Siden begynnelsen av studiet av elektrisitet, var det først i 1745 at Ewald Jurgen von Kleist og Pieter van Muschenbroek klarte å løse problemet med akkumulering og bevaring. Enheten ble laget i Leiden, Holland, og gjorde det mulig å akkumulere elektrisk energi og bruke den når det var nødvendig.
Leyden-krukke - en prototype av en kondensator. Bruken av den i fysiske eksperimenter førte studiet av elektrisitet langt frem, og gjorde det mulig å lage en prototype av elektrisk strøm.
Hva er en kondensator
Å samle elektrisk ladning og elektrisitet er hovedformålet med en kondensator. Vanligvis er dette et system med to isolerte ledere plassert så nær hverandre som mulig. Rommet mellom lederne er fylt med et dielektrikum. Ladningen akkumulert på lederne velges annerledes. Egenskapen til motsatte ladninger som skal tiltrekkes bidrar til dens større akkumulering. Dielektrikumet er tildelt en dobbel rolle: jo større dielektrisitetskonstanten, jo større er den elektriske kapasiteten, ladningene kan ikke overvinne barrieren ognøytralisere.
Elektrisk kapasitet er den fysiske hovedstørrelsen som kjennetegner evnen til en kondensator til å akkumulere ladning. Lederne kalles plater, det elektriske feltet til kondensatoren er konsentrert mellom dem.
Energien til en ladet kondensator bør tilsynelatende avhenge av dens kapasitet.
Elektrisk kapasitet
Energipotensial gjør det mulig å bruke (stor elektrisk kapasitet) kondensatorer. Energien til en ladet kondensator brukes når det er nødvendig å påføre en kort strømpuls.
Hvilke mengder er den elektriske kapasiteten avhengig av? Prosessen med å lade en kondensator begynner med å koble platene til polene til en strømkilde. Ladningen akkumulert på en plate (hvis verdien er q) tas som ladningen til kondensatoren. Det elektriske feltet konsentrert mellom platene har en potensiell forskjell U.
Elektrisk kapasitet (C) avhenger av mengden elektrisitet konsentrert på en leder og feltspenningen: C=q/U.
Denne verdien måles i F (farads).
Kapasiteten til hele jorden er ikke sammenlignbar med kapasiteten til en kondensator, hvis størrelse er omtrent på størrelse med en bærbar PC. Den akkumulerte kraftige ladningen kan brukes i kjøretøy.
Det er imidlertid ingen måte å samle en ubegrenset mengde strøm på platene. Når spenningen stiger til maksimumsverdien, kan det oppstå et sammenbrudd av kondensatoren. platernøytralisert, noe som kan skade enheten. Energien til en ladet kondensator brukes fullstendig på å varme den opp.
Energiverdi
Oppvarmingen av kondensatoren skyldes transformasjonen av energien til det elektriske feltet til indre. Kondensatorens evne til å utføre arbeid for å flytte ladningen indikerer tilstedeværelsen av en tilstrekkelig tilførsel av elektrisitet. For å finne ut hvor høy energien til en ladet kondensator er, vurder prosessen med å lade den ut. Under påvirkning av et elektrisk spenningsfelt U flyter en ladning på q fra en plate til en annen. Per definisjon er feltets arbeid lik produktet av potensialforskjellen og mengden ladning: A=qU. Dette forholdet er bare gyldig for en konstant spenningsverdi, men i ferd med å utlades på kondensatorplatene, synker det gradvis til null. For å unngå unøyaktigheter tar vi gjennomsnittsverdien U/2.
Fra formelen for elektrisk kapasitet har vi: q=CU.
Herfra kan energien til en ladet kondensator bestemmes av formelen:
W=CU2/2.
Vi ser at verdien er større jo høyere elektrisk kapasitet og spenning er. For å svare på spørsmålet om hva energien til en ladet kondensator er, la oss se på variantene deres.
Typer kondensatorer
Siden energien til det elektriske feltet konsentrert inne i kondensatoren er direkte relatert til kapasitansen, og driften av kondensatorene avhenger av deres designfunksjoner, brukes ulike typer lagringsenheter.
- I henhold til formen på platene: flat, sylindrisk, sfærisk, etc.e.
- Ved å endre kapasitansen: konstant (kapasitansen endres ikke), variabel (ved å endre de fysiske egenskapene endrer vi kapasitansen), tuning. Endring av kapasitansen kan utføres ved å endre temperaturen, mekanisk eller elektrisk påkjenning. Kapasitansen til trimmerkondensatorer varierer ved å endre arealet på platene.
- Etter dielektrisk type: gass, flytende, fast dielektrisk.
- Etter type dielektrikum: glass, papir, glimmer, metallpapir, keramikk, tynnsjiktsfilmer av forskjellige sammensetninger.
Avhengig av type, skilles også andre kondensatorer ut. Energien til en ladet kondensator avhenger av egenskapene til dielektrikumet. Hovedmengden kalles dielektrisitetskonstanten. Den elektriske kapasiteten er direkte proporsjonal med den.
Platekondensator
Tenk på den enkleste enheten for å samle elektrisk ladning - en flat kondensator. Dette er et fysisk system av to parallelle plater, mellom hvilke det er et dielektrisk lag.
Formen på platene kan være både rektangulær og rund. Hvis det er behov for å skaffe en variabel kapasitet, er det vanlig å ta platene i form av halvskiver. Rotasjonen av en plate i forhold til en annen fører til en endring i platenes areal.
Vi antar at arealet til én plate er lik S, avstanden mellom platene er tatt lik d, dielektrisitetskonstanten til fyllstoffet er ε. Kapasitansen til et slikt system avhenger bare av geometrien til kondensatoren.
C=εε0S/d.
Energy of a flat capacitor
Vi ser at kapasitansen til kondensatoren er direkte proporsjonal med det totale arealet til én plate og omvendt proporsjonal med avstanden mellom dem. Proporsjonalitetskoeffisienten er den elektriske konstanten ε0. Å øke dielektrikumets dielektriske konstant vil øke den elektriske kapasiteten. Ved å redusere arealet av platene kan du få tuning kondensatorer. Energien til det elektriske feltet til en ladet kondensator avhenger av dens geometriske parametere.
Bruk beregningsformelen: W=CU2/2.
Bestemmelse av energien til en ladet flatformet kondensator utføres i henhold til formelen:
W=εε0S U2/(2d).
Using Capacitors
Evnen til kondensatorer til jevnt å samle en elektrisk ladning og gi den bort raskt nok, brukes innen ulike teknologiområder.
Kobling med induktorer lar deg lage oscillerende kretser, strømfiltre, tilbakemeldingskretser.
Fotoblits, sjokkpistoler, der det oppstår en nesten øyeblikkelig utladning, bruker evnen til en kondensator til å lage en kraftig strømpuls. Kondensatoren lades fra en likestrømkilde. Selve kondensatoren fungerer som et element som bryter kretsen. Utladningen i motsatt retning skjer gjennom en lampe med lav ohmsk motstand nesten umiddelbart. I en strømpistol er dette elementet menneskekroppen.
kondensator eller batteri
Muligheten til å beholde den akkumulerte ladningen i lang tid gir en fantastisk mulighet til å bruke den som informasjonslagring eller energilagring. Denne egenskapen er mye brukt i radioteknikk.
Bytte batteriet, dessverre, kondensatoren er ikke i stand til det, fordi den har den særegenheten at den er utladet. Den akkumulerte energien overstiger ikke noen hundre joule. Batteriet kan lagre store mengder strøm i lang tid og nesten uten tap.
