Kapacita kondenzátor elektrický proud

Kapacita vodiče

• Nábojem Q získá vodič potenciál φ => ↑Q~↑φ
• Lze zapsat Q=C·φ
• Kapacita vodiče - C
• konstanta úměrnosti
• veličina charakterizující vodiče
• závisí na tvaru, velikosti a materiálu vodiče
• jednotkou F (farad) = C·V-1
• vodič má kapacitu 1 F, jestliže se nábojem 1 C nabije na elektrický potenciál 1 V - hodně velké
• Pro osamělý kulový vodič o poloměru R ve vakuu (a přibližně také ve vzduchu) platí:

obrázek vynechánobrázek vynechán

• Kapacita kulového vodiče je tedy:

obrázek vynechán

                                                   = permitivita vakuaobrázek vynechán

Kondenzátor, kapacita kondenzátoru

• Kapacita osamoceného vodiče je malá__.__ Mnohem větší kapacitu má soustava dvou plochých vodičů oddělených od sebe tenkou vrstvou vzduchu nebo dielektrika (látky, které nepřenáší el. proud). Takové zařízení nazýváme deskový kondenzátor.
• Nejjednodušší je deskový kondenzátor bez dielektrika, který je tvořen dvěma rovnoběžnými deskami o plošném obsahu S a vzdálenosti d. Mezi deskami předpokládáme vakuum.
• Schématická značka kondenzátoru:

obrázek vynechán

Kondenzátor bez dielektrika

• Připojíme-li deskový kondenzátor ke svorkám zdroje, vznikne na desce s vyšším potenciálem φ1 kladný náboj +Q a na desce s nižším potenciálem φ2 stejně velký záporný náboj –Q.
• Rovnost absolutních hodnot obou nábojů je důsledkem jejich vzájemného silového působení. Mezi deskami vznikne homogenní el. pole s intenzitou E, vně kondenzátoru se pole obou desek vzájemně ruší.

obrázek vynechán

• Náboje na deskách kondenzátoru jsou přímo úměrné napětí mezi deskami. Konstanta úměrnosti C0 je kapacita deskového kondenzátoru bez dielektrika.

obrázek vynechán

• Kondenzátor má kapacitu 1 F, jestliže při napětí 1 V jsou na jeho deskách náboje o absolutní hodnotě 1 C.

Kondenzátor s dielektrikem

• Vyplníme-li prostor mezi deskami kondenzátoru dielektrikem, jeho kapacita se zvětší. Po připojení ke zdroji vznikne mezi deskami opět homogenní el. pole s intenzitou:

obrázek vynechán

• K tomu je však nutno přivést na desky větší náboj než u kondenzátru bez dielektrika, aby se překonal účinek vázaných nábojů vzniklých polarizací dielektrika. Deskový kondenzátor s dielektrikem má tedy větší kapacitu C, než je kapacita stejně velkého kondenzátoru bez dielektrika
• Relativní permitivita dielektrika se dá zjistit jako poměr obou kapacit

obrázek vynechán

• Kapacita deskového kondenzátoru s dielektrikem je

obrázek vynechán

• Kondenzátory mohou být buď se stálou nebo s měnitelnou kapacitou (využití v radiotechnice)

Druhy kondenzátorů podle použitého dielektrika

• S papírovým dielektrikemobrázek vynechán
• S plastickou fóliíobrázek vynechán
• Skleněné
• Slídové
• Keramické
• Elektrolytické

Zapojení kondenzátorůobrázek vynechán

obrázek vynechán

• Paralelně (vedle sebe)

  • U1=U2=U
  • C=C1+C2
  • Q=C·U
  • větší kapacita než u sériového zapojení

• Sériově (za sebe)

  • U=U1+U2 obrázek vynechán
  • Q=Q1=Q2obrázek vynechán

  obrázek vynechánobrázek vynechán

Energie nabitého kondenzátoru

• Při nabíjení a vybíjení kondenzátoru dochází k pohybu náboje v elektrickém poli, při kterém elektrostatické síly konají práci. Kondenzátor při nabíjení získává elektrickou energii a při vybíjení ji ztrácí. Během vybíjení se napětí na kondenzátoru postupně zmenšuje přímo úměrně se zmenšováním náboje na deskách
• Celková el. práce při vybití kondenzátoru a také počáteční el. energie kondenzátoru je tedy

obrázek vynechán

Elektrický proud

• Značka: I
• Jednotka: A (ampér)
• Přenesou-li nosiče náboje průřezem vodiče náboj ΔQ za dobu Δt vyvolají el. proud I

obrázek vynechán

• Dva druhy proudů:
  • Stejnosměrný => =, I
  • Střídavý => ~, i
• Elektrický proud je uspořádaný pohyb volných částic s elektrickým nábojem
• Kladně nabité částice se pohybují ve směru intenzity el. pole (od kladného pólu k zápornému), záporně nabité částice ve směru opačném
• Za směr proudu se podle dohody pokládá směr pohybu kladně nabitých částic, tzn. od plusu k mínusu
• Z definičního vztahu pro proud vyplývá, že při proudu 1 A projdou průřezem vodiče za 1 s částice s celkovým nábojem 1 C
• Podmínky pro konstantní stejnosměrný proud:
  • Uzavřený elektrický obvod
  • V obvodu se nachází elektrický zdroj

Měření elektrického proudu a napětí

• Elektrický proud
  • Měříme ampérmetrem
  • Zapojení vždy sériověobrázek vynechán
  • Schématická značka:

obrázek vynechán

• Elektrické napětí
  • Měříme voltmetrem
  • Zapojení vždy paralelně
  • Schématická značka:

obrázek vynechán

Zdroj elektrického napětí a proudu

• Zdroj napětí je zařízení, mezi jehož svorkami je neelektrostatickými silami trvale udržováno napětí.
• Elektrický proud teče i uvnitř zdroje, kde se ale volné částice pohybují proti směru elektrostatických sil, což znamená, že zde působí ještě jiné síly neelektrostatického původu
• Při přenesení náboje Q uvnitř zdroje vykonají neelektrostatické síly práci WZ=Ue·Q, kde Ue je elektromotorické napětí zdroje.
• Ve vnější části obvodu vykonávají elektrostatické síly při přenesení náboje Q práci W=U·Q, kde U<Ue je svorkové napětí zdroje. Svorkové napětí nezatíženého zdroje je rovno jeho elektromotorickému napětí

Zdroje elektrického napětí a proudu:

• Galvanický článek – vyžívá energii uvolněnou při chemické reakci kovových elektrod s vodivou kapalinou (elektrolytem)
• Fotočlánek – využívá energii světla dopadajícího na vhodně upravenou destičku polovodiče
• Termočlánek – Spojíme-li dva různé kovové vodiče do uzavřeného obvodu, přejde část elektronů z jednoho kovu do druhého a na rozhraní se objeví malé kontaktní napětí, jehož velikost závisí na teplotě spoje

Elektrický proud v kovech

• Valenční elektrony atomů v kovu jsou k atomovým jádrům vázány jen slabými silami => volně a chaoticky se pohybují
• Připojíme-li vodič ke svorkám stejnosměrného zdroje, vznikne v celém vodiči el. pole => elektrony se začnou pohybovat unášivým pohybem proti směru intenzity pole (což je podstata el. proudu v kovech)