Get Adobe Flash player

ΠΥΚΝΩΤΗΣ

Πυκνωτής είναι η διάταξη με την οποία επιτυγχάνεται η αποθήκευση του ηλεκτρικού φορτίου.

1] Ποιος είναι ο ρόλος του πυκνωτή .

Ο πυκνωτής έχει την δυνατότητα να αποθηκεύει ηλεκτρικό φορτίο και ηλεκτρική ενέργεια  στους οπλισμούς του, καθώς επίσης και να αποδίδει το φορτίο και την ενέργεια στο κύκλωμα. Η απόκτηση ηλεκτρικής ενέργειας ονομάζεται φόρτιση του πυκνωτή και η απόδοσή της στο κύκλωμα, εκφόρτιση του πυκνωτή . piknotis
2] Τι είναι πυκνωτής .

Είναι  ένα σύστημα δύο γειτονικών αγωγών, οι οποίοι χωρίς να συνδέονται αγώγιμα, είναι δυνατόν να φορτίζονται ο ένας με θετικό φορτίο και ο άλλος με απολύτως ίσο φορτίο αρνητικό.

3] Ορισμοί:

α) Τάση πυκνωτή ( Vc ) : Είναι η διαφορά δυναμικού ανάμεσα στους οπλισμούς του πυκνωτή.

β) Φορτίο του πυκνωτή :  Είναι το φορτίο του θετικού οπλισμού του πυκνωτή.

γ) Χωρητικότητα πυκνωτή C  : Είναι το σταθερό πηλίκο του φορτίου του πυκνωτή προς την τάση του πυκνωτή. Είναι σταθερό μέγεθος για τον πυκνωτή. (Κάθε πυκνωτής έχει κάποια σταθερή χωρητικότητα)

δ) Ενέργεια πυκνωτή : Είναι η ενέργεια που αποθηκεύεται στον πυκνωτή. Εμφανίζεται στον πυκνωτή όταν είναι φορτισμένος. Δεν είναι σταθερό μέγεθος και η τιμή της εξαρτάται από το φορτίο ή την τάση του πυκνωτή. Όταν ο πυκνωτής εκφορτίζεται δίνει την ενέργειά του και στο τέλος (αφόρτιστος) έχει μηδενική ενέργεια.

ε)  Διηλεκτρικό :  Είναι το μονωτικό υλικό που βρίσκεται ανάμεσα στους οπλισμούς του πυκνωτή. Κάθε διηλεκτρικό έχει έναν χαρακτηριστικό αριθμό (λέγεται διηλεκτρική σταθερά ) που δείχνει την αύξηση της χωρητικότητας του πυκνωτή.

4] Πώς φορτίζεται ένας πυκνωτής .
Για να φορτιστεί ο πυκνωτής πρέπει στα άκρα του να εφαρμοστεί διαφορά δυναμικού π.χ. μία πηγή.Ο πυκνωτής τότε αποκτά φορτίο. Ηλεκτρόνια φεύγουν από τον ένα οπλισμό ( που γίνεται θετικός) και πηγαίνουν στον άλλο οπλισμό ( που γίνεται αρνητικός ). Για την μετακίνηση αυτή η πηγή δαπανά ενέργεια. Η ενέργεια αυτή αποθηκεύεται στον πυκνωτή. Η μετακίνηση των φορτίων γίνεται μέχρι η τάση του πυκνωτή να γίνει ίση με την τάση που τον φορτίζει. fortisi
5] Πώς εκφορτίζεται ο πυκνωτής .

 

Ο πυκνωτής φορτίζεται μέσω κάποιας πηγής. Αν ο φορτισμένος πλέον πυκνωτής αποσυνδεθεί από την πηγή , τότε κρατά το φορτίο του και την ενέργεια που έχει αποκτήσει ( τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να περάσουν από το διηλεκτρικό για να μεταφερθούν από τον αρνητικό οπλισμό στον θετικό). Αν όμως ενώσω τα δύο άκρα του με έναν αγωγό ( μέταλλο) τότε τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται μέσω του αγωγού από τον αρνητικό οπλισμό στον θετικό και έτσι το φορτίο του πυκνωτή γίνεται μηδέν (εκφόρτιση). Η ενέργεια που ήταν στον πυκνωτή γίνεται ενέργεια ηλεκτρικού ρεύματος και τελικά θερμότητα στον αγωγό. Για το διάστημα αυτό ο πυκνωτής έχει ρόλο πηγής.
Επίπεδος πυκνωτής είναι η διάταξη που αποτελείται από δύο μεταλλικές επιφάνειες (εμβαδού S), παράλληλες μεταξύ τους (σε απόσταση d) που φορτίζονται με αντίθετα φορτία. Οι επιφάνειες ονομάζονται οπλισμοί και στον μεταξύ τους χώρο εμφανίζεται το ομογενές ηλεκτρικό πεδίο. 23

ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΦΟΡΤΙΣΗΣ - ΕΚΦΟΡΤΙΣΗΣ ΠΥΚΝΩΤΗ

Η φόρτιση και η εκφόρτιση του πυκνωτή μπορεί να φανεί στην προσομοίωση :

Εργαστήριο κατασκευής κυκλωμάτων συνεχούς και εναλλασσομένου ρεύματος.

Αφού ανοίξετε το πρόγραμμα, κάντε τη συνδεσμολογία του παρακάτω σχήματος. Οι διακόπτες Δ1 και Δ2 να είναι ανοικτοί.

fortekfort

Στη συνέχεια, με δεξί ΚΛΙΚ σε κάποιο στοιχείο μπορούμε να αλλάξουμε τις τιμές.

Έτσι δώστε στην πηγή Ε=100V. Οι τιμές της αντίστασης έχουν προκαθορισμένη τιμή στα 10 Ω.

Προσέξτε την δυνατότητα εμφάνισης ή μή των ηλεκτρονίων , κάτω δεξιά της προσομοίωσης.

Το αριστερό τμήμα αποτελεί κύκλωμα φόρτισης του πυκνωτή. Στη δεξιά πλευρά της προσομοίωσης ενεργοποιήστε απο τα ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ  το βολτόμετρο και τοποθετήστε τους ακροδέκτες στα άκρα του πυκνωτή. Το βολτόμετρο τώρα δείχνει την τάση στα άκρα του πυκνωτή.

Κλείστε τον διακόπτη Δ1 ( ο Δ2 ανοικτός) και παρακολουθήστε την κίνηση των ηλεκτρονίων κατά τη φόρτιση του πυκνωτή. Η φωτοβολία του λαμπτήρα αποτελεί μέτρο της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος. Όταν η τάση στα άκρα του πυκνωτή πλησιάζει τα 100V, (τάση πηγής) το ηλεκτρικό ρεύμα μηδενίζεται. Στη φάση αυτή ο πυκνωτής έχει φορτιστεί.

Ανοίξτε τον διακόπτη Δ1. Ο πυκνωτής παραμένει φορτισμένος.

Το δεξί τμήμα του κυκλώματος είναι το κύκλωμα εκφόρτισης.

Κλείστε τον διακόπτη Δ2 (ο Δ1 ανοικτός) και παρακολουθήστε την εκφόρτιση του πυκνωτή.

Παρατήρηση : Στο κάτω τμήμα της προσομοίωσης υπάρχει κουμπί ελέγχου για την παύση και την εκτέλεση του προγράμματος.

Μπορείτε να αποθηκεύσετε την κατασκευή και να την ανακαλέσετε με τα κουμπιά πάνω δεξιά στην οθόνη.

 

fortekfort2

Το κύκλωμα σε κατάσταση λειτουργίας φόρτισης πυκνωτή με συνδεμένο το βολτόμετρο.

 

Μπορείτε να αλλάξετε τον χρόνο φόρτισης ή εκφόρτισης αλλάζοντας την τιμή της αντίστασης R. Ο χρόνος αυτός είναι ανάλογος του γινομένου τ = RC