Φόρτιση στον πυκνωτή

Ένα εξάρτημα που είναι ικανό να αποθηκεύει ενέργεια με τη μορφή ηλεκτρικών φορτίων, δημιουργώντας έτσι μια διαφορά δυναμικού στις πλάκες του, ονομάζεται πυκνωτής. Ένας πυκνωτής έχει τη δυνατότητα να αποθηκεύει ενέργεια, ακριβώς όπως μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία.

Μπορεί κανείς να βρει διάφορους τύπους πυκνωτών. Αυτά ποικίλλουν από μικρά σφαιρίδια πυκνωτών έως πυκνωτές τεράστιου συντελεστή ισχύος. Ωστόσο, το έργο ενός πυκνωτή παραμένει το ίδιο (αποθήκευση φορτίου), ανεξάρτητα από το μέγεθός του.

Ένας πυκνωτής έχει 2 ή περισσότερες δύο παράλληλες αγώγιμες πλάκες. Το διηλεκτρικό είναι η μονωτική επίστρωση που βρίσκεται μεταξύ των πλακών πυκνωτών. Τώρα θα μάθουμε περισσότερα σχετικά με τη φόρτιση πυκνωτών .

Φόρτιση πυκνωτών

Q =C*V

(Σε αυτόν τον τύπο, Q είναι το φορτίο, σε κουλόμπ, C είναι η χωρητικότητα, σε Farads, V είναι η τάση, σε βολτ.)

Η χωρητικότητα είναι η ικανότητα του πυκνωτή να αποθηκεύει ηλεκτρικά φορτία στις πλάκες του. Η ποσότητα της φόρτισης που αποθηκεύεται στον πυκνωτή είναι μεγαλύτερη όταν η χωρητικότητα είναι μεγάλη και αντίστροφα.

Ένας πυκνωτής παίρνει την τιμή της χωρητικότητας από την ικανότητά του να αποθηκεύει το φορτίο στις αγώγιμες πλάκες. Το εμβαδόν ή οι διαστάσεις είναι επίσης οι καθοριστικοί παράγοντες της χωρητικότητας. Η χωρητικότητα πρέπει πάντα να είναι μια σταθερή γνωστή τιμή. Έτσι, για να αυξήσουμε και να μειώσουμε τη φόρτιση ενός καπακιού, προσαρμόζουμε την τάση του. Λιγότερη τάση σημαίνει λιγότερη φόρτιση, ενώ περισσότερη τάση σημαίνει περισσότερη φόρτιση. Αυτή η εξίσωση μας παρέχει επίσης έναν τρόπο να ορίσουμε την τιμή του Farad. Το φορτίο στον πυκνωτή τείνει να είναι μια ανισορροπία.

Όσο μικρότερη είναι η απόσταση μεταξύ δύο πλακών, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η ικανότητα των πλακών να αποθηκεύουν φορτίο επειδή το αρνητικό φορτίο στη φορτισμένη πλάκα -Q έχει μεγαλύτερη επίδραση στη φορτισμένη πλάκα +Q. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περισσότερα ηλεκτρόνια να απωθούνται από τη φορτισμένη πλάκα +Q, γεγονός που οδηγεί τελικά σε αύξηση του συνολικού φορτίου. Ένα πράγμα που πρέπει πάντα να θυμόμαστε είναι ότι η φόρτιση του πυκνωτή είναι πάντα μια ανισορροπία.

Πυκνωτές με παράλληλες πλάκες

Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή με παράλληλη πλάκα είναι ανάλογη με την επιφάνεια. Είναι αντιστρόφως ανάλογο με την απόσταση μεταξύ των πλακών, κάτι που ισχύει για το διηλεκτρικό μέσο του αέρα. Η εισαγωγή ενός στερεού μέσου μεταξύ των αγώγιμων πλακών που περιέχουν διηλεκτρική σταθερά μεγαλύτερη από τον αέρα μπορεί, ωστόσο, να αυξήσει την τιμή χωρητικότητας ενός πυκνωτή.

Η διηλεκτρική σταθερά είναι ο παράγοντας με τον οποίο ο μονωτήρας διευρύνει την χωρητικότητα του πυκνωτή σε σύγκριση με τον αέρα. Ο λόγος της διαπερατότητας του διηλεκτρικού μέσου που χρησιμοποιείται προς τη διαπερατότητα της ελεύθερης χωρητικότητας αντιπροσωπεύεται από το "k", αλλιώς γνωστό ως κενό. Το μόνο πράγμα που πρέπει πάντα να θυμόμαστε είναι ότι υπάρχει μια ανισορροπία στη φόρτιση ενός πυκνωτή.

Έτσι, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι όλες οι τιμές χωρητικότητας συνδέονται με τη διαπερατότητα κενού. Τα διηλεκτρικά υλικά που έχουν αυξημένη διηλεκτρική σταθερά είναι λεπτότερος μονωτής σε σύγκριση με τα διηλεκτρικά υλικά που έχουν χαμηλότερη τιμή διηλεκτρικής σταθεράς. Η διηλεκτρική σταθερά είναι μια αδιάστατη ποσότητα και σχετίζεται με τον ελεύθερο χώρο.

Ρεύμα που ρέει μέσω πυκνωτών 

Τα φορτία δεν ρέουν μέσω του πυκνωτή σε καμία περίπτωση. Ένα ηλεκτρικό ρεύμα δεν μπορεί να ρέει μέσα από έναν πυκνωτή επειδή δημιουργεί επαγωγέα λόγω των μονωτικών ιδιοτήτων του διηλεκτρικού υλικού μεταξύ των πλακών. Υπάρχει μια επίδραση του ρεύματος ροής λόγω της φόρτισης και της εκφόρτισης των πλακών.

Το ρεύμα που διαρρέει τον πυκνωτή σχετίζεται άμεσα με τα φορτία στις πλάκες, επειδή το ρεύμα είναι ο ρυθμός ροής φορτίου σε σχέση με το χρόνο. Εάν η τάση παραμένει σταθερή, η φόρτιση θα γίνει τελικά σταθερή και το ρεύμα θα γίνει μηδέν. Αυτό σημαίνει ότι δεν θα υπάρξει καμία αλλαγή στην τάση, καμία ροή φορτίων και καμία ροή ρεύματος.

Συμπέρασμα

Έτσι μπορούμε να συμπεράνουμε ότι οι πυκνωτές είναι μια συσκευή που αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια. Διαθέτει δύο τερματικά και είναι παθητικό ηλεκτρονικό εξάρτημα. Γνωρίσαμε επίσης ότι υπάρχει μια ανισορροπία στη φόρτιση του πυκνωτή . Η χωρητικότητα καθορίζει την ικανότητα ενός πυκνωτή να αποθηκεύει φορτίο. η μονάδα SI για το ίδιο είναι το Farad, το οποίο πήρε το όνομά του από τον Michael Faraday. Το υλικό που χρησιμοποιείται μεταξύ δύο πλακών ονομάζεται διηλεκτρικό. Λειτουργεί ως μονωτικό και βοηθά στον προσδιορισμό πολλών άλλων ιδιοτήτων. Οι πυκνωτές λειτουργούν σαν επαναφορτιζόμενες μπαταρίες. Θα ολοκληρώσουμε με μερικές συχνές ερωτήσεις φόρτισης σε πυκνωτές.