Sedan början av studiet av elektricitet var det först 1745 som Ewald Jurgen von Kleist och Pieter van Muschenbroek lyckades lösa problemet med dess ackumulering och bevarande. Enheten skapades i Leiden, Holland, och gjorde det möjligt att ackumulera elektrisk energi och använda den vid behov.
Leyden-burk - en prototyp av en kondensator. Dess användning i fysiska experiment förde studierna av elektricitet långt framåt, gjorde det möjligt att skapa en prototyp av elektrisk ström.
Vad är en kondensator
Att samla elektrisk laddning och elektricitet är huvudsyftet med en kondensator. Vanligtvis är detta ett system med två isolerade ledare placerade så nära varandra som möjligt. Utrymmet mellan ledarna är fyllt med ett dielektrikum. Laddningen som ackumuleras på ledarna väljs annorlunda. Egenskapen hos motsatta laddningar som ska attraheras bidrar till dess större ackumulering. Dielektrikumet tilldelas en dubbel roll: ju större dielektricitetskonstanten, desto större elektrisk kapacitet, laddningarna kan inte övervinna barriären ochneutralisera.
Elektrisk kapacitet är den huvudsakliga fysiska storheten som kännetecknar en kondensators förmåga att ackumulera laddning. Ledarna kallas plattor, kondensatorns elektriska fält är koncentrerat mellan dem.
Energien hos en laddad kondensator bör tydligen bero på dess kapacitet.
Elektrisk kapacitet
Energipotential gör det möjligt att använda (stor elektrisk kapacitet) kondensatorer. Energin hos en laddad kondensator används när det är nödvändigt att applicera en kort strömpuls.
På vilka kvantiteter beror den elektriska kapaciteten? Processen att ladda en kondensator börjar med att ansluta dess plattor till polerna på en strömkälla. Laddningen ackumulerad på en platta (vars värde är q) tas som laddningen för kondensatorn. Det elektriska fältet koncentrerat mellan plattorna har en potentialskillnad U.
Elektrisk kapacitet (C) beror på mängden el som är koncentrerad på en ledare och fältspänningen: C=q/U.
Detta värde mäts i F (farads).
Kapaciteten för hela jorden är inte jämförbar med kapaciteten hos en kondensator, vars storlek är ungefär lika stor som en bärbar dator. Den ackumulerade kraftfulla laddningen kan användas i fordon.
Det finns dock inget sätt att samla en obegränsad mängd el på tallrikarna. När spänningen stiger till maxvärdet kan ett haveri av kondensatorn inträffa. tallrikarneutraliserad, vilket kan skada enheten. Energin hos en laddad kondensator går åt helt och hållet på att värma den.
Energivärde
Uppvärmningen av kondensatorn beror på omvandlingen av energin från det elektriska fältet till inre. Kondensatorns förmåga att utföra arbete för att flytta laddningen indikerar närvaron av en tillräcklig tillgång på el. För att avgöra hur hög energin hos en laddad kondensator är, överväg processen att ladda ur den. Under verkan av ett elektriskt fält med spänning U flyter en laddning av q från en platta till en annan. Per definition är fältets arbete lika med produkten av potentialskillnaden och mängden laddning: A=qU. Detta förhållande är endast giltigt för ett konstant spänningsvärde, men under urladdning på kondensatorplattorna minskar det gradvis till noll. För att undvika felaktigheter tar vi dess medelvärde U/2.
Från formeln för elektrisk kapacitet har vi: q=CU.
Härifrån kan energin hos en laddad kondensator bestämmas med formeln:
W=CU2/2.
Vi ser att dess värde är desto högre desto högre elektrisk kapacitet och spänning. För att svara på frågan om vad energin hos en laddad kondensator är, låt oss gå över till deras varianter.
Typer av kondensatorer
Eftersom energin i det elektriska fältet som är koncentrerat inuti kondensatorn är direkt relaterad till dess kapacitans, och driften av kondensatorer beror på deras designegenskaper, används olika typer av lagringsenheter.
- Enligt formen på plattorna: platt, cylindrisk, sfärisk, etc.e.
- Genom att ändra kapacitansen: konstant (kapacitansen ändras inte), variabel (genom att ändra de fysiska egenskaperna ändrar vi kapacitansen), avstämning. Ändring av kapacitansen kan utföras genom ändring av temperatur, mekanisk eller elektrisk belastning. Kapacitansen för trimmerkondensatorer varierar genom att ändra plattornas yta.
- Efter dielektrisk typ: gas, flytande, fast dielektrikum.
- Efter typ av dielektrikum: glas, papper, glimmer, metallpapper, keramik, tunnskiktsfilmer av olika sammansättning.
Beroende på typ urskiljs även andra kondensatorer. Energin hos en laddad kondensator beror på egenskaperna hos dielektrikumet. Huvudstorheten kallas dielektricitetskonstanten. Den elektriska kapaciteten är direkt proportionell mot den.
Plåtkondensator
Tänk på den enklaste enheten för att samla elektrisk laddning - en platt kondensator. Detta är ett fysiskt system av två parallella plattor, mellan vilka det finns ett dielektriskt skikt.
Formen på tallrikarna kan vara både rektangulära och runda. Om det finns ett behov av att få en variabel kapacitet, är det vanligt att ta plattorna i form av halvskivor. Rotationen av en platta i förhållande till en annan leder till en förändring av plattornas yta.
Vi antar att arean av en platta är lika med S, avståndet mellan plattorna tas lika med d, dielektriska konstanten för fyllmedlet är ε. Kapacitansen för ett sådant system beror endast på kondensatorns geometri.
C=εε0S/d.
Energy of a flat capacitor
Vi ser att kondensatorns kapacitans är direkt proportionell mot den totala arean av en platta och omvänt proportionell mot avståndet mellan dem. Proportionalitetskoefficienten är den elektriska konstanten ε0. Ökning av dielektricitetskonstanten kommer att öka den elektriska kapaciteten. Genom att minska plattornas yta kan du få inställningskondensatorer. Energin hos det elektriska fältet hos en laddad kondensator beror på dess geometriska parametrar.
Använd beräkningsformeln: W=CU2/2.
Bestämning av energin hos en laddad platt kondensator utförs enligt formeln:
W=εε0S U2/(2d).
Användning av kondensatorer
Förmågan hos kondensatorer att smidigt samla en elektrisk laddning och ge bort den tillräckligt snabbt används inom olika teknikområden.
Anslutning med induktorer gör att du kan skapa oscillerande kretsar, strömfilter, återkopplingskretsar.
Fotoblixtar, elpistoler, i vilka en nästan omedelbar urladdning sker, använder en kondensators förmåga att skapa en kraftfull strömpuls. Kondensatorn laddas från en likströmskälla. Själva kondensatorn fungerar som ett element som bryter kretsen. Urladdningen i motsatt riktning sker genom en lampa med låg ohmsk resistans nästan omedelbart. I en elpistol är detta element människokroppen.
Kondensator eller batteri
Möjligheten att behålla den ackumulerade laddningen under lång tid ger en underbar möjlighet att använda den som informationslagring eller energilagring. Den här egenskapen används ofta inom radioteknik.
Byt ut batteriet, tyvärr kan kondensatorn inte det, eftersom det har den egenheten att vara urladdad. Den ackumulerade energin överstiger inte några hundra joule. Batteriet kan lagra en stor mängd el under lång tid och nästan utan förlust.
