Кондензатора. Енергията на заредения кондензатор

От началото на проучването на електроенергията проблемът за нейното натрупване и съхранение е решен едва през 1745 г. от Ewald Jürgen von Kleist и Peter van Mushenbruck. Създаден в холандското устройство Leyden позволено да се натрупва електрическа енергия

Leiden Bank е прототип на кондензатор. Употребата му във физически експерименти ускори изследването на електроенергията далеч напред, направи възможно създаването на прототип на електрически ток.

Какво е кондензатор

събирам електрически заряд а електричеството е основната цел на кондензатора. Обикновено това е система от два изолирани проводника, разположени възможно най-близо един до друг. Пространството между проводниците е изпълнено с диелектрик. Зарядът, натрупан на проводниците, се избира с различно зареждане. Собствеността на привилегированите такси допринася за по-голямото му натрупване. Диелектрикът има двойна роля: колкото е по-голяма диелектричната константа, толкова по-голям е електрическият капацитет, зарядите не могат да преодолеят бариерата и да станат неутрални.

Електрическият капацитет е основното физическо количество, което характеризира способността на кондензатора да натрупва заряд. Водопроводците се наричат ​​пластини, електрическото поле на кондензатора се центрира между тях.

Енергията на заредения кондензатор, очевидно, трябва да зависи от неговия капацитет.

Електрически капацитет

Енергийният потенциал позволява да се използват кондензатори (големи кондензатори). Енергията на заредения кондензатор се използва, ако е необходимо, за прилагане на късочестотен токов импулс.

Какви са стойностите на електрическия капацитет? Процесът на зареждане на кондензатора започва с свързването на плочите към полюсите на източника на ток. Натоварването, натрупано на една плоча (стойността на която е q) се приема като заряд на кондензатора. Електрическото поле, концентрирано между плочите, има потенциална разлика U.

Електрическият капацитет (C) зависи от количеството електричество, концентрирано върху един проводник, и напрежението на полето: C = q / U.

Тази стойност се измерва във Ф (фарадах).

Капацитетът на цялата Земя не е сравним капацитет на кондензатора, чиято стойност е приблизително от бележника. Натрупаният мощен заряд може да се използва в инженеринга.

Въпреки това, няма възможност за натрупване на неограничено количество електроенергия върху плочите. Когато напрежението се повиши до максималната стойност, може да възникне разбивка на кондензатора. Плочите се неутрализират, което може да доведе до повреда на устройството. Енергията на заредения кондензатор в този случай напълно преминава към отоплението му.

Енергийната стойност

Загряването на кондензатора се дължи на трансформацията на енергията на електрическото поле във вътрешното. Способността на кондензатора да извършва работа за преместване на зареждането показва наличието на достатъчно количество електроенергия. За да се определи колко голяма е енергията на заредения кондензатор, нека разгледаме процеса на нейното заустване. При действието на електрическо поле от напрежение U, зареждането на q тече от една плоча в друга. По дефиниция работата на полето е равна на произведението на потенциалната разлика от големината на заряда: A = qU. Тази връзка е валидна само за постоянна стойност на напрежението, но в процеса на изпускане на пластините на кондензатора, тя постепенно намалява до нула. За да избегнем неточности, нека вземем средната стойност U / 2.

От формулата за електрически капацитет имаме: q = CU.

Следователно енергията на заредения кондензатор може да се определи по формулата:

W = CU²/ 2.

Виждаме, че неговата величина е по-голяма, толкова по-голям е електрическият капацитет и напрежението. За да отговорим на въпроса за това, което е равно на енергията на заредения кондензатор, нека се обърнем към техните сортове.

Видове кондензатори

Тъй като енергията на електрическото поле, концентрирана вътре в кондензатора, е пряко свързана с неговия капацитет и работата на кондензаторите зависи от техните конструктивни характеристики, се използват различни типове устройства за съхранение.

1. Според формата на плочите: плоски, цилиндрични, сферични и т.н.
2. Чрез промяна на капацитета: константа (капацитетът не се променя), променливите (променящи се физични свойства, променящия се капацитет), изрязване. Промяната на капацитета може да се извърши чрез промяна на температурата, механичната или електрическо напрежение. Електрическият капацитет на тримерните кондензатори варира в зависимост от площта на плочите.
3. По вид диелектрик: газ, течност, със солиден диелектрик.
4. По вид на диелектрик: стъкло, хартия, слюда, метал, керамика, тънък слой от филми от различен състав.

В зависимост от типа има различни кондензатори. Енергията на заредения кондензатор зависи от свойствата на диелектрика. Основното количество се нарича диелектрична проницаемост. Електрическият капацитет е пряко пропорционален на него.

Плосък кондензатор

Помислете за най-простото устройство за събиране на електрически заряд - плосък кондензатор. Това е физическа система на две успоредни плочи, между които има диелектричен слой.

Формата на плочите може да бъде правоъгълна и кръгла. Ако има нужда да се получи променлив капацитет, тогава плочите се вземат под формата на полу-дискове. Завъртането на една от другата спрямо другата води до промяна в областта на плочите.

Ще приемем, че площта на една плоча е S, разстоянието между плочите се приема, че е d, диелектрична константа пълнител - epsilon-. Електрическият капацитет на такава система зависи само от геометрията на кондензатора.

С = епсилон-epsilon-₀S / d.

Енергията на плоския кондензатор

Виждаме, че капацитетът на кондензатора е пряко пропорционален на общата площ на една плоча и е обратно пропорционален на разстоянието между тях. Коефициентът на пропорционалност е електрическата константа epsilon-₀. Увеличаването на диелектричната проницаемост на диелектрика ще увеличи електрическия капацитет. Намаляването на площта на плочите дава възможност за получаване на кондензатори за настройка. Енергията на електрическото поле на заредения кондензатор зависи от неговите геометрични параметри.

Използваме формулата за изчисление: W = CU²/ 2.

Определянето на енергията на заредения кондензатор с планарна форма се извършва съгласно формулата:

W = епсилон-epsilon-₀S U²/ (2г).

Използване на кондензатори

Способността на кондензаторите плавно да събират електрически заряд и да се предават достатъчно бързо в различни области на технологиите.

Връзката с индуктори позволява създаването на осцилаторни вериги, токови филтри, вериги за обратна връзка.

Кондензатор или батерия

Способността да съхранявате натрупаните такси за дълго време дава отлична възможност да ги използвате като съхранение на информация или съхранение на енергия. При радио инженерството тази собственост е широко използвана.

За да смените батерията, за съжаление, кондензаторът не е в състояние, тъй като има характеристиката на разреждане. Натрупаната от него енергия не надхвърля няколкостотин джаула. Батерията може да спести големи количества електроенергия за дълго време и практически без загуба.