Kondenzator. Energija napolnjenega kondenzatorja

Od začetka študije električne energije, da bi rešila vprašanje kopičenja in ohranjanja je šele leta 1745 Ewald Jurgen von Kleist in Pieter van Musschenbroek. Ustvari se v nizozemski napravi Leyden, ki se lahko kopiči električna energija

Leidenova banka je prototip kondenzatorja. Njegova uporaba v fizičnih eksperimentih je napredovala v študiji o električni energiji daleč pred nami, omogočila je izdelavo prototipa električnega toka.

Kaj je kondenzator

Zbiraj električni naboj in električna energija je glavni namen kondenzatorja. Običajno je sistem dveh izoliranih vodnikov, ki sta med seboj najbližji. Prostor med prevodniki je napolnjen z dielektrikom. Polnjenje, ki se nabira na vodnikih, se izbere z drugačnim polnjenjem. Lastnost nasprotujočih si obremenitev prispeva k večjemu kopičenju. Dielektrika ima dvojno vlogo: večja je dielektrična konstanta, večja je električna kapaciteta, stroški ne morejo premagati pregrade in postanejo nevtralni.

Električna zmogljivost je glavna fizična količina, ki je značilna za sposobnost kondenzatorja, da se nabira polnjenje. Provodniki se imenujejo plošče, električno polje kondenzatorskih centrov med njimi.

Energija napolnjenega kondenzatorja naj bi bila odvisna od kapacitivnosti.

Električna zmogljivost

Energetski potencial omogoča uporabo kondenzatorjev (velike električne kapacitivnosti). Energijo napolnjenega kondenzatorja se po potrebi uporabi za kratkotrajni impulz.

Kakšne so vrednosti električne zmogljivosti? Postopek polnjenja kondenzatorja se začne s povezovanjem plošč s polji trenutnega vira. Naboja, nabrala na eni plošči (katere vrednost je q), se vzame kot polnjenje kondenzatorja. Električno polje, koncentrirano med ploščami, ima potencialno razliko U.

Električna kapaciteta (C) je odvisna od količine električne energije, koncentrirane na enemu vodniku, in napetosti polja: C = q / U.

Ta vrednost se meri v F (faradah).

Zmogljivost celotne Zemlje ni primerljiva z kapacitivnost kondenzatorja, katerih vrednost je približno iz prenosnika. Akumuliran močan naboj se lahko uporablja v inženirstvu.

Vendar pa ni nobene možnosti, da bi na ploščah nabavljali neomejeno količino električne energije. Ko se napetost dvigne na največjo vrednost, lahko pride do okvare kondenzatorja. Plošče so nevtralizirane, kar lahko povzroči poškodbe naprave. Energija napolnjenega kondenzatorja v tem primeru popolnoma gre za ogrevanje.

Energijska vrednost

Ogrevanje kondenzatorja je posledica pretvorbe energije električnega polja v notranji. Sposobnost kondenzatorja, da opravlja delo za premikanje polnjenja, kaže na razpoložljivost zadostne količine električne energije. Da ugotovimo, kako velika je energija napolnjenega kondenzatorja, razmislimo o procesu izpusta. Pod delovanjem električnega polja z napetostjo U se nabira polnilo iz ene plošče na drugo. Po definiciji je delo polja enako produktu potencialne razlike glede na velikost polnitve: A = qU. To razmerje velja le za konstantno vrednost napetosti, toda v procesu izpuščanja na plošče kondenzatorja se postopoma zmanjša na nič. Da bi se izognili netočnosti, vzemimo svojo povprečno vrednost U / 2.

Iz formule za električno kapaciteto imamo: q = CU.

Zato lahko energijo napolnjenega kondenzatorja določimo s formulo:

W = CU²/ 2.

Vidimo, da je njena velikost večja, večja je električna moč in napetost. Da odgovorimo na vprašanje, kaj je enako energiji napolnjenega kondenzatorja, se obrnemo na njihove sorte.

Vrste kondenzatorjev

Ker je energija električnega polja skoncentrirana v kondenzator neposredno povezane z njegovim kapacitivnosti in delovanje kondenzatorja je odvisna od njihovih strukturnih lastnosti, uporabljajo različne vrste pogonov.

1. Glede na obliko plošč: ravna, cilindrična, sferična itd.
2. S spreminjanjem zmogljivosti: konstantno (zmogljivost se ne spremeni), spremenljivke (spreminjanje fizičnih lastnosti, spreminjanje kapacitivnosti), trim. Sprememba zmogljivosti se lahko izvede s spremembo temperature, mehanske ali električna napetost. Električna kapaciteta trimernih kondenzatorjev se razlikuje glede na površino plošč.
3. Po vrsti dielektrika: plin, tekočina, s trdnim dielektrikom.
4. Po vrsti dielektričnega: stekla, papirja, sljude, kovine, keramike, tankoplasta iz folij različnih kompozicij.

Glede na tip, obstajajo različni kondenzatorji. Energija napolnjenega kondenzatorja je odvisna od lastnosti dielektrika. Glavna količina se imenuje dielektrična prožnost. Električna kapaciteta je neposredno sorazmerna z njim.

Ploski kondenzator

Razmislite o najpreprostejši napravi za zbiranje električnega naboja - ravnega kondenzatorja. To je fizični sistem dveh vzporednih plošč, med katerimi je dielektrična plast.

Oblika plošč je pravokotna in okrogla. Če je treba pridobiti spremenljivo kapacitivnost, se plošče odvzamejo v obliki polovičnih plošč. Če obrnete eno obrnjeno glede na drugo, spremenite površino plošč.

Predpostavljamo, da je površina ene plošče S, razdalja med ploščami naj bi bila d, dielektrična konstanta polnilo - epsilon-. Električna kapaciteta takšnega sistema je odvisna samo od geometrije kondenzatorja.

C = epsilon-epsilon-₀S / d.

Energija ravnega kondenzatorja

Vidimo, da je kapaciteta kondenzatorja neposredno sorazmerna s skupno površino ene plošče in je obratno sorazmerna z razdaljo med njimi. Koeficient sorazmernosti je električna konstanta epsilon-₀. Povečana dielektrična prožnost dielektrika bo povečala električno kapaciteto. Zmanjšanje površine plošč omogoča pridobivanje tuning kondenzatorjev. Energija električnega polja napolnjenega kondenzatorja je odvisna od njegovih geometrijskih parametrov.

Uporabljamo formulo za izračun: W = CU²/ 2.

Določitev energije napolnjenega kondenzatorja ploskovne oblike izvedemo po formuli:

W = epsilon-epsilon-₀S U²/ (2d).

Uporaba kondenzatorjev

Sposobnost kondenzatorjev za gladko zbiranje električnega naboja in dovolj hitro na različnih področjih tehnologije.

Povezava z induktorji omogoča ustvarjanje oscilacijskih tokokrogov, trenutnih filtrov, povratnih vezij.

Kondenzator ali baterija

Sposobnost shranjevanja akumuliranega polnjenja za dolgo časa daje odlično priložnost, da jo uporabljamo kot shranjevanje informacij ali shranjevanje energije. V radijskem inženirstvu se ta lastnost široko uporablja.

Če želite zamenjati baterijo, kondenzator na žalost ne more, ker ima funkcijo praznjenja. Njena energija ne presega več sto joulov. Baterija lahko dolgo časa ohranja veliko električno napajanje in praktično brez izgube.