Princip činnosti kondenzátoru

Úvod

Kondenzátor patří mezi důležité elektrotechnické součástky, bez kterých se neobejde činnost běžných přístrojů, které používáme v každodenním životě (mobilní telefon, televizor ap.). Kondenzátory mají nezastupitelnou roli i ve specializovaných přístrojích (defibrilátory v lékařských ordinacích). Proto by žáci měli chápat princip činnost kondenzátoru, protože tak lépe pochopí činnost výše uvedených přístrojů.

Příprava experimentu

K experimentu budeme potřebovat běžné pomůcky: kovový koš na odpadky, polystyrénovou desku (např. z vnitřního obkladu zásilek s elektrotechnikou), stolní lampu, kancelářskou svorku, kousek alobalu, zářivku, novodurovou trubku s bavlněným hadříkem nebo skleněnou tyč s kůží. Běžně se asi lépe bude shánět novodurová trubka (např. odpad po rekonstrukci vodovodního potrubí), ale při pořizování fotografií k tomuto příspěvku se lépe osvědčila skleněná trubka.

Asi půlhodiny až hodinu před plánovaným předvedením experimentu postavíme na stůl na polystyrénovou desku kovový koš na odpadky. Těsně k němu postavíme stolní lampu a rozsvítíme ji. Máme-li k dispozici různé druhy žárovek, použijeme tu s největším výkonem. Na koš svítíme lampou proto, abychom ho ohřáli na takovou teplotu, aby se na něm nesrážela vodní pára obsažená v atmosféře. Pokud by se na něm pára vysrážela, vzniklé vodní kapičky by mohly odvádět náboj, který budeme později na koš přivádět, a celý experiment tak znehodnotit. Během přípravné fáze experimentu košem několikrát otočíme kolem jeho svislé osy, aby se pokud možno prohřál rovnoměrně.

Dále si připravíme jednoduchý indikátor náboje. Kancelářskou svorku rozevřeme a ohneme tak, aby ji bylo možné jedním koncem zavěsit na kovový koš a na druhý bylo možné zavěsit pásek z alobalu (viz obr. 1). Není-li k dispozici kovový koš na odpadky, lze použít větší plechovku od potravin, od konzerv pro psy, ... Výsledný světelný efekt sice nebude tak znatelný jako s využitím koše na odpadky, ale i tak experiment svému účelu dobře poslouží. 

1. Obr.1

Vlastní experiment

Experiment je vhodné provádět v zatemněné místnosti. Při vlastním experimentu zavěsíme vyrobený indikátor náboje zvenčí na kovový koš, lampu zhasneme a dáme dále od koše, vezmeme novodurovou tyč a hadřík (resp. skleněnou tyč a kůži) a koš začneme nabíjet. (Třením tyče látkou nabijeme tyč, a tu potom „otřeme" o hrany koše.) Pásek z alobalu se v závislosti na množství přivedeného náboje na koš začne odpuzovat. Tak získáme představu, jestli se koš skutečně nabíjí a náboj není odváděn z koše pryč. Bude-li koš dostatečně nabitý, přiblížíme k němu jedním koncem zářivku, jejíž druhý konec držíme v ruce (viz obr. 2), a koncem zářivky se dotkneme koše. Zářivka blikne. 

2. Obr.2

Vysvětlení

Při nabíjení koše se na něm kumuluje náboj - koš má vlastnosti kondenzátoru. O přítomnosti náboje na koši (resp. na koši a pásku z alobalu) svědčí vychýlení alobalového pásku. Náboj přenášený nabitou tyčí na koš se přenese i na alobalový pásek, který se od stejně nabitého koše odpuzuje. Úhel, který pásek se stěnou koše svírá, je dán velikostí elektrostatické síly, která mezi košem a páskem působí. Velikost této síly je dána hodnotou náboje přivedeného na koš. Přiblížíme-li ke koši zářivku, náboj se přes naše tělo vybije do Země. Zářivkou tedy projde elektrický proud a zářivka blikne.

Pokud bude prostředí v místnosti, kde experiment provádíme, dostatečně suché, vydrží koš nabitý po určitou dobu. Tím se ještě více přiblížíme funkci skutečného kondenzátoru: z něj se energie také nevybíjí okamžitě, ale až v okamžiku, kdy je potřeba.

Varianta Faradayova klec

Popsaný experiment lze využít i k demonstraci faktu, že ve vodivém tělese se náboj rozloží jen na jeho povrchu (tzv. Faradayova klec). Stačí před nabíjením koše zavěsit na koš dva alobalové pásky: jeden na vnější stěnu koše, druhý na vnitřní. Ten na vnitřní stěně se při nabíjení koše od stěny neodchýlí.