Vybrané kapitoly ze středoškolské fyziky - Pro přípravný kurz k přijímacím zkouškám z fyziky na DFJP Univerzity Pardubice - Elektřina a magnetizmus

We = ∆Ek

q.U = m v 2

U = .

Po dosazení číselných údajů dostáváme výsledek

U = = 530 V .

6.1.4 Kapacita vodiče, kondenzátory

Kapacita vodiče C je skalární fyzikální veličina charakterizující jistou „schopnost“ vodiče jímat (shromažďovat) na svém povrchu při nabíjení volný elektrický náboj; je definovaná vztahem

C = , (6.7)

kde ϕ je potenciál na povrchu vodiče nabitého nábojem velikosti q .

Kondenzátor je potom tvořen soustavou dvou vodičů navzájem oddělených nevodivým prostředím (dielektrikem); tato soustava vodičů rovněž slouží k jímání elektrického náboje a má přitom podstatně větší kapacitu než vodič izolovaný.

I v tomto případě je kapacita kondenzátoru C skalární fyzikální veličinou, jež charakterizuje „schopnost“ kondenzátoru shromažďovat volný elektrický náboj na povrchu obou vodičů (náboj je přitom na obou stejně velký, ale opačného znaménka)..Kapacita kondenzátoru je pak definována poměrem

C = , (6.8)

kde U je napětí mezi kladnou elektrodou s nábojem +q a zápornou, na níž je náboj -q.

Sériové spojení kondenzátorů (obr. 6.6) - celková kapacita C soustavy n sériově zapojených kondenzátorů je dána vztahem

. (6.9)

Sériová kombinace (nejen u kondenzátorů) slouží vždy jako napěťový dělič − na jednotlivých prvcích (zde tedy na kapacitách) bude vždy menší napětí než na celé kombinaci; sériovým zapojením získáme pokaždé výslednou kapacitu C menší, než je i ta nejmenší z kapacit Ci v daném zapojení. Náboj je ovšem na všech prvcích stejný !!!

Paralelní spojení kondenzátorů (obr. 6.7) - celková kapacita C soustavy n paralelně zapojených kondenzátorů je rovna součtu jednotlivých kapacit

C = C1 + C2 +...+ Cn = . (6.10)

Při paralelním zapojení je vždy na každém prvku stejně velké napětí (to platí opět nejen pro spojování kapacit !!!). Tímto typem zapojení se vždy získá výsledná kapacita C větší, než je libovolná z kapacit Ci v dané kombinaci.

Deskový kondenzátor

Je nejjednodušším typem kondenzátoru. Je tvořen dvěma rovnoběžnými dostatečně velkými deskami o plošném obsahu S a vzdálenosti d (viz obr. 6.8). Mezi deskami pak obvykle bývá nevodivé prostředí (dielektrikum) s relativní permitivitou εr . Nabijeme-li kondenzátor, vytvoří se na desce s vyšším potenciálem ϕ1 kladný náboj +q, na desce s nižším potenciálem ϕ2 pak stejně velký ale záporný náboj -q. Mezi oběma deskami kondenzátoru pak vznikne homogenní í elektrické pole, jehož intenzitou E má velikost

E = .

Vně kondenzátoru je pak elektrické pole nulové (přesněji řečeno zanedbatelně malé intenzity). Náboje absolutní hodnoty q na deskách kondenzátoru jsou přímo úměrné napětí U mezi deskami. Konstanta úměrnosti C je právě kapacita deskového kondenzátoru; lze odvodit, že platí

C = . (6.11)

Příklad:

Desky kondenzátoru bez dielektrika mají plošný obsah 200 cm2 a vzdálenost 5 mm. Kondenzátor nabijeme na napětí l0 kV. Vypočítejte a) kapacitu kondenzátoru, b) náboj na deskách, c) intenzitu elektrického pole mezi deskami.