Rodzaje kondensatorów, Notatki z Grafika

Pobierz Rodzaje kondensatorów i więcej Notatki w PDF z Grafika tylko na Docsity!

Rodzaje kondensatorów

Wprowadzenie Przeczytaj Grafika interaktywna Sprawdź się Dla nauczyciela

Czy to nie ciekawe?

Kondensatory służą do „magazynowania” energii elektrycznej. Mamy różne rodzaje kondensatorów. Możemy podzielić je ze względu na kształt, czy też na budowę. Nie wszystkie kondensatory wyglądają tak samo. Czy potrafisz powiedzieć, które ze zdjęć poniżej przedstawiają kondensatory, a które nie?

Rodzaje kondensatorów

Ile kondensatorów odnalazłeś? Jeśli chcesz sprawdzić, czy dobrze ci poszło, obejrzyj grafikę interaktywną.

Twoje cele

W tym materiale:

dowiesz się, jaki kształt mogą mieć kondensatory, zrozumiesz, w jaki sposób umieszczenie dielektryka między okładkami wpływa na pojemność kondensatora, rozróżnisz kondensator elektrolityczny, kondensator ceramiczny i super kondensator.

Przeczytaj

Warto przeczytać

Wiesz już zapewne, że kondensator to układ dwóch równoległych przewodzących płyt. Kondensator służy do magazynowania energii. W tym materiale dowiesz się, jakie są rodzaje kondensatorów.

1. Podział ze względu na budowę:

Kondensator płaski Kondensator płaski to układ dwóch płaskich, równoległych, przewodzących płyt. Pojemność kondensatora płaskiego wyznaczamy z wzoru:

,

gdzie S to powierzchnia okładek, a d odległość między nimi.

Rys. 1. Kondensator płaski o powierzchni okładek S oraz odległości między nimi d, wypełnionej dielektrykiem o względnej przenikalności elektrycznej.

Kondensator kulisty Kondensator kulisty to przewodząca sfera o promieniu umieszczona wewnątrz innej przewodzącej sfery o promieniu takim, że , tak, że środki tych sfer się pokrywają. Jego pojemność wyznaczamy z wzoru:

,

C = ε^0 ε drS

εr

r 1 r 2 r 2 > r 1

C = 4 πε r 20 −εrrr 11 r^2

Jego pojemność wyznaczamy z wzoru:

,

gdzie oznacza logarytm naturalny. Jest to szczególny logarytm o podstawie e, czyli liczbie Eulera równej w przybliżeniu 2,71828.

2. Podział ze względu na materiał znajdujący się między okładkami kondensatora

Kondensator próżniowy – przestrzeń między okładkami to próżnia. Względna przenikalność elektryczna dla próżni jest równa 1, dlatego w kondensatorach próżniowych pomija się ten czynnik we wzorach. Kondensator powietrzny – przestrzeń między okładkami wypełniona jest powietrzem. Względna przenikalność elektryczna powietrza wynosi 1,00054. Zazwyczaj traktuje się ją w przybliżeniu jako 1, a dla kondensatorów powietrznych stosuje się takie same wzory, jak dla próżniowych. Kondensator z dielektrykiem – przestrzeń między okładkami wypełniona jest dielektrykiem. W takim wypadku we wzorach na pojemność kondensatora uwzględnia się względną przenikalność elektryczną materiału dielektryka , która jest większa od

Różnice we wzorach dla kondensatorów próżniowych i wypełnionych dielektrykiem przedstawiono w tabeli poniżej: Kondensator próżniowy Kondensator z dielektrykiem Kondensator płaski Kondensator kulisty Kondensator walcowy

3. Podział ze względu na zastosowanie

Kondensator ceramiczny - rolę dielektryka pełni materiał ceramiczny. Jego zaletą jest rozmiar – kondensator ten jest płaski, więc daje możliwość umieszczenia go w nawet niewielkiej przestrzeni. Kondensator ten nie wymaga polaryzacji (tzn. możliwy jest przepływ prądu przez kondensator w obu kierunkach), pozwala to na montaż w obwodach AC. Kondensatory te mają zwykle pojemności od 1 nF do 10 μF, ale zdarzają się też kondensatory ceramiczne o pojemnościach 100 μF. Kondensatory elektrolityczne - rolę jednej z elektrod pełni elektrolit (substancja zdolna do przewodzenia prądu elektrycznego za pomocą ruchu jonów). Może być to elektrolit ciekły lub stały (polimer). Ten typ kondensatorów wymaga polaryzacji. Kondensatory elektrolityczne zwykle mają pojemności z zakresu 10 μF - 50 mF.

C = (^) ln^2 πεr 2 −ln^0 εrLr 1

ln

εr

εr

εr

C = ε^0 dS C = ε^0 ε drS C = 4 πε r 2 −^0 rr^11 r^2 C = 4 πε r 20 −εrrr 11 r^2 C = (^) lnr^22 πε−ln^0 Lr 1 C = (^) ln^2 rπε 2 −ln^0 εrLr 1

Superkondensatory wykorzystują węgle aktywne, grafen lub węglowe aerożele. Bywają wykorzystywane jako alternatywa dla akumulatorów. Ich zaletą jest szybkie tempo ładowania i rozładowywania oraz duża pojemność, natomiast wadą jest duży koszt. Superkondensatory mogą uzyskiwać pojemności nawet do 12000 F. Kondensatory nastawne - ich pojemność można płynnie zmieniać. Składają się one z serii nieruchomych, równoległych tarcz (statora) i drugiego układu ruchomych tarcz (rotora). Po przekręceniu rotora talerze zazębiają się. W zależności od kąta obrotu zmienia się powierzchnia „zazębiających” się tarcz tworzących kondensator, a więc zmienia się też jego pojemność. Kondensatory foliowe – dielektrykiem jest folia z tworzywa sztucznego. Często folia ta jest metalizowana jedno - lub dwustronnie. Ich zaletami są długa żywotność (powolny proces starzenia) oraz niski koszt. Kondensatory te nie wymagają polaryzacji, więc mogą być montowane w układach z sygnałami przemiennymi. Mają pojemność rzędu 1 nF do 30 μF.

Słowniczek

grafen

(ang.: graphen) – płaska struktura złożona z atomów węgla, połączonych w sześciokąty. Materiał kształtem przypomina plaster miodu, a ponieważ ma jednoatomową grubość, w przybliżeniu jest strukturą dwuwymiarową. Ma znakomite właściwości do zastosowań technicznych, np. niewielką rezystywność oraz bardzo dobrą przewodność cieplną. Materiał ten ma szansę w wielu zastosowaniach zastąpić krzem (jako półprzewodnik).

materiał ceramiczny

( ang.: ceramic material) – materiał powstały w wyniku wypalania gliny. Może mieć zastosowanie w budownictwie, produkcji naczyń i elementów sanitarnych, a także zastosowanie specjalne, na przykład jako dielektryk w kondensatorach. Do produkcji ceramiki najczęściej używa się gliny, kwarcu i skalenia.

obwód AC

(ang.: AC circuit) – układ elementów tworzących drogę zamkniętą dla przemiennego prądu elektrycznego.

Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia: 輸 醙 難

Ćwiczenie 1

Uzupełnij tekst :

W kondensatorach próżniowych \ ceramicznych \ elektrolitycznych przestrzeń między okładkami stanowi próżnię. Wartość względnej przenikalności elektrycznej dla próżni wynosi zero \ jeden \ ฀. Przestrzeń między okładkami kondensatora możemy także wypełnić dielektrykiem, w takim przypadku wartość względnej przenikalności elektrycznej jest większa od 1 \ większa od ฀ \ równa ฀. Umieszczenie dielektryka powoduje, że pojemność kondensatora wzrasta \ maleje \ nie zmienia się.

Ćwiczenie 2

Dopasuj opisy kondensatora do wzorów opisujących pojemność wiedząc, że: r - promień zewnętrznej okładki, r - promień wewnętrznej okładki, l - długość okładek

• względna przenikalność elektryczna, różna od 1

2 1

εr

Kondensator walcowy z dielektrykiem C = 4⋅π⋅ε r^02 ⋅−εrr⋅ 1 r^1 ⋅r^2

Kondensator kulisty z dielektrykiem C = (^) ln2⋅rπ 2 −ln⋅ε^0 ⋅lr 1

Kondensator kulisty próżniowy C = 4⋅π r⋅ε 2 −^0 ⋅rr 11 ⋅r^2

Kondensator walcowy próżniowy C = 2⋅ lnπr⋅ 2 ε−ln^0 ⋅εrr⋅ 1 l

Ćwiczenie 3

Jaki typ kondensatora został przedstawiony na rysunku poniżej:

Kondensator elektrolityczny

Kondensator nastawny

Kondensator ceramiczny

Ćwiczenie 5

Między okładkami kondensatora cylindrycznego umieszczono dielektryk o względnej przenikalności elektrycznej równej 5. Jak zmieniła się pojemność tego kondensatora?

Pojemność zmalała o 5 nanofaradów

Pojemność wzrosła o 5 nanofaradów

Pojemność zmalała pięciokrotnie

Pojemność wzrosła pięciokrotnie

Ćwiczenie 6

W kondensatorze kulistym dwukrotnie zwiększono promień każdej z okładek. Jak zmieniła się pojemność?

Po zwiększeniu promieni pojemność jest {#2} \ {4} razy {#większa} / {mniejsza} niż wcześniej.

Ćwiczenie 7

Uszereguj nazwy kondensatorów od najmniejszej możliwej pojemności do największej:

Superkondensatory

Kondensator ceramiczny

Kondensatory elektrolityczne

Ćwiczenie 8

Poniżej widzisz definicję zamieszczoną w Słowniku Języka Polskiego PWN (wydanie internetowe hps://sjp.pwn.pl/). Jaki typ kondensatora opisuje ta definicja?

"……………. - kondensator elektr., w którym zwykle jedną z okładek stanowi metal pokryty tlenkiem (stanowiącym warstwę dielektryka), drugą natomiast = elektrolit (wraz z zanurzoną w nim metal. końcówką)"

Jest to kondensator.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. przedstawi różnice między różnymi typami kondensatorów,
2. wyjaśni, w jaki sposób umieszczenie dielektryka między okładkami wpływa na pojemność kondensatora,
3. rozpozna kondensator elektrolityczny, kondensator ceramiczny i super kondensator. Strategie nauczania: blended‐learning

Metody nauczania: nauczanie hybrydowe

Formy zajęć: grafika interaktywna, praca w grupach Środki dydaktyczne: komputer dla każdego ucznia, kalkulator, długopis

Materiały pomocnicze

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Nauczyciel rozpoznaje wiedzę uczniów poprzez zadanie pytań: czym jest kondensator, do czego służy kondensator, jaka jest podstawowa budowa kondensatora, czy potraficie podać przykładowe rodzaje kondensatorów? Jeśli uczniowie nie znają odpowiedzi, nauczyciel pomaga im usystematyzować wcześniejszą wiedzą z elektrostatyki. Przeczytanie i omówienie pkt I „Czy to nie ciekawe?”

Faza realizacyjna:

Uczniowie samodzielnie czytają tekst „Warto przeczytać” i oglądają grafikę interaktywną, po czym, wykorzystując zdobytą wiedzę, rozwiązują zadania 1 - 8 z punktu „Sprawdź się”. Uczniowie dzielą się na 4 grupy. Uczniowie w grupach omawiają rozwiązania zadań, wspólnie zastanawiając się nad zadaniami, które sprawiły im trudność. Każda z grup typuje najtrudniejsze zadanie i omawia je „na forum klasy”. Jeśli dane zadanie zostało już omówione, grupa powinna omówić drugie zadanie pod względem trudności.

Faza podsumowująca:

Nauczyciel sprawdza, które zadania sprawiły uczniom kłopot i dlaczego. Poprzez analizę wypowiedzi uczniów nauczyciel określa w jakim stopniu osiągnięte zostały wyznaczone cele.

Praca domowa:

Nauczyciel proponuje kilka tematów na krótką prezentację dotyczącą kondensatorów, np.: jak wyglądał pierwszy kondensator (butelka lejdejska), możliwości superkondensatorów, wielka plaga kondensatorów, kondensator z dwóch drutów.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium: Multimedium może być wykorzystane przed lekcją jako wprowadzenie do niej lub po lekcji do powtórzenia i utrwalenia wiadomości.