1.A kondenzátor fogalma, felépítése
A kondenzátor töltések tárolására szolgáló elektromos eszközök.A legegyszerűbb kondenzátor a síkkondenzátor.
Áramköri jele:
A síkkondenzátort két fémlemez alkotja. (ezt szokás fegyverzetnek is nevezni)
A kondenzátor lemezeinek a felülete legyen A, a lemezek távolsága d.
A lemezekre vigyünk fel Q, és -Q töltéseket.
2. A kondenzátorok főbb jellemzői
A kondenzátor legfőbb jellemzője a kapacitás, amely a töltéstároló képesség mértéke.Jele: C
Mértékegysége: F, Farad (Faraday nevéből)
Kérdések:
1. Hogyan védték meg a zsidók az illetéktelenektől a frigyládát?
2. Mózest miért nem rázta meg az áram?
3. Mi lett a sorsa azoknak, akik meg akarták ismételni Franklin kísérletét?
4. Hogyan jön létre a villám?
5. Ki kísérletezett békacombokkal?
6. Volta milyen anyagokból hozta létre az áramforrását?
7. Mi volt a munkája a gyermek és az ifjú Faradaynak?
8. Milyen származású volt Oersted?
9. Mit fedezett fel Faraday?
10. Sikert aratott-e Faraday tudományos előadása?
A felvitt töltés és a kialakuló feszültség között egyenes arányosság van, a hányadosuk állandó és éppen a kapacitással egyezik meg.
Képlettel:
C = Q/U.
1F nagyon nagy mennyiség, ezért ennek a töredékeit használják a gyakorlatban:
1μF=10-6F
1nF=10-9F
1pF=10-12F
A kondenzátor elektromos energia tárolására szolgál. A tárolt energia értékét a következőképpen határozhatjuk meg:
E=12⋅C⋅U2=12⋅Q⋅U=12⋅Q2C
A kondenzátor kapacitásának értéke
- egyenesen arányos a felülettel (nagyobb felületre több töltés fér!),
- fordítottan arányos a lemezek távolságával (hiszen U és d egyenesen arányos!),
- és függ a lemezek közé tett szigetelőanyag anyagi minőségétől is.
C=ε0⋅εr⋅Ad
3. Történeti vonatkozások:
A. Frigyláda:
B. Leideni palack:
C: Sokkoló házilag:
4. Kondenzátorok fajtái:
A. A kapacitás változtathatósága szerint:- állandó kapacitású kondenzátor
- forgókondenzátor (állomáskereső)
B. Alakjuk szerint:
- síkkondenzátor
- hengerkondenzátor
- gömbkondenzátor
C. Anyaguk szerint:
- kerámia
- fólia
- elektrolit
5. Kondenzátorok kapcsolása:
A. Párhuzamos kapcsolás:U = állandó
Q = Q1 + Q2
Eredő kapacitás:
Helyettesítsük az áramkört egyetlen kondenzátorral úgy, hogy az össztöltés és a feszültség ne változzon. Ennek a kondenzátornak a kapacitása az eredő kapacitás.
C = C1 + C2
B. Soros kapcsolás:
Q = állandó
U=U1+U2
1C=1C1+1C2
C=11C1+1C2
C=C1×C2=C1⋅C2C1+C2
A művelet neve replusz!
Három kondenzátor esetén:
C=11C1+1C2+1C3
C=C1×C2×C3=C1⋅C2⋅C3C1⋅C2+C1⋅C3+C2⋅C3
(másik leheteséges módszer:
1. lépés: C12 = C1xC2,
2.lépés: C = C12xC3
C. Vegyes kapcsolás:
Az eredő kapacitás meghatározása összetett kapcsolás esetén lépésenként, a részeredő kapacitások meghatározásával és helyettesítésével történik.
A legtávolabbi ponton érdemes kezdeni az egyszerűsítést.
6. Kondenzátor kisütése:
Elektromos szikra képződik!
Jellemző:
Kisülés állandója (τ = tau)
τ=R⋅C
Feladatok:
(OFI TK10 49.)
1. Hogyan változik a lemezek közti térerősség és feszültség, valamint a kondenzátor kapacitása,
töltése és energiája az elektromos haranggal végzett kísérlet során?
2. Mekkora töltés tölti fel a 20 F kapacitású kondenzátort 12V feszültségre?
3. Két párhuzamos fémlemez töltése +Q és –Q. Kezdeti, közel nulla távolságukat a két lemez távolításával növeljük.
A lemezek mozgatásához le kell győznünk a két lemez közti vonzóerőt, munkát kell végeznünk.
Mire fordítódik ez a munka?
4. Mekkora a kapacitása két, egymástól 1 mm-re levő, 1 m2 felületű párhuzamos lemez által alkotott kondenzátornak?
5. Ha három különböző kapacitású kondenzátor összes kapcsolási kombinációját figyelembe vesszük,
hány különböző eredő kapacitás állítható elő?
6. Két azonos kapacitású kondenzátor egyikét 12 V-ra, a másikat 6 V-ra töltjük fel.
Mekkora lesz a kondenzátorok közös feszültsége, ha párhuzamosan kapcsoljuk őket
a) az azonos;
b) az ellentétes pólusaik összekötésével?
