Kondensator. Energien af ​​en ladet kondensator

Siden begyndelsen af ​​studiet af elektricitet til at løseSpørgsmålet om dets ophobning og bevarelse blev først efterfulgt i 1745 af Ewald Jürgen von Kleist og Peter van Mushenbruck. Opret i den hollandske Leyden enhed tilladt at akkumulere elektrisk energi og bruge det når det er nødvendigt.

Leiden Bank er en prototype af en kondensator. Dens brug i fysiske eksperimenter har avanceret undersøgelsen af ​​elektricitet langt fremme, har gjort det muligt at skabe en prototype af en elektrisk strøm.

Hvad er en kondensator

Saml elektrisk opladning og elektricitet -Hovedformålet med kondensatoren. Normalt er det et system med to isolerede ledere placeret så tæt som muligt på hinanden. Rummet mellem lederne er fyldt med et dielektrisk. Afgiften akkumuleret på lederne vælges med en anden ladning. Ejendommen i modsætning til afgifter tiltrukket bidrager til dens større ophobning. Den dielektriske har en dobbelt rolle: Jo større dielektriske konstant er, jo større er den elektriske kapacitet, ladningerne kan ikke overvinde barrieren og blive neutral.

Den elektriske kapacitet er den største fysiske mængde, som karakteriserer kondensatorens evne til at akkumulere en ladning. Ledere kaldes plader, kondensatorens elektriske felt befinder sig mellem dem.

Energien af ​​en ladet kondensator skal tilsyneladende afhænge af dens kapacitans.

Elektrisk kapacitet

Energipotentialet gør det muligt at anvende (store elektriske kapacitans) kondensatorer. Energien af ​​den ladede kondensator anvendes om nødvendigt for at anvende en kort tid strømpuls.

Hvad er værdierne for den elektriske kapacitet? Processen til opladning af kondensatoren begynder med at forbinde pladerne til polerne i den aktuelle kilde. Afgiften akkumuleret på en plade (hvis værdi er q) tages som kondensatorens ladning. Det elektriske felt, der er koncentreret mellem pladerne, har en potentiel forskel U.

Den elektriske kapacitet (C) afhænger af mængden af ​​elektricitet koncentreret på en leder, og feltspændingen: C = q / U.

Denne værdi måles i Ф (фарадах).

Kapaciteten af ​​hele Jorden går ikke i sammenligning med kapacitansen af ​​en kondensator, hvis værdi er ca. fra notebooken. Den akkumulerede kraftige opladning kan bruges til engineering.

Men for at akkumulere et ubegrænset beløbel på pladerne er ikke muligt. Når spændingen stiger til den maksimale værdi, kan der forekomme en nedbrydning af kondensatoren. Pladerne er neutraliseret, hvilket kan medføre beskadigelse af enheden. Energien i den ladede kondensator går i dette tilfælde helt til dens opvarmning.

Energien værdi

Opvarmningen af ​​kondensatoren skyldesomdannelsen af ​​det elektriske felts energi til det indre. Kondensatorens evne til at udføre arbejde for at flytte afgiften indikerer tilgængeligheden af ​​en tilstrækkelig strømforsyning. For at bestemme, hvor stort energien af ​​en ladet kondensator er, lad os overveje processen med dens udledning. Under virkningen af ​​et elektrisk felt ved en spænding U strømmer en ladning af q fra en plade til en anden. Per definition er feltets arbejde lig med produktet af den potentielle forskel ved ladningens størrelse: A = qU. Dette forhold er kun gyldigt for en konstant værdi af spændingen, men i afladningsprocessen på kondensatorens plader falder den gradvis til nul. For at undgå unøjagtigheder skal vi tage den gennemsnitlige værdi U / 2.

Fra formlen for den elektriske kapacitet har vi: q = CU.

Derfor kan energien af ​​en ladet kondensator bestemmes ved hjælp af formlen:

W = CU²/ 2.

Vi ser at dens størrelse er jo større, desto højere er elkapaciteten og spændingen. For at besvare spørgsmålet om, hvad der svarer til energien i en ladet kondensator, lad os vende os til deres sorter.

Typer af kondensatorer

Siden energien i det elektriske felt,koncentreret inde i kondensatoren, er direkte relateret til dens kapacitans, og driften af ​​kondensatorer afhænger af deres designfunktioner, bruger forskellige typer lagringsenheder.

1. Ifølge pladernes form: flad, cylindrisk, sfærisk osv.
2. Ved at ændre kapacitet: Konstanter (kapacitet ændres ikke), variabler (skiftende fysiske egenskaber, ændring af kapacitans), trim. Ændring af kapaciteten kan udføres ved at ændre temperatur, mekanisk eller elektrisk spænding. Trimmerkondensatorernes elektriske kapacitet ændres ved at ændre pladens areal.
3. Af typen dielektrisk: gas, væske, med et fast dielektrisk.
4. Af typen af ​​dielektrisk: glas, papir, glimmer, metal, keramik, tyndfilm fra film med forskellige sammensætninger.

Afhængig af typen af ​​fremtrædende og andrekondensatorer. Energien af ​​en ladet kondensator afhænger af dielektriske egenskaber. Hovedmængden kaldes dielektrisk permittivitet. Den elektriske kapacitet er direkte proportional med den.

Flad kondensator

Overvej den enkleste enhed til indsamling af elektrisk opladning - en flad kondensator. Dette er et fysisk system af to parallelle plader, mellem hvilke der er et dielektrisk lag.

Pladernes form kan være rektangulær ogrunde. Hvis der er behov for at opnå en variabel kapacitans, så bliver plader taget i form af halvskiver. At dreje en mod hinanden i forhold til den anden fører til en ændring i pladens område.

Vi går ud fra, at arealet af en plade er lig medS, antages afstanden mellem pladerne lig med d, fyldstofets permittivitet er ε. Den elektriske kapacitet af et sådant system afhænger kun af kondensatorens geometri.

C = εε₀S / d.

Energien af ​​en flad kondensator

Vi ser, at kondensatorens kapacitet er direkte proportional med det samlede areal på en plade og er omvendt proportional med afstanden mellem dem. Relativitetskoefficienten er den elektriske konstant ε₀. Forøgelse af permittivitetendielektrisk vil øge den elektriske kapacitet. At reducere pladens areal gør det muligt at opnå tuning kondensatorer. Energien af ​​det elektriske felt i en ladet kondensator afhænger af dets geometriske parametre.

Vi bruger beregningsformlen: W = CU²/ 2.

Bestemmelse af energien af ​​en ladet kondensator med en plan form udføres ifølge formlen:

W = εε₀S U²/ (2d).

Brug af kondensatorer

Kondensatorernes evne til jævnt at indsamle elektrisk opladning og give den op hurtigt nok inden for forskellige teknologier.

Tilslutning til induktorer gør det muligt at skabe oscillatoriske kredsløb, aktuelle filtre, tilbagekoblingskredsløb.

Flashbulbs, electroshock, hvor der opstårnæsten øjeblikkelig udledning, brug kondensatorens evne til at skabe en kraftig strømpuls. Kondensatoren oplades fra en DC-strømkilde. Kondensatoren selv virker som et element, der tårer kredsløbet. Udladning i modsat retning sker næsten øjeblikkeligt gennem en lille ohmisk modstandslampe. Ved elektrisk stød er dette element menneskekroppen.

Kondensator eller batteri

Evnen til at opbevare akkumuleretAfgiften giver en glimrende mulighed for at bruge det som opbevaringsmedium eller energilagring. I radioteknologi er denne ejendom meget udbredt.

For at udskifte batteriet, gør kondensatoren desværre ikke detI en stat, da det har en singularitet af afladning. Den energi, der akkumuleres af den, overstiger ikke flere hundrede joules. Batteriet kan spare en stor strømforsyning i lang tid og praktisk talt uden tab.