Kondensators. Uzlādētā kondensatora enerģija

Kopš elektroenerģijas izpētes sākuma tās uzkrāšanas un saglabāšanas problēmu atrisināja tikai 1745. gadā Ewald Jürgen von Kleist un Peter van Mushenbruck. Izveidots holandiešu Līdenes ierīcē, ļāva uzkrāties elektroenerģiju un vajadzības gadījumā to izmantot.

Leiden Bank ir kondensatora prototips. Tās izmantošana fizikālos eksperimentos ir uzlabojusi elektrības pētījumu tālu uz priekšu, un tas ir ļāvis izveidot elektriskās strāvas prototipu.

Kas ir kondensators

Kondensatora galvenais mērķis ir elektriskā lādiņa un elektrības savākšana. Parasti ir divu izolētu vadītāju sistēma, kas atrodas pēc iespējas tuvāk viena otrai. Starp vadītājiem atstarojamā telpa ir piepildīta ar dielektrisku. Uz vadītājiem uzkrāta maksa tiek izvēlēta ar atšķirīgu maksu. Atšķirībā no piesaistītajām maksām īpašums veicina tā lielāku uzkrāšanos. Dielektrikam ir divējāda nozīme: jo lielāka ir dielektriskā konstante, jo lielāka elektriskā jauda, jaudas nevar pārvarēt barjeru un kļūt neitrāliem.

Elektriskā jauda ir galvenais fiziskais daudzums, kas raksturo kondensatora spēju uzkrāt maksu. Vadītājus sauc par plates, elektrisko lauku starp kondensatoru centriem.

Aizņemtā kondensatora enerģija acīmredzot ir atkarīga no tā kapacitātes.

Elektriskā jauda

Enerģijas potenciāls ļauj izmantot (lielas elektriskās kapacitātes kondensatorus). Ja nepieciešams, izmanto uzlādētu kondensatoru enerģiju īslaicīgas strāvas impulsa lietošanai.

Kādas ir elektriskās jaudas vērtības? Kondensatora uzlādēšanas process sākas ar plākšņu savienošanu ar strāvas avota poliem. Vienā plāksnē uzkrāta maksa (kuras vērtība ir q) tiek ņemta par kondensatora uzlādi. Elektriskais lauks, kas ir koncentrēts starp plāksnēm, potenciāla starpībai ir U.

Elektriskā jauda (C) ir atkarīga no elektroenerģijas daudzuma, kas koncentrēta uz vienu vadītāju, un lauka spriegums: C = q / U.

Šo vērtību mēra Φ (farads).

Visa Zemes kapacitāte nav salīdzināma ar kondensatora kapacitāti, kuras vērtība ir aptuveni no piezīmjdatora. Uzkrāto spēcīgo maksu var izmantot inženierzinātnēs.

Tomēr uz plāksnēm nav iespējas uzkrāt neierobežotu daudzumu elektroenerģijas. Ja spriegums paaugstinās līdz maksimālajai vērtībai, var rasties kondensatora bojājums. Plātnes tiek neitralizētas, kas var izraisīt ierīces bojājumus. Tādējādi uzlādēta kondensatora enerģija tiek pilnībā izmantota, lai to sildītu.

Enerģijas vērtība

Kondensatora apsilde ir saistīta ar elektriskā lauka enerģijas pārveidošanu iekšējā sistēmā. Kondensatora spēja veikt darbu, lai pārvietotu maksu, norāda uz pietiekamu elektroenerģijas piegādi. Lai noteiktu, cik liela ir uzlādētā kondensatora enerģija, apsveriet tā izlādes procesu. Zem elektriskā lauka ar spriegumu U darbību, q plūsma pāriet no vienas plāksnes uz otru. Pēc definīcijas lauka darbs ir vienāds ar potenciālās starpības produktu par maksu: A = qU. Šī attiecība ir spēkā tikai par pastāvīgu sprieguma vērtību, bet kondensatora plākšņu izplūdes procesā pakāpeniski samazinās līdz nullei. Lai izvairītos no neprecizitātēm, ņemsim vidējo vērtību U / 2.

No elektriskās jaudas formulas mums ir: q = CU.

Tādējādi uzlādētā kondensatora enerģiju var noteikt pēc formulas:

W = CU 2/2.

Mēs redzam, ka tā lielums ir lielāks, jo lielāka ir elektriskā jauda un spriegums. Lai atbildētu uz jautājumu par to, kāda ir uzlādētā kondensatora enerģija, pievērsīsimies to šķirnēm.

Kondensatoru veidi

Tā kā kondensatora koncentrētā elektriskā lauka enerģija ir tieši saistīta ar tās kapacitāti, un kondensatoru darbība ir atkarīga no to konstrukcijas īpašībām, tiek izmantoti dažāda veida atmiņas ierīces.

1. Plātņu forma: plakana, cilindriska, sfēriska utt.
2. Mainot ietilpību: konstante (jauda nemainās), mainīgie (mainot fizikālās īpašības, mainot kapacitāti), apdares. Jaudas maiņu var veikt, mainot temperatūru, mehānisko vai elektrisko spriegumu. Trimmera kondensatoru elektriskā jauda atšķiras no plākšņu laukuma.
3. Pēc dielektriskā tipa: gāze, šķidrums, ar cietu dielektriķi.
4. Ar dielektriskiem veidiem: stikla, papīra, vizlas, metāla, keramikas, plānas plēves no dažāda sastāva plēvēm.

Atkarībā no tipa ir dažādi kondensatori. Uzlādētā kondensatora enerģija ir atkarīga no dielektriskās īpašībām. Galveno daudzumu sauc par caurlaidību. Elektriskā jauda ir tieši proporcionāla tai.

Plakans kondensators

Apsveriet vienkāršāko elektrisko lādiņu savākšanas ierīci - plakanu kondensatoru. Šī ir divu paralēlu plākšņu fiziskā sistēma, starp kurām ir dielektrisko slāni.

Plātņu forma var būt taisnstūrveida un apaļa. Ja ir nepieciešams iegūt mainīgu kapacitāti, tad plāksnes tiek ņemtas pusdisku formā. Viena vērpšana pret otru novirza uz plākšņu laukuma izmaiņām.

Mēs pieņemam, ka vienas plāksnes laukums ir S, attālums starp plāksnēm tiek pieņemts vienāds ar d, pildvielas caurlaidība ir ε. Šādas sistēmas elektriskā jauda ir atkarīga tikai no kondensatora ģeometrijas.

C = εε ₀ S / d.

Plakanā kondensatora enerģija

Mēs redzam, ka kondensatora jauda ir tieši proporcionāla kopējai vienas plāksnes platībai un ir apgriezti proporcionāla attālumam starp tiem. Proporcionalitātes koeficients ir elektriskā konstante ε ₀ . Dielektriskās dielektriskās caurlaidības palielināšana palielinās elektrisko jaudu. Plākšņu platības samazinājums ļauj iegūt kondensatorus. Uzlādētā kondensatora elektriskā lauka enerģija ir atkarīga no tā ģeometriskiem parametriem.

Mēs izmantojam aprēķinu formulu: W = CU 2/2.

Plaknes formas uzpildītā kondensatora enerģijas noteikšana tiek veikta pēc formulas:

W = εε ₀ SU ² / (2d).

Kondensatoru izmantošana

Kondensatoru spēja vienmērīgi savākt elektrisko lādiņu un pietiekami ātri atdarīt dažādās tehnoloģijas jomās.

Savienojums ar induktoriem ļauj radīt svārstīgas ķēdes, strāvas filtrus, atgriezeniskās saites shēmas.

Spuldzes, elektriskās strāvas trieciens, kurā notiek gandrīz momentānā izlāde, izmanto kondensatora spēju radīt spēcīgu strāvas impulsu. Kondensators ir uzlādēts no līdzstrāvas barošanas avota. Kondensators pati darbojas kā elements, kas plaisina ķēdi. Izlāde pretējā virzienā notiek ar nelielu pretestības spuldzes lomu gandrīz uzreiz. Elektriskajā šokā šis elements ir cilvēka ķermenis.

Kondensators vai akumulators

Spēja uzglabāt uzkrāto maksu ilgu laiku nodrošina lielisku iespēju to izmantot kā informācijas uzglabāšanu vai enerģijas uzglabāšanu. Radio inženierijā šo īpašumu plaši izmanto.

Diemžēl nomainiet akumulatoru, kamēr kondensators to nevar, jo tam ir izlādējama funkcija. Tā uzkrātais enerģijas daudzums nepārsniedz vairākus simtus džoulus. Akumulators ilgstoši un gandrīz bez zaudējumiem var ietaupīt lielu elektroenerģijas daudzumu.