Od początku badania elektryczności zdecydujkwestia jego nagromadzenia i zachowania była możliwa dopiero w 1745 roku przez Ewalda Jürgena von Kleista i Petera van Muschenbrucka. Urządzenie stworzone w holenderskiej Leiden umożliwiło gromadzenie energii elektrycznej i wykorzystywanie jej w razie potrzeby.
Leiden Bank - prototyp kondensatora. Jego zastosowanie w eksperymentach fizycznych posunęło naprzód daleko idące badania nad elektrycznością, umożliwiając stworzenie prototypu prądu elektrycznego.
Co to jest kondensator
Zbierz ładunek elektryczny i energię elektryczną -głównym celem kondensatora. Zwykle jest to układ dwóch izolowanych przewodników możliwie blisko siebie. Przestrzeń między przewodami wypełniona jest dielektrykiem. Ładunek nagromadzony na przewodnikach jest wybierany jako przeciwny. Właściwość przyciąganych przeciwnych ładunków przyczynia się do jego większej akumulacji. Dielektryk pełni podwójną rolę: im większa stała dielektryczna, tym większa pojemność elektryczna, ładunki nie mogą pokonać przeszkody i zostać zneutralizowane.
Pojemność elektryczna jest główną wielkością fizyczną charakteryzującą zdolność kondensatora do gromadzenia ładunku. Przewodniki nazywane są płytkami, pole elektryczne kondensatora jest skoncentrowane między nimi.
Energia naładowanego kondensatora najprawdopodobniej powinna zależeć od jego pojemności.
Pojemność elektryczna
Potencjał energetyczny umożliwia zastosowanie kondensatorów (o dużej pojemności elektrycznej). Energia naładowanego kondensatora jest wykorzystywana, gdy konieczne jest zastosowanie krótkotrwałego impulsu prądu.
Od jakich wartości zależy pojemność elektryczna?Proces ładowania kondensatora rozpoczyna się od połączenia jego płytek z biegunami źródła prądu. Ładunek zgromadzony na jednej płycie (którego wartość wynosi q) jest traktowany jako ładunek kondensatora. Pole elektryczne skupione między płytami ma różnicę potencjałów U.
Pojemność elektryczna (C) zależy od ilości energii elektrycznej skupionej na jednym przewodniku i napięcia pola: C = q / U.
Ta wartość jest mierzona w F (faradach).
Pojemność całej Ziemi nie może być porównywana z pojemnością kondensatora, czyli mniej więcej wielkości notebooka. Zgromadzony potężny ładunek można wykorzystać w technologii.
Jednak zbierz nieograniczoną ilośćnie ma możliwości prądu na talerzach. Gdy napięcie wzrośnie do maksymalnej wartości, może nastąpić awaria kondensatora. Płytki są neutralizowane, co może spowodować uszkodzenie urządzenia. W takim przypadku energia naładowanego kondensatora jest całkowicie zużywana na jego podgrzanie.
wartość energetyczna
Ogrzewanie skraplacza następuje z powoduprzemiana energii pola elektrycznego na wewnętrzną. Zdolność kondensatora do wykonywania pracy polegającej na przenoszeniu ładunku wskazuje na obecność wystarczającej ilości energii elektrycznej. Aby określić, jak duża jest energia naładowanego kondensatora, rozważ proces jego rozładowania. Pod działaniem pola elektrycznego o napięciu U ładunek o wielkości q przepływa z jednej płytki na drugą. Z definicji praca pola jest równa iloczynowi różnicy potencjałów przez wielkość ładunku: A = qU. Zależność ta obowiązuje tylko dla stałej wartości napięcia, ale w procesie rozładowywania na płytach kondensatora stopniowo maleje do zera. Aby uniknąć nieporozumień, weźmy jego średnią wartość U / 2.
Ze wzoru na pojemność elektryczną mamy: q = CU.
Stąd energię naładowanego kondensatora można określić wzorem:
W = CU2/ 2.
Widzimy, że jego wartość jest tym większa, im wyższa pojemność elektryczna i napięcie. Aby odpowiedzieć na pytanie, jaka jest energia naładowanego kondensatora, przejdźmy do ich odmian.
Rodzaje kondensatorów
Ponieważ energia pola elektrycznegoskoncentrowany wewnątrz kondensatora, jest bezpośrednio związany z jego pojemnością, a działanie kondensatorów zależy od ich cech konstrukcyjnych, stosowane są różne typy magazynowania.
- Według kształtu płyt: płaskie, cylindryczne, kuliste itp.
- Według zmiany pojemności:stałe (pojemność się nie zmienia), zmienne (zmieniając właściwości fizyczne, zmieniamy pojemność), strojenie. Zmianę pojemności można przeprowadzić poprzez zmianę temperatury, obciążenia mechanicznego lub elektrycznego. Pojemność elektryczna kondensatorów trymera zmienia się poprzez zmianę obszaru płytek.
- Według rodzaju dielektryka: gaz, ciecz, dielektryk stały.
- Według rodzaju dielektryka: szkło, papier, mika, metal-papier, ceramika, cienkowarstwowe folie o różnych składach.
W zależności od typu rozróżnia się inne typy.kondensatory. Energia naładowanego kondensatora zależy od właściwości dielektryka. Główna wielkość nazywana jest stałą dielektryczną. Pojemność elektryczna jest do niej wprost proporcjonalna.
Płaski kondensator
Rozważ najprostsze urządzenie do zbierania ładunku elektrycznego - płaski kondensator. Jest to fizyczny układ dwóch równoległych płyt, pomiędzy którymi znajduje się warstwa dielektryczna.
Kształt płytek może być prostokątny lubokrągły. Jeśli istnieje potrzeba uzyskania zmiennej pojemności, zwykle przyjmuje się płyty w postaci pół-dysków. Obrót jednej płyty względem drugiej prowadzi do zmiany powierzchni płyt.
Zakładamy, że powierzchnia jednej płyty jest równaS, przyjmuje się, że odległość między płytami wynosi d, stała dielektryczna wypełniacza wynosi ε. Pojemność elektryczna takiego układu zależy tylko od geometrii kondensatora.
С = εε0S / d.
Energia płaskiego kondensatora
Widzimy, że pojemność kondensatora jest wprost proporcjonalna do całkowitej powierzchni jednej płyty i odwrotnie proporcjonalna do odległości między nimi. Współczynnik proporcjonalności - stała elektryczna ε0... Wzrost stałej dielektrycznejdielektryk zwiększy pojemność elektryczną. Zmniejszenie powierzchni płytek pozwala uzyskać kondensatory trymera. Energia pola elektrycznego naładowanego kondensatora zależy od jego parametrów geometrycznych.
Używamy wzoru obliczeniowego: W = CU2/ 2.
Określenie energii naładowanego płaskiego kondensatora odbywa się według wzoru:
W = εε0S U2/ (2d).
Korzystanie z kondensatorów
Zdolność kondensatorów do płynnego zbierania ładunku elektrycznego i dostatecznie szybkiego jego wydzielania jest wykorzystywana w różnych dziedzinach techniki.
Połączenie z cewkami umożliwia tworzenie obwodów oscylacyjnych, filtrów prądowych, obwodów sprzężenia zwrotnego.
Flesze fotograficzne, paralizatory, w których jestprawie natychmiastowe rozładowanie, użyj zdolności kondensatora do wytworzenia silnego impulsu prądu. Kondensator jest ładowany ze źródła prądu stałego. Sam kondensator działa jako element przerywający obwód. Wyładowanie w przeciwnym kierunku następuje prawie natychmiast przez lampę o niskiej rezystancji omowej. W paralizatorze tym elementem jest ludzkie ciało.
Kondensator lub bateria
Zdolność do gromadzenia się przez długi czasładunek daje wspaniałą okazję do wykorzystania go jako magazynu informacji lub magazynu energii. Ta właściwość jest szeroko stosowana w inżynierii radiowej.
Wymień baterię niestety kondensatora nie maw stanie, ponieważ ma szczególną cechę wyładowania. Zgromadzona w nim energia nie przekracza kilkuset dżuli. Bateria może przechowywać duże ilości energii elektrycznej przez długi czas i praktycznie bez strat.
