Figura 8.1 Modelele de ramuri asemănătoare copacului din acest bloc transparent din Plexiglas® sunt cunoscute ca o figură Lichtenberg, numită după fizicianul german Georg Christof Lichtenberg (1742–1799), care a fost primul care a studiat aceste modele. „ramurile” sunt create de defalcarea dielectrică produsă de un câmp electric puternic.
Condensatorii sunt componente importante ale circuitelor electrice din multe dispozitive electronice, inclusiv stimulatoare cardiace, telefoane mobile și computere. În acest capitol, studiem proprietățile lor și, în următoarele câteva capitole, examinăm funcția lor în combinație cu alte elemente de circuit. Prin ei înșiși, condensatorii sunt adesea folosiți pentru a stoca energia electrică și pentru a o elibera atunci când este necesar; cu alte componente de circuit, condensatorii acționează adesea ca parte a unui filtru care permite trecerea unor semnale electrice în timp ce blochează altele. Puteți vedea de ce condensatorii sunt considerați una dintre componentele fundamentale ale circuitelor electrice.
8.1 Condensatori și capacitatea
Un condensator este un dispozitiv folosit pentru a stoca sarcina electrică și energia electrică. Condensatorii sunt în general doi conductori electrici separați de o distanță. (Rețineți că astfel de conductori electrici sunt uneori denumiți „electrozi”, dar mai corect, sunt „plăci de condensatori.”) Spațiul dintre condensatori poate fi pur și simplu un vid și, în acest caz, un condensator este cunoscut ca un „condensator de vid”. Cu toate acestea, spațiul este de obicei umplut cu un material izolant cunoscut sub numele de dielectric. (Veți afla mai multe despre dielectrici în secțiunile despre dielectrici mai târziu în acest capitol.) Cantitatea de stocare într-un condensator este determinată de o proprietate numită capacitate, despre care veți afla mai multe puțin mai târziu în această secțiune.
Condensatorii au aplicații variind de la filtrarea statică de la recepția radio până la stocarea energiei în defibrilatoarele cardiace. De obicei, condensatorii comerciali au două părți conductoare apropiate una de alta, dar care nu se ating, cum ar fi cele din Figura 8.2. De cele mai multe ori, între cele două plăci este folosit un dielectric. Când bornele bateriei sunt conectate la un condensator inițial neîncărcat, potențialul bateriei mută o cantitate mică de sarcină de magnitudine Q de la placa pozitivă la placa negativă. Condensatorul rămâne neutru în general, dar cu sarcini +Q și –Q care se află pe plăci opuse.
Figura 8.2 Ambii condensatori prezentați aici au fost inițial descărcați înainte de a fi conectați la o baterie. Acum au sarcini de +Q și –Q (respectiv) pe plăcile lor. (a) Un condensator cu plăci paralele este format din două plăci cu sarcină opusă cu aria A separată de distanța d. (b) Un condensator rulat are un material dielectric între cele două foi conducătoare (plăci).
Un sistem compus din două plăci conductoare paralele identice separate de o distanță se numește condensator cu plăci paralele (Figura 8.3). Mărimea câmpului electric din spațiul dintre plăcile paralele este E = σ/ε0, unde σ denotă densitatea de sarcină de suprafață pe o placă (amintim că σ este sarcina Q pe aria suprafeței A). Astfel, mărimea câmpului este direct proporțională cu Q.
Figura 8.3 Separarea sarcinii într-un condensator arată că sarcinile rămân pe suprafețele plăcilor condensatorului. Liniile de câmp electric dintr-un condensator cu plăci paralele încep cu sarcini pozitive și se termină cu sarcini negative. Mărimea câmpului electric din spațiul dintre plăci este direct proporțională cu cantitatea de încărcare de pe condensator.
Condensatorii cu caracteristici fizice diferite (cum ar fi forma și dimensiunea plăcilor lor) stochează cantități diferite de sarcină pentru aceeași tensiune aplicată V pe plăcile lor. Capacitatea electrică C a unui condensator este definită ca raportul dintre sarcina maximă Q care poate fi stocată într-un condensator și tensiunea aplicată V pe plăcile sale. Cu alte cuvinte, capacitatea este cea mai mare cantitate de încărcare pe volt care poate fi stocată pe dispozitiv:
(8.1) C = Q/V.
Unitatea SI a capacității este faradul (F), numit după Michael Faraday (1791–1867). Deoarece capacitatea este sarcina pe unitate de tensiune, un farad este un coulomb pe un volt sau
1F = 1C/1V.
Prin definiție, un condensator de 1,0 F este capabil să stocheze 1,0 C de sarcină (o cantitate foarte mare de sarcină) atunci când diferența de potențial dintre plăcile sale este de numai 1,0 V. Un farad este, prin urmare, o capacitate foarte mare. Valorile tipice ale capacității variază de la picofarazi (1pF = 10−12 F) la milifarazi (1mF = 10−3 F), care include, de asemenea, microfarazi (1μF = 10−6 F). Condensatorii pot fi produși în diferite forme și dimensiuni (Figura 8.4).
Figura 8.4 Aceștia sunt câțiva condensatori tipici utilizați în dispozitivele electronice. Dimensiunea unui condensator nu este neapărat legată de valoarea capacității sale.
Sursa: University Physics (OpenStax), acces gratuit sub licență CC BY 4.0. Traducere de Nicolae Sfetcu. © 2021 MultiMedia Publishing, Fizica, Vol. 1-3
Fizica fenomenologică – Compendiu – Volumul 2
Descoperă universul fizicii printr-o perspectivă fenomenologică captivantă!
Fizica fenomenologică – Compendiu – Volumul 1
O explorare cuprinzătoare a fizicii, combinând perspective teoretice cu fenomene din lumea reală.
Electricitate și magnetism – Electromagnetism fenomenologic
O călătorie captivantă prin lumea fenomenelor electromagnetice, de la descoperirile fundamentale până la aplicațiile moderne.
Vișan Niculae
Aș vrea să înțeleg, ce condensator se poate monta la o locuință și de unde se poate procura ?