Σφαιρικός πυκνωτής

Όπως συμβαίνει με μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία, ένας σφαιρικός πυκνωτής μπορεί να συσσωρεύσει ενέργεια ως φόρτιση, η οποία παράγει μια διαφορά δυναμικού ή (Στατική τάση) μεταξύ των πλακών του. Μικροσκοπικά σφαιρίδια που χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα συντονισμού και μεγάλοι πυκνωτές που χρησιμοποιούνται για τη διόρθωση των συντελεστών ισχύος μπορούν να αποθηκεύσουν φορτίο, αλλά έχουν την ίδια λειτουργία. Υπάρχουν πυκνωτές που αποτελούνται από δύο ή περισσότερες από δύο παράλληλες αγώγιμες πλάκες (μέταλλο) που δεν αγγίζονται μεταξύ τους και δεν έρχονται σε επαφή μεταξύ τους. Ωστόσο, απομονώνονται ηλεκτρικά το ένα από το άλλο με μονωτικά υλικά για παράδειγμα, μαρμαρυγία, κερωμένο χαρτί, πλαστικό, κεραμικό ή υγρό τζελ, όπως με ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές. Το διηλεκτρικό στρώμα ενός πυκνωτή είναι το μονωτικό υλικό μεταξύ των πλακών του.

Τύποι πυκνωτών

• Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές:Οι πυκνωτές που χρησιμοποιούν έναν ηλεκτρολύτη για να επιτύχουν υψηλή χωρητικότητα ονομάζονται ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές. Οι ηλεκτρολύτες είναι υγρά ή πηκτώματα που περιέχουν συγκεντρωμένα ιόντα.

• Πυκνωτής μαρμαρυγίας:Γενικά, οι πυκνωτές μαρμαρυγίας χρησιμοποιούνται όταν απαιτούνται σταθεροί, αξιόπιστοι πυκνωτές σχετικά μικρών τιμών. Η χαμηλή απώλειά τους επιτρέπει τη χρήση τους σε υψηλές συχνότητες και η αξία τους δεν ποικίλλει πολύ με την πάροδο του χρόνου. Τα ίδια τα ορυκτά είναι επίσης πολύ σταθερά μηχανικά, χημικά και ηλεκτρικά.

• Πυκνωτής χαρτιού:Ένα ηλεκτρικό πεδίο αποθηκεύεται ως ηλεκτρικά πεδία από έναν πυκνωτή χαρτιού, γνωστό και ως σταθερός πυκνωτής. Έχουν μια τιμή χωρητικότητας που κυμαίνεται από 1nF έως 1uF και χρησιμοποιούνται σε συχνότητες γραμμών ηλεκτρικής ενέργειας. Το ηλεκτρικό φορτίο αποθηκεύεται σε αυτά.

• Πυκνωτές φιλμ:Το σημερινό διηλεκτρικό του πυκνωτή φιλμ είναι ένα λεπτό πλαστικό φιλμ. Μια εξελιγμένη διαδικασία σχεδίασης φιλμ καθιστά αυτήν την ταινία όσο το δυνατόν πιο λεπτή.

• Μη πολωμένοι πυκνωτές:Στον κόσμο των πυκνωτών, οι μη πολωμένοι πυκνωτές είναι γνωστοί ως μη πολωμένοι πυκνωτές.

• Κεραμικοί πυκνωτές:Οι μη πολωμένοι πυκνωτές δεν έχουν ούτε θετική ούτε αρνητική πολικότητα.

Επισκόπηση ενός σφαιρικού πυκνωτή

Σε έναν σφαιρικό πυκνωτή, ένας συμπαγής ή κοίλος σφαιρικός αγωγός περιβάλλεται από έναν κοίλο κυκλικό αγωγό διαφορετικής ακτίνας.

Ο τύπος του σφαιρικού πυκνωτή:

C =Q∆V =4πo/(1   r1-1r2) 

Υποθέτοντας 

C =Χωρητικότητα 

Q =Χρέωση 

V =Τάση 

r1 =εσωτερική ακτίνα, r2 =εξωτερική ακτίνα 

o =Διαπερατότητα (8,85 x 10-12 F/m)

Φόρτιση σε σφαιρικό πυκνωτή

Δεδομένου ότι τα φορτία κατανέμονται ομοιόμορφα στην επιφάνεια ενός αγωγού, οι γραμμές δύναμης θα φαίνονται να προέρχονται από το κέντρο της σφαίρας. Αν λάβουμε υπόψη την ποσότητα φορτίου «Q» στο κέντρο Ο της σφαίρας, οι γραμμές δύναμης θα εμφανιστούν παρόμοια. Έτσι, στην περίπτωση μιας φορτισμένης σφαίρας, μπορεί να ειπωθεί ότι όλα τα φορτία συγκεντρώνονται στο κέντρο. Η φόρτιση σε σφαιρικούς πυκνωτές ε0 =8.854 x 10-12 Coulomb2 / Newton-meter2 (C2/N-m2). Η χωρητικότητα Farad είναι η ίδια με τη χωρητικότητα μιας σφαίρας στο κενό ή του αέρα με ακτίνα 9 x 109 μέτρα για αύξηση του δυναμικού κατά 1 βολτ.

Ενέργεια πυκνωτή 

Είναι γνωστό ότι το ιατρικό προσωπικό χρησιμοποιεί απινιδωτές για να αποκαταστήσει τον φυσιολογικό ρυθμό της καρδιάς χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά ρεύματα. Ο απινιδωτής παρέχει ενέργεια που συσσωρεύεται στους πυκνωτές που μπορεί να τροποποιηθεί ανάλογα με την κατάσταση. Το UC είναι ηλεκτροστατική δυναμική ενέργεια που αποθηκεύεται στους πυκνωτές, επομένως είναι ανάλογη με την τάση V και το φορτίο Q που υπάρχουν μεταξύ των δεδομένων πλακών πυκνωτών. Οι φορτισμένοι πυκνωτές αποθηκεύουν ενέργεια ως ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των πλακών τους. Όταν ο πυκνωτής φορτίζεται, το τρέχον ηλεκτρικό πεδίο αυξάνεται. Οποιοσδήποτε φορτισμένος πυκνωτής διατηρεί ενέργεια όταν αποσυνδέεται από την μπαταρία στο χώρο μεταξύ των πλακών του.

Για να κατανοήσετε πώς μπορεί να οριστεί η ενέργεια (σύμφωνα με τα V και Q), εξετάστε την περίπτωση ενός πυκνωτή με παράλληλες πλάκες που δεν έχουν φορτίο. δηλαδη δεν εχει καποιος διηλεκτρικο? Ωστόσο, υπάρχει κενό μεταξύ των πλακών. Υπάρχουν σταθερά ηλεκτροστατικά πεδία Ε εντός του χώρου μεταξύ των δύο πλακών του συγκεκριμένου πυκνωτή. Αυτός ο χώρος περιέχει τη συνολική ενέργεια UC του δεδομένου πυκνωτή. Η ενεργειακή πυκνότητα uE ισούται με UC διαιρεμένη με τον όγκο στον δεδομένο χώρο, δηλ. Ad. Γνωρίζοντας την τιμή της ενεργειακής πυκνότητας, μπορούμε να υπολογίσουμε την ενέργεια ως 

UC=uE(Διαφήμιση).

Συμπέρασμα

Ένας σφαιρικός πυκνωτής είναι μια ηλεκτρική συσκευή με δύο ακροδέκτες που μπορεί να αποθηκεύσει ηλεκτρικό φορτίο με τη μορφή ενέργειας. Για τη δημιουργία αυτής της συσκευής χρησιμοποιούνται δύο ηλεκτρικοί αγωγοί που χωρίζονται από απόσταση. Ένα μονωτικό υλικό γνωστό ως διηλεκτρικό μπορεί να γεμίσει το χώρο μεταξύ των αγωγών ή μπορεί να χρησιμοποιηθεί κενό. Όταν ένας πυκνωτής αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια, μετράται η χωρητικότητά του. Η ενέργεια αποθηκεύεται στους πυκνωτές κρατώντας χωριστά αντίθετα φορτία. Δύο μεταλλικές πλάκες με ένα κενό μεταξύ τους συνδέονται παράλληλα για την κατασκευή ενός πυκνωτή. Τα παραδείγματα σφαιρικών πυκνωτών διατίθενται σε διαφορετικά είδη, μεγέθη, σχήματα, υλικά, σχήματα, στυλ και μήκη.