8. Elektrimahtuvus füüsikaline suurus, mis iseloomustab keha võimet salvestada elektrilaengut. (C=q/U; ühik 1F[farad]) 9. Kondensaator kaks dielektrikuga eraldatud elektroodi, kasutatakse voolu ühtlustava seadmena · Homogeenne elektriväli: E=Q/a*s=U/d E-elektrivälja tugevus volti meetri kohta(V/m) Q- laeng kulonites (C) a-absoluutne dielektriline läbitavus faradites meetri kohta (F/m) S- pindala ruutmeetrites d- plaatidevaheline kaugus meetrites · Lamekondensaatori mahtuvus: C=Q/U=a*s/d=(r*0*S)/d r- suhteline dielektriline läbitavus 0- elektriline konstant 8,85*10-12F/m · Mitmeplaadilise kondensaatori mahtuvus: C=(n-1) *a*S/d C-mahtuvus faradites (F) n- plaatide arv
Plaatkondensaator Silinderkondensaator Kondensaatori mahtuvust mõõdetakse irdjuhi mahtuvusega samades ühikutes faradites; Plaatkondensaatori mahtuvus: S C= 0 , d kus on plaatidevahelise dielektriku suhteline dielektriline läbitavus, 0 on elektriline konstant 0 = 1 / 4k, S on plaadi pindala ja d on plaatidevaheline kaugus. Kondensaatorite ühendamine Rööpühendus: C1 C2 Cn Cr = C1 + C2 +...+ Cn Jadaühendus: C1 C2 Cn 1/Cj = 1/C1 + 1/C2 +...+ 1/Cn Segaühendus: Kogu ühendusskeem tuleb jagada üksikuteks ainult rööp- ja ainult jadaühendusi sisaldavateks osadeks.
1. Elektrostaatiliseks väljaks nimetatakse antud taustsüsteemis seisvate laenguga kehade elektrivälja. 2. Elektrivälja antud punkti väljatugevuseks nimetatakse füüsikalist suurust, mis võrdub sellesse punkti asetatud proovilaengule mõjuva jõu ja selle laengu suhtega. E=F/q , kus F-Elektrijõud (N); q-proovilaengu laeng(c); E-Elektrivälja tugevus antud väljapunktis(N/c) Kui välja tekitav punktlaeng on positiivne, siis tema elektrivälja tugevus on suunatud temast eemale. E=kq/Er(ruudus), kus q-punktlaengu laeng(c); E-punktlaengu elektrivälja tugevus kaugusel r punktlaengust(N/C) r-kaugus punktlaengust(m) 3. Kui ühes ja samas ruumi piirkonnas tekitavad elektrivälja mitu laetud keha, siis kõigi elektriväljade väljatugevused liituvad selles punktis vertikaalselt. E=E1+E2+E3 4. Elektrivälja jõujooneks nim sellist mõttelist joont, mille igasse punkti tõmmatud puutuja ühtib sellesse punkti joon...
mitu korda on elektriväli aines nõrgem, kui vaakumis. (E0-elektrivälja tugevus vaakumis, E--,,- aines. e-aine dielekt läbit) E-elektrivälja tugevus( ) F-jõud (N) q-laeng (C) - dielktriline läbitavus, -8,8510¹² S-pindala) I-voolutugevus(A) t-aeg(s) k- 910 r-kehade vaheline kaugus(m) U-pinge(V) A-töö(J) -potentsiaal (V) Wp-pot enrgia (J) C-mahtuvus(F) d-plaatidevaheline kaugus(m) w- enrgiatihedus(), W-tihedus(J) V-ruumala(m³)
Plaatkondensaator Silinderkondensaator Kondensaatori mahtuvust mõõdetakse irdjuhi mahtuvusega samades ühikutes faradites; Plaatkondensaatori mahtuvus: S C= 0 , d kus on plaatidevahelise dielektriku suhteline dielektriline läbitavus, 0 on elektriline konstant 0 = 1 / 4k, S on plaadi pindala ja d on plaatidevaheline kaugus. Kondensaatorite ühendamine Rööpühendus: C1 C2 Cn Cr = C1 + C2 +...+ Cn Jadaühendus: C1 C2 Cn 1/Cj = 1/C1 + 1/C2 +...+ 1/Cn Segaühendus: Kogu ühendusskeem tuleb jagada üksikuteks ainult rööp- ja ainult jadaühendusi sisaldavateks osadeks.
Füüsika - Elektrostaatika Keha elektriseerimiseks peab sellele rakendama mingit jõudu (põhiliselt on selleks hõõrdejõud). Kondensaatoriks nimetatakse kehade süsteemi, mis on loodud mingi kindla mahtuvuse saamiseks. Kondensaatori mahtuvus (farad) näitab, kui suure laengu andmisel ühele plaadile suureneb plaatidevaheline pinge ühe ühiku võrra (tema plaatide omavaheline mahtuvus). See sõltub vaadeldavate kehade mõõtmetest, vahekaugustest ja nendevahelise aine dielektrilisest läbitavusest. Laetud kondensaatori energia avaldub kujul Wp = CU2/2, kus C on kondensaatori mahtuvus ja U tema pinge. Coloumbi seadus: Kaks punktlaengut mõjutavad teineteist jõuga, mis on võrdeline nende laengute korrutisega ja pöördvõrdeline laengutevahelise kauguse ruuduga. Jõud on suunatud piki laenguid ühendavat sirget
0 cm kaugusel negatiivsest laengust, b) punktis, mis paikneb sama sirge pikendusel 4.0 cm kaugusel positiivsest laengust. 75. Elektron alustab paigalseisust ja läbib elektriväljas potentsiaalide vahe 1.0 V. Kui suure kiiruse elektron omandab? Elektroni laeng on -1.6·10-19 C ja mass 9.1·10-31 kg. 76. Plaatkondensaatori mahtuvus on 1.0 F. Plaatidevaheline kaugus on 1.0 mm ja seal puudub dielektrik. Kui suur on plaatide pindala? 77. Plaatkondensaatori plaatide vaheline kaugus on 5.00 mm. Plaatide pindala on 2.00 m2. Kondensaatorile antakse pinge 10.0 kV. Arvutada kondensaatori mahtuvus, kummagi plaadi laeng ja elektrivälja tugevus plaatide vahel, kui seal puudub dielektrik.
karakteristikuga? 2.8 Millise kondensaatori plaatide vahelise nihke korral on mahtuvustajur mittelineaarse staatilise karakteristikuga? 2.7-2.8: Mahtuvustajurite korral muundatakse mõõdetav suurus, milleks võib olla näiteks lineaarnihe või nurgamuutus, elektrilise mahtuvuse muutuseks. Kas se suurus on lineaarne või mittelineaarse sõltub mahtuvusest kus on kondensaatori plaatide vahelise keskkonna dielektriline läbitavus, y- plaatidevaheline kaugus, S- plaatide kohakuti olevate osade pindala. Siit on näha, et mahtuvus muutub, kui muutub kas plaatidevaheline kaugus, plaatide kohakuti olevate osade pindala või plaatide vahel oleva keskkonna dielektriline läbitavus, 2.9 Millise staatilise karakteristikuga on pöördenurga mahtuvustajur? Mahtuvustajur pöördenurga mõõtmiseks on pöördkondensaator, mille plaat 1 on liikumatu, plaat 2 saab pöörduda ümber telje plaadi 1 suhtes. Plaatide vahekaugus ei muutu, sõltuvalt plaadi 2
või venituse tagajärjel.Põhjustab erimärgiliselt laetud ioonirühmade ehk alavõrede omavaheline nihkumine ioonkristalli deformeerimisel. Piesoelektriline pöördefekt-seisneb kristalli mõõtmete muutumises elektrivälja mõjul.Elektriväli nihutab erimärgilisi ioone vastandlikes suundades.Seega kaasneb piesokristalli kokkutõmbumine või väljavenimine. Mahtuvus-näitab, kui suure laengu q andmisel ühele plaadile suureneb plaatidevaheline pinge U ühe ühiku võrra. Seega on kondesaatori mahtuvus sisuliselt tema plaatide omavaheline mahtuvus. Kondensaator- kehade süsteem,mis on loodud mingi kindla mahtuvuse saamiseks.Lihtsaim koosneb kahest elektrit juhtivast plaadist, mille vahel paikneb dielektrikukiht. Kondensaatori mahtuvus- on 1 F, kui laengu 1C viimine ühelt plaadilt teisele tekitab plaatide vahel pinge 1V. Seega 1F= 1C : 1V ( 1 farad) Kondensaatorite kasutamise näited (3)- 1) mikrofon-milles sisaldub kondensaator
miinus laengu. Elektrilaenguid saab koguda, kui meil on kahest kehast süsteem: üks kogub pluss ja teine miinus laengu. C=q/U C elektrimahtuvus (F) Kindla mahtuvuse saamiseks loodud süsteemi nimetatakse kondensaatoriks. Kondensaatorit kasutatakse liigsete laengute kogumiseks (mikrofonis, klaviatuuris, raadiojaama nupu taga). Plaatkondensaatori mahtuvuse valem: C=*0*S/d d plaatidevaheline kaugus (m) aine dielektriline läbitavus 0=8,85*10 -12 F/m S plaatide pindala (S) 9. Elektrivälja energia. Millest see sõltub? Eneriga on keha võime teha tööd. Nii palju kui on energiat, saab teha tööd. Tööd tehakse siis, kui jõu mõjul midagi liigutatakse või keha soojeneb. Elektrivälja energia sõltub pingest ja laetud kehade elektrilaengust. Ee=CU2/2 Ee=U*q Ee elektrivälja energia (J)
metallplaati plaatide vahel on isoleeraine Kui kondensaator ühendada alalisvooli allikaga kogunevad elektroodidele laengud mis on suuruselt võrdsed kuid vastasmärgilised laengute toimel tekib dielektrikus homogeenne elektriväli mahtuvuse suurendamiseks valmistatakse kondensaatorid tavaliselt mitmeplaadilised suurem mahtuvus on kondensaatoril millel on suurem kohakuti olev elektroodi pind.suurem dielektrilise läbitavusega dielektrik väiksem plaatidevaheline kaugus Ülikondensaator 20. sajandi lõpul õpiti veelgi suurendama kondensaatori mahtuvust Selleks hakati valmistama kondensaatoriplaate erilisest väga poorsest söest. Niisuguse söeplaadi 1 grammi aktiivpind on umbes 2000 m2. Elektroodide vahet ja poore täidab elektrolüüt. Nii on jõutud kondensaatoriteni, mille mahtuvus on mõõdetav faradites ja isegikilofaradites. Erinevana tavalistest on neid hakatudnimetama ülikondensaatoriteks.
Laengute toimel tekib dielektrikus homogeenne elektriväli Q U E= = , a S d E elektrivälja tugevus volti meetri kohta (V/m) Q laeng kulonites (C) a absoluutne dielektriline läbitavus faradites meetri kohta (F/m) 2 S plaatide kohakutiolev pindala ruutmeetrites (m ) 63 U pinge voltides (V) d plaatidevaheline kaugus meetrites (m) Lamekondensaatori mahtuvus Q aS r 0 S C= = = U d d r suhteline dielektriline läbitavus 0 12 elektriline konstant: 8,85·10 F/m Mõne aine suhteline elektriline läbitavus r: Õhk 1 Isoleerõli 2 ... 2,8 Kondensaatorpaber 4...8 Portselan, klaas 3...6 Keraamika 10 ... 10 000 Polüester 3,3
Laengute toimel tekib dielektrikus homogeenne elektriväli Q U E= = , εa S d E elektrivälja tugevus volti meetri kohta (V/m) Q laeng kulonites (C) εa absoluutne dielektriline läbitavus faradites meetri kohta (F/m) 2 S plaatide kohakutiolev pindala ruutmeetrites (m ) 63 U pinge voltides (V) d plaatidevaheline kaugus meetrites (m) Lamekondensaatori mahtuvus Q εaS εr ε0 S C= = = U d d εr suhteline dielektriline läbitavus ε0 –12 elektriline konstant: 8,85·10 F/m Mõne aine suhteline elektriline läbitavus εr: Õhk 1 Isoleerõli 2 … 2,8 Kondensaatorpaber 4…8 Portselan, klaas 3…6 Keraamika 10 … 10 000
Mahtuvust mõõdetakse elektrilaenguna, mis tõstab keha potentsiaali või kondensaatori elektroodide potentsiaalide vahet (pinget) ühiku võrra, kus C on mahtuvus, q on elektrilaeng ja U on pinge. Plaatkondensaatori mahtuvus Elektrimahtuvus sõltub üksnes geomeetrilistest parameetritest plaatide pindalast S ja plaatidevahelisest kaugusest d. Seejuures kooskõlastab võrdetegur E0 (elektriline konstant) SI-süsteemile vastavad ühikud. Mida suurem on plaatide pindala ja mida väiksem on plaatidevaheline kaugus, seda suurem on plaatkondensaatori elektrimahtuvus. Liigid Eristatakse püsikondensaatoreid, mille mahtuvus on teatud kindla väärtusega, ja muutkondensaatoreid, mille mahtuvust saab etteantud piires sujuvalt muuta. Valdav enamik kondensaatoreid on püsikondensaatorid. Neid liigitatakse elektroode eraldava dielektrikukihi järgi; ; levinuimad on keraamika-, plastkile- ja elektrolüütkondensaatorid. Dielektrikuna on olnud kasutusel ka immutatud paber, vilk, klaas jm. Kondensaatorite
üks nanofarad 1nF = 10`-9F üks pikofarad 1pF = 10`-12F ElektriKondensaatorid elektrikondensaator e lihtsalt kondensaator on kahest või enamast plaadist ja nende vahelisest delektrikukiist koosnev seadis kondensaatorite omaduses on koguda ja säilitada oma plaatidel suurusle võrdseid kuid erimärgilisi elektrilaengid Kondensaatorit iseloomsutav põhisuurus on tema elktrimahtuvus tähis C Kondensaatori elektrimahtuvus näitab kui suure elktrilaengu andmisel tema ühele plaadile suureneb plaatidevaheline pinge ühikuslie suursue (1V) võrra C= Q/U kus C(F) kkondensaatori elektrimahtuvus Q(C) kondensaatori ühelep laadile kantava elktrilaengu suurus U(V) kondensaatori plaatide vaheline pinge. Plaatkondensaatori mahtuvs on sõltuv tema plaatide mõõtmetest ja vahekauguest plaatide vahelise aine dielektrilisest läbitavusest ning on arvutatav seosega : C=E0ES/d kus C (F) plaatikondensaatori elektrimahtuvus E0 (F/m) elektriline konstant E0 = 8,85*10`-12 F/m
U 1V = 1J / 1C Pinge U = Ed Ülesanne 1 Kui suur laeng läheb juhtmelõigu ühest otsast teise, kui pinge on 12 V ja energiat kulub 60 J? Ülesanne 2 Laengu 2C juhtme ühest otsast teise viimiseks vajalik töö oli 5 J. Kui suur oli pinge? Ülesanne 3 Leia elektrivälja tugevus kahe paralleelse plaadi vahel, kui pinge on 6kV ja plaatidevaheline kaugus 3mm. Ülesanne 4 Homogeense elektrivälja tugevus on 24 10 3 V/m. Kui suur on pinge seda tekitavate elektroodide vahel? Elektroodide kaugus teineteisest on 8cm. Ülesanne 5 Mootori süüteküünla elektroodide vahel tekib säde väljatugevusel 3000 kV/m. Süütepool annab pingeimpulsi 20 kV. Kui suur võib olla elektroodide vaheline kaugus? 8. Juht elektriväljas. Juht on aine, milles laengukandjate arv ja aatomite üldarv on samas suurusjärgus.
Järelikult on elektrivälja jõujooned risti ekvipotentsiaalpinnaga. Punktlaengu ekvipotentsiaalpindadeks on seda laengut ümbritsevad kontsentrilised kerapinnad. Homogeense elektriväljaekvipotentsiaalpinnad on jõujoontega ristuvad tasandid. Elektrivälja tugevuse ja pingevaheline seos: Olgu meil 2 tasaparalleelse terasplaadi vahel homogeenne elektriväli. Olgu nende plaatide vaheline kaugus d, arvutame millega võrdub elektrivälja töö laengu q nihutamisel ühelt plaadilt teisele, plaatidevaheline pinge olgu u=fii1-fii2 A=q0*u, sama töö võime väljendada ka mehaanikas, A=F*d=q0*E*d q0*u=q0*E*d Dielektrikud elektriväljas: Dielektrikus ei saa laengukandjad vabalt liikuda(va kõrge pinge puhul). Nad võivad vaid pisut nihkuda asendist, milles nad olid elektrivälja puudumisel. Dielektrik on aine, milles elektrivälja mõjul toimub seotud laengukandjate nihkumine oma tasakaaluasendi suhtes. See on dielektrikute polarisatsioon
kondensaatorit, mille plaatide vahekaugus, silindrite või ketaste katteulatus muutub vastavalt mõõdetava suuruse muutumisele. Kaheplaadilise lameda kondensaatori elektrimahtuvus on: C = εoεS/δ; (3.2.7) kus: εo - elektriline konstant (F/m); ε - plaatidevahelise keskkonna suhteline dielektriline läbitavus; S – plaatide aktiivne pind (m²); δ – plaatidevaheline kaugus (m); Valemist 2.2.7. selgub, et mahtanduri võib ehitada kasutades järgmisi staatilisi karakteristikuid: C = f(δ); C = f(S); C = f(ε); Joonisel 0.2.12. on toodud nende staatiliste karakteristikute realiseerimise variandid. a)realiseerib karakteristiku C = f(δ) = f(x), see tähendab, et kasutatakse ära kondensaatori ülemise plaadi liikumisel muutuv plaatidevaheline kaugus;
Leida elektrostaatilise välja potentsiaal a) punktis, mis paikneb laenguid ühendaval sirgel 4.0 cm kaugusel negatiivsest laengust, b) punktis, mis paikneb sama sirge pikendusel 4.0 cm kaugusel positiivsest laengust. (12*(-12)*0,12 / 42 = -900 8. Elektron alustab paigalseisust ja läbib elektriväljas potentsiaalide vahe 1.0 V. Kui suure kiiruse elektron omandab? Elektroni laeng on -1.6·10- 19 C ja mass 9.1·10-31 kg. ELEKTRIMAHTUVUS 9. Plaatkondensaatori mahtuvus on 1.0 F. Plaatidevaheline kaugus on 1.0 mm ja seal puudub dielektrik. Kui suur on plaatide pindala? 10. Plaatkondensaatori plaatide vaheline kaugus on 5.00 mm. Plaatide pindala on 2.00 m2. Kondensaatorile antakse pinge 10.0 kV. Arvutada kondensaatori mahtuvus, kummagi plaadi laeng ja elektrivälja tugevus plaatide vahel, kui seal puudub dielektrik. ALALISVOOL 11. Mitu korda muutub isolatsioonita juhi takistus, kui ta pooleks murda ja kokku keerutada? 12. Kui ahela välistakistus on 1
Leida elektrostaatilise välja potentsiaal a) punktis, mis paikneb laenguid ühendaval sirgel 4.0 cm kaugusel negatiivsest laengust, b) punktis, mis paikneb sama sirge pikendusel 4.0 cm kaugusel positiivsest laengust. 75. Elektron alustab paigalseisust ja läbib elektriväljas potentsiaalide vahe 1.0 V. Kui suure kiiruse elektron omandab? Elektroni laeng on -1.6·10-19 C ja mass 9.1·10-31 kg. 76. Plaatkondensaatori mahtuvus on 1.0 F. Plaatidevaheline kaugus on 1.0 mm ja seal puudub dielektrik. Kui suur on plaatide pindala? 77. Plaatkondensaatori plaatide vaheline kaugus on 5.00 mm. Plaatide pindala on 2.00 m2. Kondensaatorile antakse pinge 10.0 kV. Arvutada kondensaatori mahtuvus, kummagi plaadi laeng ja elektrivälja tugevus plaatide vahel, kui seal puudub dielektrik. MAGNETOSTAATIKA 78. Prootonite kimp liigub kiirusega 3.0 105 m/s läbi homogeense magnetvälja, mille magnetiline induktsioon on 2
elektrilaeng 1C et suurendada nende kehade vahelsit pinget 1V võrra. Et 1C on väga suur lektrilaeng siis on ka 1F väga suur elektrimahutavus Seetõttu kasutatakse praktikas enamasti ühikuid: üksmikro farad 1yF= 10`-0F üks nanofarad 1nF = 10`-9F üks pikofarad 1pF = 10`-12F ElektriKondensaatorid Kas kondensaatori mahtuvus iseloomustab ka kondensaatoisse salvestavat laengut ? Kui jah siis kuidas Jah see näitab kui suure elektrilaengu andmisel tema ühele plaadile suureneb plaatidevaheline pinge 1V võrra Kui suur on kondensaatori mahtuvus kuis tema laengu muutmisel 10`-6 C võrra suureneb pinge 1V võrra? V: Valem C= Q/U kohaselt kui U= 1V C=Q ja mahtuvus on 10`.6 F= 1pF Kui suur on kondensaatori mahtuvus, kui tema laengu muutisel 10`-9 C võrra suureneb pinge 20V võrra ? V: Valemi C=Q/U kohaselt C = 10`-9/ 20 V = 0,05 * 10`-9 F= 50 pF Kondensaatori mahtuvus on 5 pF ja laeng on 5* 10`-8 C Millise pingeni on kondensaator laetud ? C`= 5pF Q = 5*10`-8 C C=Q/U ---- U Q/C
plaatide potentsiaalide vahet ehk pinget 1 voldi võrra. Mahtuvus ei sõltu juhi materjalist. Ühesuuruste vask ja alumiiniumkuulide mahtuvused on ühesuurused. Mahtuvus ei sõltu ka keha massist. Kui kaks ühesuuruse massiga keha on erineva kujuga, siis on ka nende mahtuvused erinevad. Juhi mahtuvus sõltub juhi pinna suurusest. Mida suurem pind, seda suurem on mahtuvus Plaatkondensaatori mahtuvust saab arvutada valemiga: S-plaadi pindala d-plaatidevaheline kaugus ( ) Kondensaatoreid kasutatakse laengu salvestamiseks, ahelate alalisvooluliseks eraldamiseks ja sagedusest sõltuva mahtuvustakistusliku elemendina. Nii nagu takistid jagatakse ka kondensaatorid püsikondensaatoriteks, mille mahtuvus ei ole muudetav ja muutkondensaatoriteks, mille mahtuvus on muudetav. Kondensaatorite põhiparameetrid on nimimahtuvus, tolerants, nimipinge ja mahtuvuse temperatuuritegur.
,0 V ,6 0 C 9, 0 kg ? │ │ = ,6 0 = ,6 0 J Kuna , ja ⇒ siit , √ = √ = √0,35 0 5,9 m/s , Vastus: Elektron omandab kiiruse 5,9 m/s 76. Plaatkondensaatori mahtuvus on ,0 . Plaatidevaheline kaugus on ja seal puudub dielektrik. Kui suur on plaatide pindala? Lahendus: C = 1,0 F d = 1 mm = 0,001 m 8,854 0 F/m (elektriline konstant) S=? Ülesande lahendamiseks kasutame valemit , , = = 1,13 , / Vastus: Plaatide pindala on 1,13 77
mitu korda on elektrivälja tugevus homogeenses materjalis väiksem väljatugevusest vaakumis. Dielektriline läbitavus iseloomustab aine polariseerumisvõimet. =Eo/E; E-elektrivälja tugevus dielektrikus Eo-elektrivälja tugevus vaakumis 63. Kondensaatori mahtuvus ja sõltuvus kondensaatori mõõtmetest C= oS/d [C]=[q]/[U]=[1C]/[1V]=[F] o-elektriline konstant -dielektriku dielektriline läbitavus S-plaadi pidnala ; d-plaatidevaheline kaugus Mahtuvus sõltub plaatide mõõtmetest ja omavahelisest kaugusest. Suurem plaadipaar seob enam laenguid. Teineteisele lähemal asuv plaadipaar seaob laenguid tugevamalt. 64. Kondensaatorite jada ja rööpühendus. Elektrivälja energia. Jada: U=U1+U2+U3 1/C=1/C1+1/C2+1/C3 I=const Rööp: U=const C=C1+C2+C3 I=I1+I2+I3 Laetud kondensaatori elektrivälja energia: E=CU2 / 2 U-vahelduvpinge C-kondensaatori mahtuvus. 65. Alalisvool on ajas muutumatu suunaga kestev elektrivool
plaadi laeng indutseerida teisel plaadil vastasnimelist laengut ja vastupidi. Kondensaator – passiivne elektroonikakomponent, mille ülesanne on salvestada elektrilaenguid. Laengute salvestamine on vajalik lühikeseks ajaks suurte võimsuste saamiseks. C=Q/U C=mahtuvus, Q-laeng kulonites 0,866∗ε∗S C= d ε – dielektriline läbitavus; S – plaatide pindala; d – plaatidevaheline kaugus 1 X c= Kondensaatori juhib ainult vahlduvvoolu. Mahtuvustakistus 2π f C Xc-Reaktiivtakistus f- vahelduvvoolu sagedus Kondensaatorid jaotatakse püsi- ja muutkondensaatoriteks. Püsikondensaator on kindla mahtuvusega seadis. Ehituse järgi jagunevad püsikondensaatorid kile-, keraamika- ja elektrolüütkondensaatoriteks.
samaväärne suure augu tegemisega niisuguse anuma põhja, millesse vesi mitte mingil juhul koguneda ei tohi. Kui ka vesi eksikombel satub anumasse, jookseb vesi läbi augu otsekohe maha. Kehade süsteemi, mis on loodud mingi kindla mahtuvuse saamiseks, nimetatakse kondensaatoriks. Lihtsaim kondensaator koosneb kahest elektrit juhtivast plaadist ehk kattest, mille vahel paikneb dielektrikukiht. Kondensaatori mahtuvus näitab, kui suure laengu Q andmisel ühele plaadile suureneb plaatidevaheline pinge U ühe ühiku võrra. Seega on kondensaatori mahtuvus sisuliselt tema plaatide omavaheline mahtuvus Kondensaatori laadimiseks reeglina ei võeta laengut ühelt plaadilt, et anda seda teisele plaadile. Piisab vaid ühe plaadi laadimisest. Laetud plaadi elektrivälja mõjul hakkavad laengukandjad teisel plaadil ja sellega ühendatud juhtides liikuma. Näiteks laengu +Q andmisel kondensaatori ühele plaadile omandab teine (algselt
Selle mahtuvus : C = 0 . . S / d (F) 0 = 8,85 . 10-12 (F/m = C2/Nm2) - dielektriku elektriline läbitavus S - ühe juhi pindala (m2) d - juhtidevaheline kaugus (m) Laetud kondensaatori energia : Wp = q . U / 2 (W= q2/2C; W=C.U2/2) Energiatihedus näitab ruumalaühiku kohta energiahulka. Wp = Wp / V (J/m3) Kondensaatori elektrivälja energiatihedus : Wp = 0 . . E2 / 2 E - plaatidevaheline elektrivälja tugevus (V/m) Elektrivool keskkondades Laengukandjad erinevates keskkondades vôivad olla : a) metallides - elektronid b) vesilahustes, vedelikes - ioonid c) gaasides - tekivad ionisaatori môjul ioonid ja vabad elektronid d) vaakumis - puuduvad egasugused osakesed, laengud tuleb tekitada e) pooljuhtides - elektronid ja "augud" Faraday I seadus : elektrolüüsil eraldunud aine mass on vôrdeline elektrolüüti läbinud voolutugevuse ja voolu kestmise ajaga. m = k . I
· Aku kiire tühjenemine kasutamisel Sulfateerumise põhjused: · Vähene laadimine · Liigne tühjenemine · Madal elektrolüüdi tase · Säilitamine laadimata, tühjalt · Liiga suure tihedusega elektrolüüt · Elektrolüüdi kõrge temperatuur 2. Kiire isetühjenemine Kui aku tühjeneb ööpäevas üle 1% nimimahutavusest, siis on tegemist kiire isetühjenemisega. Põhjuseks võib olla must elektrolüüt või mustunud aku välispinnad. 3. Plaatidevaheline lühis Kui laadimisel tihedus ei suurene, element ei talu koormust ja elemendi pinge on madalam teistest ning elektrolüüdi tihedus on väike, siis on tegemist plaatidevahelise lühisega. 4. Plaatide lagunemine Aktiivaine langeb välja teatud määral igal laadimis-tühjenemistsükli jooksul. Väljalangemist põhjustab veel rappumine, suure vooluga tühjenemine. Eriti lagunevad + plaadid. Lagundamist soodustab suurlaadimisvool, ülelaadimine, plaatide sulfateerumine, elektrolüüdi külmumine
2S Ühtlaselt laetud lõpmatu tasandi elektriväli: E=σ/(2* ε0) Kahe paralleelse tasandi (mille laengu pindtihedused on σ 1 ja σ 2¿ puhul on, vastavalt superpositsiooni printsiibile, tegelik väljatugevus kummagi plaadi poolt põhjustatud väljatugevuste summa. Plaatide vahel: E= E 1−E 2=2 π k ( σ 1−σ 2) Väljaspool: E= E 1+ E 2=2 π k (σ 1+σ 2) Need valemid kehtivad piisava täpsusega ka lõplike plaatide korral, kui plaatidevaheline kaugus on plaadi mõõtmetega võrreldes piisavalt väike ja kui meid huvitab vaid plaatide servadest kaugel olev väli. Nii on see näiteks plaatkondensaatori puhul. Tavaliselt laetakse plaadid võrdselt, kuid erimärgiliselt, mistõttu σ 2=−σ 1 ja plaatide vahel: E=4 π k σ 1ning väljaspool E=0. Väli asub ainult plaatidevahelises ruumis. (Laengute süsteemi poolt tekitatav välja potensiaal on võrdne kõigi üksikute laengute poolt tekitavate potensiaalide algebralise summaga
Laengute toimel tekib dielektrikus homogeenne elektriväli Q U E= = , a S d E elektrivälja tugevus volti meetri kohta (V/m) Q laeng kulonites (C) a absoluutne dielektriline läbitavus faradites meetri kohta (F/m) 2 S plaatide kohakutiolev pindala ruutmeetrites (m ) 63 U pinge voltides (V) d plaatidevaheline kaugus meetrites (m) Lamekondensaatori mahtuvus Q aS r 0 S C= = = U d d r suhteline dielektriline läbitavus 0 12 elektriline konstant: 8,85·10 F/m Mõne aine suhteline elektriline läbitavus r: Õhk 1 Isoleerõli 2 ... 2,8 Kondensaatorpaber 4...8 Portselan, klaas 3...6 Keraamika 10 ... 10 000 Polüester 3,3
Joonis ? Kui lainepikkus võrdsustub plaatidevahelise kahekordse kaugusega, - omandab peegeldumisnurk väärtuse 90°, mis praktiliselt tähendab, et laine liikumist lainejuhe pikisuunas ei toimu. Lainejuhes tekib seisev- laine. Seda lainepikkust nimetatakse kriitiliseks lainepikkuseks - λkr = 2a. Vältimaks seisevlaine tekkimist, valitakse lainejuhet mööda edastava elektromagnetilise kiirguse lainepikkuseks 0,5...0,7 kriitilisest lainepikkusest. Plaatidevaheline kaugus a moodustab lainejuhi pikema külje. Lainejuhi lühem külg b ~ 0.35 λkr. Rõhtsalt polariseeritud elektrimagnetilise kiirguse elektriline komponent on rangelt orienteeritud paralleelselt lainejuhi lühema küljega. Seda tüüpi laine polariseeritus on väga püsiv ja ei muutu pööretel ega lainejuhe deformatsoonil. . Jooksevlaine teguriks nimetatakse liinis oleva minimaalse pingeamplituudi suhet maksimaalsesse pingeamplituudi:
ühesugune nii pikkuselt kui suunalt. Jõujooned on paralleelsed ja nende tihedus on ühesugune. Selline on elektriväli näiteks kahe erinimeliselt laetud tasase metallplaadi vahel. Niisugust süsteemi nimetatakse kondensaatoriks. Kondensaatoreid kasutatakse elektroonikaseadmetes laengute kogumiseks ja hoidmiseks. Kondensaatori peamine iseloomustaja on selle mahtuvus C =q/U, kus q on ühel kondensaatori plaadil oleva laengu suurus ja U plaatidevaheline pinge. Mahtuvuse ühik on 1 farad (1F). See on mahtuvus, mille korral laeng 1kulon tekitab pinge üks volt. Farad on ülisuur mahtuvus. Praktikas kasutatakse tavaliselt kondensaatoreid , mille mahtuvus on mikrofaradites või veel väiksem. Magnetostaatika käsitleb ajas muutumatut magnetvälja. Sellise välja tekitab kas muutumatu alalisvool või püsimagnet. Nagu elektrivälja, kirjeldavad ka magnetvälja selle jõujooned. Need on mõttelised
sellel nihkel lõpmata väikese suuruse =− ⋅ võrra (valem (10.10)). Lõplikule nihkele 13 vastav potentsiaali muut tuleb järelikult arvutada integraalina Δ = − ⋅ , kus integreerimisvahemik on alguspunktist lõpp-punktini. Kondensaatori ühelt plaadilt teisele liikumisel saaksime seega potentsiaali muudu Δ = − ⋅ , kus d on plaatidevaheline kaugus. Arvestame veel, et kondensaatori plaatide vahel on elektrivälja jõujooned plaatidega risti (suunatud positiivselt plaadilt negatiivsele), mistõttu negatiivselt plaadilt positiivsele liikudes ↑↓ ja skalaarkorrutise võib asendada tavalise korrutisega (võetuna miinusmärgiga vektorite vastassuunalisuse tõttu), mis annab Δ = . Lisaks on plaatkondensaatori elektriväli valemi (11.18a) põhjal homogeenne, s.t. E on plaatide vahel
annaabi.ee 
