Siden begyndelsen af studiet af elektricitet, var det først i 1745, at Ewald Jurgen von Kleist og Pieter van Muschenbroek formåede at løse problemet med dens akkumulering og bevarelse. Enheden blev oprettet i Leiden, Holland, og gjorde det muligt at akkumulere elektrisk energi og bruge den, når det var nødvendigt.
Leyden-krukke - en prototype på en kondensator. Dens brug i fysiske eksperimenter førte studiet af elektricitet langt frem, gjorde det muligt at skabe en prototype af elektrisk strøm.
Hvad er en kondensator
At indsamle elektrisk ladning og elektricitet er hovedformålet med en kondensator. Norm alt er dette et system af to isolerede ledere placeret så tæt som muligt på hinanden. Mellemrummet mellem lederne er fyldt med et dielektrikum. Ladningen akkumuleret på lederne er valgt anderledes. Egenskaben af modsatte ladninger, der skal tiltrækkes, bidrager til dens større akkumulering. Dielektrikumet er tildelt en dobbeltrolle: Jo større dielektricitetskonstanten, jo større er den elektriske kapacitet, ladningerne kan ikke overvinde barrieren ogneutraliser.
Elektrisk kapacitet er den vigtigste fysiske størrelse, der karakteriserer en kondensators evne til at akkumulere ladning. Lederne kaldes plader, kondensatorens elektriske felt er koncentreret mellem dem.
Energien af en opladet kondensator skulle tilsyneladende afhænge af dens kapacitet.
Elektrisk kapacitet
Energipotentiale gør det muligt at bruge (stor elektrisk kapacitet) kondensatorer. Energien fra en opladet kondensator bruges, når det er nødvendigt at påføre en kort strømimpuls.
Hvilke mængder afhænger den elektriske kapacitet af? Processen med at oplade en kondensator begynder med at forbinde dens plader til polerne på en strømkilde. Ladningen akkumuleret på en plade (hvis værdien er q) tages som ladningen af kondensatoren. Det elektriske felt koncentreret mellem pladerne har en potentialforskel U.
Elektrisk kapacitet (C) afhænger af mængden af elektricitet koncentreret på en leder og feltspændingen: C=q/U.
Denne værdi måles i F (farads).
Kapaciteten af hele Jorden er ikke sammenlignelig med kapaciteten af en kondensator, hvis størrelse er omtrent på størrelse med en notebook. Den akkumulerede kraftfulde ladning kan bruges i køretøjer.
Der er dog ingen måde at akkumulere en ubegrænset mængde elektricitet på pladerne. Når spændingen stiger til den maksimale værdi, kan der opstå et sammenbrud af kondensatoren. pladerneutraliseret, hvilket kan beskadige enheden. Energien fra en opladet kondensator bliver fuldstændig brugt på at opvarme den.
Energiværdi
Opvarmningen af kondensatoren skyldes omdannelsen af energien fra det elektriske felt til indre. Kondensatorens evne til at udføre arbejde for at flytte ladningen indikerer tilstedeværelsen af en tilstrækkelig forsyning af elektricitet. For at bestemme, hvor høj energien af en opladet kondensator er, skal du overveje processen med at aflade den. Under påvirkning af et elektrisk felt med spænding U flyder en ladning på q fra en plade til en anden. Per definition er feltets arbejde lig med produktet af potentialforskellen og mængden af ladning: A=qU. Dette forhold er kun gyldigt for en konstant spændingsværdi, men i processen med afladning på kondensatorpladerne falder det gradvist til nul. For at undgå unøjagtigheder tager vi dens gennemsnitlige værdi U/2.
Fra formlen for elektrisk kapacitet har vi: q=CU.
Herfra kan energien af en opladet kondensator bestemmes ved formlen:
W=CU2/2.
Vi ser, at dens værdi er jo større, jo højere den elektriske kapacitet og spænding er. For at besvare spørgsmålet om, hvad energien af en opladet kondensator er, lad os vende os til deres varianter.
Typer af kondensatorer
Da energien af det elektriske felt, der er koncentreret inde i kondensatoren, er direkte relateret til dens kapacitans, og driften af kondensatorer afhænger af deres designfunktioner, bruges forskellige typer lagerenheder.
- I henhold til pladernes form: flad, cylindrisk, sfærisk osv.e.
- Ved at ændre kapacitansen: konstant (kapacitansen ændres ikke), variabel (ved at ændre de fysiske egenskaber ændrer vi kapacitansen), tuning. Ændring af kapacitansen kan udføres ved at ændre temperaturen, mekanisk eller elektrisk belastning. Kapacitansen af trimmerkondensatorer varierer ved at ændre pladernes areal.
- Efter dielektrisk type: gas, flydende, fast dielektrisk.
- Efter dielektrikumtype: glas, papir, glimmer, metalpapir, keramik, tyndtlagsfilm af forskellige sammensætninger.
Afhængigt af typen skelnes andre kondensatorer også. Energien af en ladet kondensator afhænger af dielektrikumets egenskaber. Hovedstørrelsen kaldes den dielektriske konstant. Den elektriske kapacitet er direkte proportional med den.
Pladekondensator
Overvej den enkleste enhed til opsamling af elektrisk ladning - en flad kondensator. Dette er et fysisk system af to parallelle plader, mellem hvilke der er et dielektrisk lag.
Pladernes form kan være både rektangulær og rund. Hvis der er behov for at opnå en variabel kapacitet, er det sædvanligt at tage pladerne i form af halve skiver. Rotationen af en plade i forhold til en anden fører til en ændring af pladernes areal.
Vi antager, at arealet af en plade er lig med S, afstanden mellem pladerne tages lig med d, fyldstoffets dielektriske konstant er ε. Kapacitansen af et sådant system afhænger kun af kondensatorens geometri.
C=εε0S/d.
Energi af en flad kondensator
Vi ser, at kondensatorens kapacitans er direkte proportional med det samlede areal af en plade og omvendt proportional med afstanden mellem dem. Proportionalitetskoefficienten er den elektriske konstant ε0. Forøgelse af dielektrikumets dielektriske konstant vil øge den elektriske kapacitet. Ved at reducere pladernes areal kan du få tuning kondensatorer. Energien af det elektriske felt i en ladet kondensator afhænger af dens geometriske parametre.
Brug beregningsformlen: W=CU2/2.
Bestemmelse af energien af en ladet flad kondensator udføres i henhold til formlen:
W=εε0S U2/(2d).
Using Capacitors
Kondensatorers evne til jævnt at opsamle en elektrisk ladning og give den væk hurtigt nok bruges inden for forskellige teknologiområder.
Forbindelse med induktorer giver dig mulighed for at skabe oscillerende kredsløb, strømfiltre, feedbackkredsløb.
Fotoblink, strømpistoler, hvor der sker en næsten øjeblikkelig udladning, bruger en kondensators evne til at skabe en kraftig strømimpuls. Kondensatoren oplades fra en jævnstrømskilde. Selve kondensatoren fungerer som et element, der bryder kredsløbet. Udladningen i den modsatte retning sker næsten øjeblikkeligt gennem en lampe med lav ohmsk modstand. I en strømpistol er dette element den menneskelige krop.
Kondensator eller batteri
Evnen til at holde den akkumulerede ladning i lang tid giver en vidunderlig mulighed for at bruge den som informations- eller energilagring. Denne ejendom er meget brugt i radioteknik.
Udskift batteriet, desværre er kondensatoren ikke i stand til det, fordi den har det særlige ved at være afladet. Den akkumulerede energi overstiger ikke et par hundrede joule. Batteriet kan lagre en stor mængde elektricitet i lang tid og næsten uden tab.
