Condensor. De energie van een geladen condensator

Sinds het begin van de studie van elektriciteit op te lossende kwestie van zijn accumulatie en behoud werd pas in 1745 opgevolgd door Ewald Jürgen von Kleist en Peter van Mushenbruck. Gemaakt in het Nederlandse Leidse apparaat toegestaan ​​om elektrische energie op te slaan en te gebruiken wanneer nodig.

De Leidse bank is een prototype van een condensor. Het gebruik ervan in fysieke experimenten heeft de studie van elektriciteit ver vooruit gebracht, heeft het mogelijk gemaakt om een ​​prototype van een elektrische stroom te creëren.

Wat is een condensator

Verzamel elektrische lading en elektriciteit -het hoofddoel van de condensator. Meestal is het een systeem van twee geïsoleerde geleiders die zich zo dicht mogelijk bij elkaar bevinden. De ruimte tussen de geleiders is gevuld met een diëlektricum. De lading die zich op de geleiders ophoopt, wordt met een andere lading geselecteerd. De eigenschap van ongelijksoortige ladingen aangetrokken draagt ​​bij aan de grotere accumulatie. Het diëlektricum heeft een dubbele rol: hoe groter de diëlektrische constante, hoe groter de elektrische capaciteit, de ladingen kunnen de barrière niet overwinnen en neutraal worden.

De elektrische capaciteit is de belangrijkste fysieke grootheid die kenmerkend is voor het vermogen van de condensator om een ​​lading te accumuleren. Geleiders worden platen genoemd, het elektrische veld van de condensator centra ertussen.

De energie van een geladen condensator moet blijkbaar afhangen van zijn capaciteit.

Elektrische capaciteit

Het energiepotentieel maakt het mogelijk om (grote elektrische capaciteit) condensatoren te gebruiken. De energie van de geladen condensator wordt, indien nodig, gebruikt om een ​​kortstondige stroompuls toe te passen.

Wat zijn de waarden van de elektrische capaciteit? Het laden van de condensator begint met het verbinden van de platen met de polen van de stroombron. De lading verzameld op één plaat (waarvan de waarde q is) wordt genomen als de lading van de condensator. Het elektrische veld, geconcentreerd tussen de platen, heeft een potentiaalverschil U.

De elektrische capaciteit (C) is afhankelijk van de hoeveelheid elektriciteit die op één geleider is geconcentreerd en de veldspanning: C = q / U.

Deze waarde wordt gemeten in Ф (фарадах).

De capaciteit van de hele aarde gaat niet in vergelijking met de capaciteit van een condensator, waarvan de waarde ongeveer uit de notebook komt. De geaccumuleerde krachtige lading kan worden gebruikt in de engineering.

Echter, om een ​​onbeperkt aantal te verzamelenelektriciteit op de platen is niet mogelijk. Wanneer de spanning stijgt tot de maximale waarde, kan een defect van de condensator optreden. Borden worden geneutraliseerd, wat kan leiden tot schade aan het apparaat. De energie van de geladen condensator gaat in dit geval volledig naar de verwarming ervan.

De energiewaarde

De verwarming van de condensor is te wijten aande transformatie van de energie van het elektrische veld in de interne. Het vermogen van de condensator om werkzaamheden uit te voeren om de lading te verplaatsen, duidt op de beschikbaarheid van voldoende elektriciteit. Om te bepalen hoe groot de energie van een geladen condensator is, laten we het proces van ontlading beschouwen. Onder de werking van een elektrisch veld door een spanning U, stroomt een lading q van de ene plaat naar de andere. Per definitie is het werk van het veld gelijk aan het product van het potentiële verschil door de grootte van de lading: A = qU. Deze relatie is alleen geldig voor een constante waarde van de spanning, maar tijdens het ontladen op de platen van de condensator neemt deze geleidelijk af tot nul. Om onnauwkeurigheden te voorkomen, nemen we de gemiddelde waarde U / 2.

Uit de formule voor de elektrische capaciteit hebben we: q = CU.

Vandaar dat de energie van een geladen condensator kan worden bepaald door de formule:

W = CU²/ 2.

We zien dat de omvang ervan groter is, des te hoger het elektrisch vermogen en de spanning. Om de vraag te beantwoorden over wat gelijk is aan de energie van een geladen condensator, laten we ons wenden tot hun variëteiten.

Typen condensatoren

Sinds de energie van het elektrische veld,geconcentreerd in de condensor, is direct gerelateerd aan zijn capaciteit, en de werking van condensatoren hangt af van hun ontwerpkenmerken, gebruik verschillende soorten opslagapparaten.

1. Volgens de vorm van de platen: vlak, cilindrisch, bolvormig, enz.
2. Door de capaciteit te wijzigen: Constanten (capaciteit verandert niet), variabelen (veranderende fysieke eigenschappen, veranderende capaciteit), trim. Het wijzigen van de capaciteit kan worden uitgevoerd door de temperatuur, mechanische of elektrische spanning te wijzigen. De elektrische capaciteit van de trimmercondensatoren varieert met het oppervlak van de platen.
3. Door het type diëlektricum: gas, vloeistof, met een solide diëlektricum.
4. Door het type diëlektricum: glas, papier, mica, metaal, keramiek, dunne film van films met verschillende samenstelling.

Afhankelijk van het type onderscheiden en anderecondensatoren. De energie van een geladen condensator hangt af van de eigenschappen van het diëlektricum. De hoofdhoeveelheid wordt diëlektrische permittiviteit genoemd. De elektrische capaciteit is er recht evenredig aan.

Platte condensator

Beschouw het eenvoudigste apparaat voor het verzamelen van elektrische lading - een platte condensator. Dit is een fysiek systeem van twee parallelle platen, waartussen zich een diëlektrische laag bevindt.

De vorm van de platen kan rechthoekig zijn, enround. Als het nodig is om een ​​variabele capaciteit te verkrijgen, worden de platen in de vorm van halve schijven genomen. Het draaien van de ene richting ten opzichte van de andere leidt tot een verandering in het gebied van de platen.

We nemen aan dat het gebied van één plaat gelijk is aanS, de afstand tussen de platen wordt verondersteld gelijk te zijn aan d, de permittiviteit van de vulstof is e. De elektrische capaciteit van een dergelijk systeem is alleen afhankelijk van de geometrie van de condensator.

C = εε₀S / d.

De energie van een platte condensator

We zien dat de capaciteit van de condensator recht evenredig is met het totale oppervlak van één plaat en omgekeerd evenredig is met de afstand daartussen. De proportionaliteitscoëfficiënt is de elektrische constante ε₀. Toename van de permittiviteitdiëlektricum verhoogt het elektrisch vermogen. Het verkleinen van het oppervlak van de platen maakt het mogelijk om afstemcondensatoren te verkrijgen. De energie van het elektrische veld van een geladen condensator hangt af van zijn geometrische parameters.

We gebruiken de berekeningsformule: W = CU²/ 2.

Bepaling van de energie van een geladen condensator van een vlakke vorm wordt uitgevoerd volgens de formule:

W = εε₀S U²/ (2d).

Gebruik van condensatoren

Het vermogen van condensatoren om probleemloos elektrische lading te verzamelen en deze snel genoeg op te geven in verschillende technologische gebieden.

Verbinding met inductoren maakt het mogelijk oscillerende circuits, stroomfilters, feedbackcircuits te maken.

Flitslampen, elektroshock, waarin gebeurtbijna onmiddellijk ontladen, gebruik het vermogen van de condensator om een ​​krachtige stroompuls te creëren. De condensator wordt opgeladen via een gelijkstroombron. De condensor zelf fungeert als een element dat het circuit scheurt. Afvoer in de tegenovergestelde richting gebeurt vrijwel onmiddellijk door een kleine ohmse weerstandslamp. In de elektrische schok is dit element het menselijk lichaam.

Condensator of batterij

Het vermogen om opgeslagen op te slaande lading biedt een uitstekende gelegenheid om het te gebruiken als opslagmedium of energieopslag. In de radiotechniek wordt deze eigenschap veel gebruikt.

Om de batterij te vervangen, helaas, de condensator nietIn een staat, omdat het een singulariteit van ontladen heeft. De energie die daardoor wordt verzameld, bedraagt ​​niet meer dan enkele honderden joules. De batterij kan lange tijd een grote hoeveelheid elektriciteit besparen en vrijwel zonder verlies.