Π y κνωτεσ capacitors

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

Πυκνωτής ….της Φύσης

29/12/2010 2E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης

Κάντε κλικ εδώ

Πώς δημιουργείται ο κεραυνός……

29/12/2010E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 3

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.

Κάντ

ε κλ

ικ εδ

ώ

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.

29/12/2010 4E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης

Οι πυκνωτές αποτελούν βασικό στοιχείο κάθε σύγχρονου

ηλεκτρονικού κυκλώματος 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

Μερικές από τις χρήσεις τους

29/12/2010 5E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης

Οι πρώτοι πυκνωτέςΟ πρώτος πυκνωτής κατασκευάστηκε το 1745 μ.Χ στο

Πανεπιστήμιο του Leyden της Ολλανδίας και ονομάστηκε Leyden Jar

( στα ελληνικά Λουγδουνική Λάγηνος)

29/12/2010 6E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης

Επίπεδος, ο απλούστερος πυκνωτής

Θετικός οπλισμός (+Q)

Αρνητικόςοπλισμός (-Q)

Απόσταση μεταξύ των

οπλισμών ( l )

V+-V-=V, η τάση του πυκνωτή

Ε, η ένταση του ομογενούς

ηλεκτρικού πεδίου του πυκνωτή

Ο απλούστερος πυκνωτής αποτελείται

από ένα ζεύγος αγώγιμων πλακών

(οπλισμών) σε μικρή απόσταση μεταξύ τους

χωρίς όμως να εφάπτονται

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

29/12/2010 7E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης

S = εμβαδόν οπλισμού

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 29/12/2010 8E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης

29/12/2010E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 9

Φόρτιση επίπεδου πυκνωτή με φορτισμένο ηλεκτροσκόπιο

Ας ρίξουμε μια ματιά …στον μικρόκοσμο

Κάντε κλικ εδώ

Τα φυσικά μεγέθη και οι μονάδες τουςΦορτίο 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)

29/12/2010 10E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης

Οι σχέσεις των μεγεθών

vb

VQC

VQC

VQC

lSC 0

Απόλυτη διηλεκτρική σταθερά του

κενού

Διηλεκτρική σταθερά του

υλικού ανάμεσα στους οπλισμούς

Εμβαδόν οπλισμού

Απόσταση

οπλισμών

Για επίπεδο πυκνωτή

lVE

QVU21

2

21CVU

CQU2

21

29/12/2010 11E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης

Πυκνωτές Αέρα

Η μεταβολή της χωρητικότητάς των

γίνεται με στροφή του κινητών οπλισμών

Μεταβλητοί πυκνωτές

αέρα

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

Πυκνωτές με στερεά διηλεκτρικά

Οι οπλισμοί αποτελούνται από πολύ λεπτά μεταλλικά φύλλα

και μεταξύ τους παρεμβάλλονται λεπτά φύλλα διηλεκτρικού,

όπως χαρτί

29/12/2010 13E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης

Ηλεκτρολυτικοί Πυκνωτές

29/12/2010E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 14

Αποτελούνται από δύο μεταλλικά φύλλα που χωρίζονται με χαρτί εμπλουτισμένο με διάλυμα ηλεκτρολύτη (για αύξηση της

χωρητικότητάς τους)

Φόρτιση- Εκφόρτιση Πυκνωτή

29/12/2010E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 15

Το Κύκλωμα

Φόρτιση- Εκφόρτιση Πυκνωτή

Το Πείραμα…

29/12/2010E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 16

Το ΠείραμαΚάντε

κλικ

εδώ

Φόρτιση- Εκφόρτιση Πυκνωτή

29/12/2010E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 17

….μια ματιά …στον μικρόκοσμο

Κάντε κλικ εδώ

…ώρα για μια γρήγορη επανάληψη …

…στα Αγγλικά

29/12/2010E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 18

Κάντε κλικ εδώ

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.Σωστή πρόταση είναι η 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.Σωστή πρόταση είναι η

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

………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Σωστή απάντηση είναι η

29/12/2010E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 20

Σταυρόλεξο

29/12/2010E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 21

Οριζοντίως1. Διάταξη με την οποία

επιτυγχάνεται η αποθήκευση ηλεκτρικού φορτίου

2. Η μονάδα χωρητικότητας(στα Ελληνικά)

3. Το υλικό που παρεμβάλλεται ανάμεσα στους οπλισμούς

4. Μετριέται σε Coulomb(C)5. Είναι το πεδίο ανάμεσα στους

οπλισμούς του πυκνωτή6. Πυκνωτής που η χωρητικότητά του

ποικίλει 7. Η μονάδα τάσης(στα Ελληνικά) Καθέτως1. Μας πληροφορεί για το φορτίο που

μπορεί να αποθηκευτεί ανά μονάδα τάσης

2. Δίνεται από τη σχέση 1/2•Q•V (2 λέξεις)

3. Φεύγουν προς την Γη …. και ο οπλισμός του πυκνωτή αποκτά θετικό φορτίο

4. Λέγονται και έτσι οι μεταλλικές πλάκες του πυκνωτή

14

3

2

2

5

4

3

61

7

Λύση

29/12/2010E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 22

1

ΝΟ

Κ ΟΙ

ΩΠΧ

ΗΡΤΚΙ

ΤΟΗΤΑ

ΝΚΥ

Ε

ΡΤΚΕΛΗΔ

ΣΗΤ

Ε

Α

Ι ΟΦ Ο ΡΝΗΚ

ΗΛΕΚΤΡ

ΛΜ

ΟΜ

ΑΙΓΡΕ

ΣΤΗΛΒΑΤ

Ο

ΟΙΜΣΛΙΠ

ΡΤΚΕΗ

Σ

ΤΦ Α ΡΙΑΝΟ

4

3

2

2

5

4

3

61

Β Ο Λ7

ΠηγέςΒιβλιογραφία 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

Φυσική Γ.Π Β΄ Τάξης Ενιαίου Λυκείου (ΟΕΔΒ)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

29/12/2010E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 23

ΠηγέςVideos 1. Lighting in slow motion ( ultraslo )

http://www.youtube.com/watch?v=IgnebrbWKKw&playnext=1&list=PLD8CBF771D6AE1D16&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

29/12/2010E.Παπαευσταθίου-Συνεργάτης Ε.Κ.Φ.Ε Παλλήνης 24