Struktura

Kapacita kondenzátoru

Kapacita kondenzátoru

Mechanickou energii lze uchovat jako energii potenciální: natažení pružiny, zvednutí tělasa, stlačení plynu atd. Energii elektrického pole lze uchovat v kondenzátorech. 

Každé těleso je schopné pojmout jen určitý největší volný náboj. Říkáme, že má určitou kapacitu. Elektrická kapacita je množství elektrického náboje ve vodiči s jednotkovým nábojem. Vyjadřuje tedy schopnost vodiče uchovat elektrický náboj. Čím větší kapacita, tím větší množství náboje může být ve vodiči.

Elektrická kapacita je obecně vlastností každého vodiče. Využívá se však především v kondenzátoru, u něhož je kapacita definována jako množství náboje na deskách kondenzátoru, je-li mezi deskami jednotkové elektrické napětí (1 V).

Elektrická kapacita je závislá na tvaru a velikosti tělesa a na prostředí, v němž se nachází. Kapacita osamoceného vodivého tělesa vyjadřuje schopnost tohoto tělesa shromažďovat elektrický náboj. Těleso s menší kapacitou bude daným nábojem přivedeno na vyšší potenciál než těleso s větší kapacitou.

Kapacita kondenzátoru je schopnost dielektrika pojmout určitý elektrický náboj.

Značka – C.

Jednotka – (farad).

Kondenzátor má kapacitu 1 F, nabije-li se při napětí 1V na náboj 1 C = 1 A.s.

V technické praxi je farad příliš velká jednotka, proto se běžně používaji dílčí jednotky, především mF, μF, nF a pF.

 

Kondenzátor

Pro elektrotechniku se vyrábí součástky, které mají zvláště velkou kapacitu – KONDENZÁTORY.

Deskový kondenzátor tvoří soustava dvou elektrod tvořených vodivými (kovovými) deskami nebo fóliemi a dielektrika, tvořeného izolační látkou. Jako dielektrikum může být i vzduch nebo vakuum. 

obrazek

Obr. 1: Uspořádání deskového kondenzátoru

 

Výpočet kapacity kondenzátoru

Kapacita kondenzátoru je daná jeho konstrukcí.

  • Zvětšení plochy desek kondenzátoru způsobí zvětšení jeho kapacity. Při zvětšení plochy desek mají náboje k dispozici větší plochu. 
  • Při zmenšení tloušťky dielektrika (vzdálenosti desek) na polovinu se zdvojnásobí na polovinu. Při menší vzdálenosti desek se kladné a záporné náboje na deskách silněji přitahují. Proto přivede nabíjecí napětí na kondenzátor větší náboje než při velké vzdálenosti desek.
  • Kapacita kondenzátoru se mění v závislosti na druhu dielektrika. Vlivem elektrického pole se zorientují v dielektriku molekulární dipóly, tzn. dojde k polarizaci dielektrika. S každou izolační látkou (typem dielektrika) je spojeno určité množství prvotních nábojů, které jsou pro polarizaci k dispozici. Deska kondenzátoru pak může pojmout větší náboj, než jaké mohla pojmout při drívějším rozdílu napětí mezi deskami bez použití vsunutého dielektrika. Pojmutí většího množství nábojů znamená zvětšení kapacity. Dielektrikum tedy ovlivňuje kapacitu kondenzátoru. 

Číslo, které udává kolikrát se zvětší kapacita kondenzátoru, když je místo vzduchu použitý jako dielektrikum jiný izolant, se jmenuje relativní permeabilita izolantu.

 

C=\varepsilon \frac{S}{d}

 

C – kapacita kondenzátoru,

ε – permitivita (dielektrická konstanta) – druh dielektrika mezi deskami se vypočítá jako součin relativní permitivity εr (v tabulkách) a permitivity vakua ε0,

\varepsilon =\varepsilon _{r}.\varepsilon _{0}

S – účinná plocha desek (část, kterou se desky překrývají),

d – vzdálenost desek (tloušťka dielektrika).

 

obrazek

Obr. 2: Znázornění účinné plochy kondenzátoru

Kapacita kondenzátoru je tím větší, čím větší je relativní permitivita dielektrika, čím větší je plocha elektrod a čím menší je tloušťka dielektrika.

Permitivita vákua:    ε0  = 8,85.10-12 A.s.V-1.m-1 = 8,85 pF/m

 

Relativní permitivita izolantů  εr
Vzduch               1
Izolační olej       2 až 2,4
Silikonový olej       2,8
Tvrzený papír       4 až 8
Porcelán      3 až 6
Sklo      4 až 6
Slída      6 až 8
Polykarbonát       2,8
Polyester          3,3
Titanová keramika     130
Titaničnan stronatý      310

 

 

Zdroje

  • BLAHOVEC, A. Elektrotechnika I. 1. vyd. Praha: Informatorium, 1995. ISBN 80-85427-72-9.
  • TKOTZ, Klaus et al. Příručka pro elektrotechnika. 2. doplněné vyd. Praha: Europa – Sobotáles, 2006. ISBN 80-86706-13-3.
  • VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 3. vyd. Praha: SNTL – Nakladatelství technické literatury, 1990. ISBN 80-03-00435-7.
  • Autor: neznámý. www.wikipedia.org [cit.25.5.2015] Dostupné na http://cs.wikipedia.org/wiki/Kondenz%C3%A1tor

Obrázky

  • Obr. 1: TKOTZ, Klaus et al. Příručka pro elektrotechnika. 2. doplněné vyd. Praha: Europa – Sobotáles, 2006. ISBN 80-86706-13-3.
  • Obr. 2: VOŽENÍLEK, Ladislav a Miloš ŘEŠÁTKO. Základy elektrotechniky I. 3. vyd. Praha: SNTL – Nakladatelství technické literatury, 1990. ISBN 80-03-00435-7.

Procvič si

1. Jak se značí a jakou jednotku má kapacita kondenzátoru?

2. Čemu se říká kondenzátor?

3. Jak se vypočítá kapacita kondenzátoru?

 

Logolink