W efekcie przyciaganie ze

strony tego ladunku jest slabsze. Jak mozna sie spodziewac im mniejsze jest

odleglosc d, tym silniej dodatni ladunek z drugiej okladki przyciaga elektrony

i tym wieksza jest pojemnosci kondensatora plaskiego; równiez i to widac we

wzorze (1.2)

- energia elektrostatyczna

Ladujac kondensator zródlo sily elektromotorycznej wykonuje pewna prace.

Praca to energia i mozemy zapytac co sie z nia dzieje. Czesc na pewno

rozprasza sie w postaci ciepla. Ale czesc magazynuje sie w kondensatorze.

Kondensator mozemy wiec uwazac za magazyn energii elektrycznej, podobnie

jak naciagnieta sprezyne mozemy uwazac za magazyn energii mechanicznej.

Energia zgromadzona w kondensatorze moze sie uzewnetrznic w postaci

przeplywu pradu elektrycznego. Ile jest tej energii? Przy pomocy zródla sily

elektromotorycznej przepompowujemy elektrony z jednej okladki na druga.

Jezeli kondensator ma pojemnosc C, a w wyniku przepompowania ladunek

kondensatora wynosi q, to napiecie na jego okladkach wynosi U=q/C. Praca

potrzebna na przeniesienie malej porcji ladunku dQ wynosi

Kondensator jest ukladem ladunków elektrycznych. Utworzenie tego

ukladu wymaga wlozenia energii, która staje sie energia zmagazynowana

w kondensatorze. Uwaga ta dotyczy kazdego ukladu ladunków.

- dipol

Zajme sie teraz nastepujacym zagadnieniem. W niewielkiej objetosci mamy

zgromadzony ladunek elektryczny (rys. 3.1.). Zalózmy, ze warunki sa takie, ze

rozklad tego ladunku mozemy uznac za ciagly i opisany funkcja gestosci

ladunku (x,y,z).

Najprostszym przykladem dipola sa dwa ladunki o takiej samej wartosci

bezwzglednej umieszczone w niewielkiej odleglosci od siebie (rys.3.5).

Rysunek 3.5. prosty dipol zlozony z dwóch ladunków o przeciwnych znakach,

ale tej samej wartosci bezwzglednej

- pole elektryczne w dielektrykach

Dielektryk to material pozbawiony wolnych nosników ladunków – w technice

czesto nazywany jest izolatorem. Fakt, ze dielektryki nie uczestnicza

w przewodnictwie pradu nie oznacza, ze nie reaguja na otaczajace je pola

elektryczne. Dielektryk jest materialem elektrycznym w tym sensie, ze jak

kazdy inny material zawiera morze ladunków elektrycznych – w równych

ilosciach dodatnich i ujemnych. Zewnetrzne pole elektryczne ma na te ladunki

wplyw. Wstawmy kawalek sztabki z dielektrycznego materialu pomiedzy plyty

plaskiego kondensatora (rys. 4.1). Niech plyty kondensatora beda odlegle od

siebie o d, a sztaba niech ma grubosc prawie d. Jezeli kondensator podlaczymy

do stalego napiecia U, to pole elektryczne miedzy plytami wrazone jest wzorem

(XXIV 4.28)

Chociaz dielektryk nie ma wolnego ladunku elektrycznego mozemy sie

spodziewac, ze pod wplywem pola, ladunki elektryczne atomów (czasteczek)

dielektryka ulegna niewielkiemu rozseparowaniu.

Ze wzorów (4.13) i (4.16) widac, ze pojemnosc kondensatora plaskiego rosnie

proporcjonalnie do wartosci przenikalnosci wzglednej dielektryka

umieszczonego miedzy okladami

Z wprowadzonej tu teorii wynika, ze dla zbudowania kondensatora o duzej

pojemnosci potrzebujemy okladek o duzej powierzchni przelozonych cienkim

dielektrykiem o duzej przenikalnosci elektrycznej. Jednym z prostszych

rozwiazan jest zastosowanie dwóch pasków metalizowanej folii przelozonej

paskiem materialu dielektrycznego. Calosc jest ciasno zwinieta w rulon, dzieki

czemu wzglednie duza powierzchnia okladek zajmuje mala objetosc.