Domácí kondenzátor
24. 2. 2010
Elektrická energie, která pohání přístroje v našich domácnostech, je ve skutečnosti proud elektronů. Ale co kdybychom se pokusili všechny tyto elektrony zadržet a schovat si je na jindy? Abychom toho docílili, použijeme zařízení zvané kondenzátor. Michael vysvětlí, jak kondenzátory fungují, proč jsou nezbytné pro náš každodenní život a jak pomocí různých jednoduchých předmětů z domácnosti vyrobíme vlastní kondenzátor, který uchová dost elektronů na to, aby vzniknul malý blesk.
Michael: Elektrický proud využíváme mnoha různými způsoby.
Filip: Například když přichází do lampičky, vytváří světlo.
Michael: And when it passes through speakers, it creates sound.
Když prochází reproduktory, vytváří zvuk.
Filip: No, a když přichází do motoru, vytváří pohyb.
Michael: Ale co kdybychom chtěli elektrický náboj uchovat a držet ho na jednom místě?
Filip: Pak bychom potřebovali toto – kondenzátor!
Filip: Kondenzátor je tak trochu jako baterie. Kondenzátor i baterie totiž uchovávají elektrickou energii, ovšem pracují každý na jiném principu.
Michael: Chemická reakce uvnitř baterie vytváří elektrony na jednom pólu a přijímá je na druhém. Kondenzátor je mnohem jednodušší než baterie – žádné elektrony nevytváří, jen je uchovává.
Filip: Rozdíl mezi kondenzátorem a baterií je takový, že kondenzátor dokáže vybít svůj náboj ve zlomku sekundy. Ale baterie se dokáže vybíjet minuty, hodiny – prostě dlouho.
Michael: The ability of a capacitor to dump its entire charge very quickly makes it a very useful electronic component, with many applications…for example this camera flash.
Schopnost kondenzátoru vydat v okamžiku svůj veškerý náboj z něj činí užitečnou elektronickou součástku s mnoha využitími – například tento fotoblesk.
Fotografka: Tak Michaele opři se mi. Super. Ještě víc. Úsměv. Super.
Filip: Jak může tak malé zařízení vydat během zlomku vteřiny blesk jasný jako stovky žárovek?
Michael: Blesková výbojka obsahuje plyn zvaný xenon.
Filip: Ten patří k vzácným neboli netečným plynům, známým pro svoji stálost.
Michael: Znamená to, že k tomu, aby se xenon rozloučil s některým ze svých elektronů, je třeba velká energie. A proto je xenon špatným vodičem. A k tomu, aby se xenon přinutil k vedení elektřiny, je zapotřebí způsobit obrovský elektrický šok.
Filip: Obrovský elektrický šok ze dvou tužkových baterií?
Michael: It’s possible. And I’m going to find out, why. To do so, let’s open this up.
Je to možné. A já zjistím, proč. To ale musím otevřít tohle.
Tereza: Ten elektrický šok umožňují především dvě součástky uvnitř blesku. Transformátor a samozřejmě kondenzátor.
Filip: Transformátor převede napětí na vyšší – tři sta voltů. Elektrická energie se pak uloží v kondenzátoru.
Tereza: Jakmile je uložena, rozsvítí se kontrolka a ta nám sdělí, že kondenzátor je připraven.
Filip: Když stiskneme spoušť, malá část proudu o 300 V projde cívkou spouště, a transformátor zvýší její napětí z tří set na pět tisíc voltů.
Tereza: Je to dost na to, aby se ionizoval xenon. Z jeho atomů se uvolní elektrony.
Filip: Ionizovaný xenon dobře vede elektřinu. Všechny elektrony z kondenzátoru pronikají do trubice blesku a srážejí se s ionty xenonu.
Tereza: Během tisícin sekundy probíhají miliardy těchto srážek, a tak vzniká světelný záblesk.
Filip: Takže baterie nabijí kondenzátor během několika vteřin. A ten pak téměř okamžitě vyšle veškerý náboj do bleskové výbojky.
Michael: Tak.
Filip: Ale jak to ten malý kondenzátor může zvládnout?
Michael: No tak se podívejme dovnitř kondenzátoru, abychom zjistili jeho princip.
Tereza: Michaelovi chvilku trvalo, než pronikl kovovým pláštěm kondenzátoru do jeho nitra.
Filip:To je pravá tvář kondenzátoru. Těsně smotaná rulička.
Tereza: Skládá se ze dvou tenkých proužků kovového pásku, které odděluje – tedy izoluje – tenký papír.
Filip: Je to jednoduchá konstrukce. Jak vznikla?
Michael: The history of the capacitor stretches back to 1745 in Germany. Whilst conducting an experiment Ewald von Kleist received a nasty electric shock from a nail he had inserted into a glass bottle. After further investigation, he found that he could store an electric charge in a glass vessel containing water, that he held in his hand.
Historie kondenzátoru sahá zpět do Německa roku 1745. Ewald von Kleist při svém experimentování dostal nepříjemnou elektrickou ránu od hřebíku, který zasunoval do skleněné lahve. Po dalším zkoumání zjistil, že elektrický náboj by mohl uchovat v nádobě s vodou, kterou drží v ruce.
Filip: Rok poté holandský profesor z univerzity v Leydenu, Pieter van Musschenbroek, vynalezl podobné zařízení. Byla to skleněná láhev, která byla zevnitř i zevně potažená kovovým povlakem. Korkovou zátkou se dal provléci kovový řetěz, který se dotýkal vnitřního kovového povlaku.
Tereza: Když se tento řetěz nabil nábojem, vybil se při doteku s vnějším kovovým povlakem. Musschenbroekovo zařízení přišlo ve známost jako Leydenská láhev a stalo se tak prvním skutečným kondenzátorem.
Michael: So how a capacitor works is really quite simple.
Podstata kondenzátoru je tedy opravdu docela jednoduchá.
Filip: Jedna vodivá část mezi dvěma nevodivými.
Michael: And maybe it makes you even think: can we make one? Well, we can.
Možná vás napadlo: můžeme si takový kondenzátor vyrobit? No, můžeme.
Filip: A taky vyrobíme.
Tereza: Za základ poslouží plastová krabička – třeba od kinofilmu. Kovové vrstvy zhotovíme z hliníkové fólie.
Filip: Oba proužky opatrně potřeme lepidlem. Jedním proužkem oblepíme krabičku zvenku.
Tereza: A druhý musíme šikovně vlepit na vnitřní válcovou stěnu krabičky.
Filip: Potřebujeme dva nejlépe měděné, ale mnohažilové dráty jako elektrody.
Tereza: Jeden přilepíme ke krabičce zvenku, …
Filip: … druhý provlečeme víčkem, stejně jako u prvního rozprostřeme jeho drátky naplocho a vlepíme je na vnitřní stěnu našeho kondenzátoru.
Tereza: A hotovo. Ve srovnání s profesionálním výrobkem jsme nedopadli nejhůř.
Filip: Takže domácí kapacitor neboli kondenzátor máme hotový. Ale zajímalo by mě, Michaele, jak ho nabijeme.
Michael:Well, in fact there are several ways at home that you can use to charge up your capacitor. Here is one of them. A PVC tube and a cotton cloth. When I rub the cotton cloth on the PVC tube like this, I am generating a static electricity. Oh, I can feel it there. There is on my face picking up. That static electricity we´re going to use to charge up our capacitor.
Doma je opravdu několik způsobů, jak můžete svůj kondenzátor nabít. Tady je jeden z nich. Trubka z PVC a bavlněný hadřík. Když je třu o sebe, vytvářím statickou elektřinu. Cítím ji tady, jak se sbírá na tváři. A touhle statickou elektřinou teď nabijeme náš kondenzátor.
Let´s now discharge it. I´ll bring these two wires together.
A teď jej vybijeme. Vezmu tyto dva dráty a …
Filip: Zdravstvuj.
Michael: Zdravstvuj.
Filip: Naše ruská varianta.
Tereza: Tentokrát získáme elektrony třením polystyrenové desky kožešinou.
Filip: K jejich odebrání použijeme kovovou nádobu s nevodivým úchytem. Třeba svící. A náboj předáváme do kondenzátoru.
Filip: Další možností, jak získat statickou elektřinu, je z vaší staré televize s vakuovou obrazovkou.
Tereza: Pro její činnost je totiž třeba napětí mnoha tisíc voltů. My z povrchu obrazovky sbíráme náboj statické elektřiny, který tam po vypnutí televizoru zůstává.
Filip: Nedalo nám to, a tak jsme vyrobili ještě jeden – maxikondenzátor. Za základ jsme zvolili plastovou krabici – tentokrát od cédéček.
Tereza: Postup zhotovení je shodný jako u našeho malého vzoru. Jen potřebujeme o poznání víc alobalu.
Filip: Musíme upozornit všechny experimentátory, že domácí kondenzátory mohou nahromadit a uvolnit velmi nebezpečné množství elektrické energie. Takže buďte opatrní a nezapomeňte dodržovat bezpečnostní předpisy, protože pracujete s elektřinou.
Tereza: Jak si dovedete představit, kondenzátor se ve vědecké komunitě ujal poměrně brzy. Neuběhlo příliš času a Leydenskou láhev začali vyrábět i jiní – a jak je úkolem všech experimentátorů – navrhovali zlepšení.
Filip: Benjamin Franklin zjistil, že to vůbec nemusí být láhev.
Filip: Stačí ploché sklíčko s plochým vodičem po každé straně.
Tereza: Britský vědec Michael Faraday vyvinul praktické uplatnění kondenzátoru, …
Filip: … když jsem zvažoval, jak uložit přebytečnou elektřinu ze svých pokusů.
Filip: Mnoho lidí, vědců, experimentátorů provádělo své pokusy a jen díky tomu mohli zlepšit dosavadní technologie. Jen si vezměte naše mobily.
Michael: Dotykový displej využívá k vázání elektrického náboje vrstvičku kondenzátorového materiálu.
Tereza: Dotyk na displeji změní velikost náboje v místě dotyku. Miniaturní počítač v mobilu tak zjistí polohu našeho prstu. Kondenzátory na displeji jsou seřazeny podle souřadnicového systému, a tak obvody zjistí změny v každém bodě mřížky. To umožňuje určit polohu a pohyb souběžných dotyků dokonce na mnoha místech.
Filip: Jak vidíte, dotykové mobily spoléhají na kondenzátory. A proto fungují, jen když se jich dotýkáme konečky prstů.
Michael: Napadne někoho z vás doma jiné využití kondenzátoru, kterým třeba docela změníte naše životy?
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough