От началото на изучаването на електричеството, едва през 1745 г. Евалд Юрген фон Клайст и Питер ван Мушенбрук успяват да решат проблема с неговото натрупване и запазване. Създадено в Лайден, Холандия, устройството дава възможност да се акумулира електрическа енергия и да се използва, когато е необходимо.
Leyden jar - прототип на кондензатор. Използването му във физически експерименти напредна в изучаването на електричеството далеч напред, направи възможно създаването на прототип на електрически ток.
Какво е кондензатор
Събирането на електрически заряд и електричество е основната цел на кондензатора. Обикновено това е система от два изолирани проводника, разположени възможно най-близо един до друг. Пространството между проводниците е запълнено с диелектрик. Зарядът, натрупан върху проводниците, се избира по различен начин. Свойството на противоположните заряди да се привличат допринася за по-голямото му натрупване. На диелектрика се приписва двойна роля: колкото по-голяма е диелектричната константа, толкова по-голям е електрическият капацитет, зарядите не могат да преодолеят бариерата инеутрализирайте.
Електрическият капацитет е основната физическа величина, която характеризира способността на кондензатора да натрупва заряд. Проводниците се наричат плочи, между тях е концентрирано електрическото поле на кондензатора.
Енергията на зареден кондензатор, очевидно, трябва да зависи от неговия капацитет.
Електрически капацитет
Енергиен потенциал прави възможно използването на (голям електрически капацитет) кондензатори. Енергията на зареден кондензатор се използва, когато е необходимо да се приложи кратък токов импулс.
От какви количества зависи електрическият капацитет? Процесът на зареждане на кондензатор започва чрез свързване на плочите му към полюсите на източник на ток. Зарядът, натрупан върху една плоча (чиято стойност 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 в един проводник и напрежението на полето: C=q/U.
Тази стойност се измерва във F (фаради).
Капацитетът на цялата Земя не е сравним с капацитета на кондензатор, чийто размер е приблизително колкото бележник. Натрупаният мощен заряд може да се използва в превозни средства.
Въпреки това, няма начин да натрупате неограничено количество електричество върху плочите. Когато напрежението се повиши до максималната стойност, може да възникне повреда на кондензатора. плочинеутрализирани, което може да повреди устройството. Енергията на зареден кондензатор се изразходва изцяло за нагряването му.
Енергийна стойност
Нагряването на кондензатора се дължи на преобразуването на енергията на електрическото поле във вътрешно. Способността на кондензатора да извършва работа за преместване на заряда показва наличието на достатъчно електричество. За да определите колко висока е енергията на зареден кондензатор, помислете за процеса на неговото разреждане. Под действието на електрическо поле с напрежение U заряд q преминава от една плоча към друга. По дефиниция работата на полето е равна на произведението на потенциалната разлика и количеството заряд: A=qU. Това съотношение е валидно само за постоянна стойност на напрежението, но в процеса на разреждане върху плочите на кондензатора то постепенно намалява до нула. За да избегнем неточности, вземаме средната му стойност U/2.
От формулата за електрически капацитет имаме: q=CU.
Оттук енергията на зареден кондензатор може да се определи по формулата:
W=CU2/2.
Виждаме, че стойността му е толкова по-голяма, колкото по-висок е електрическият капацитет и напрежението. За да отговорим на въпроса каква е енергията на зареден кондензатор, нека се обърнем към техните разновидности.
Видове кондензатори
Тъй като енергията на електрическото поле, концентрирана вътре в кондензатора, е пряко свързана с неговия капацитет, а работата на кондензаторите зависи от техните конструктивни характеристики, се използват различни видове устройства за съхранение.
- Според формата на плочите: плоски, цилиндрични, сферични и др.д.
- Чрез промяна на капацитета: постоянен (капацитетът не се променя), променлив (чрез промяна на физическите свойства, ние променяме капацитета), настройка. Промяната на капацитета може да се извърши чрез промяна на температурата, механично или електрическо напрежение. Капацитетът на тримерните кондензатори варира чрез промяна на площта на плочите.
- По вид на диелектрика: газ, течност, твърд диелектрик.
- По вид на диелектрика: стъкло, хартия, слюда, метал-хартия, керамика, тънкослойни филми с различен състав.
В зависимост от типа се разграничават и други кондензатори. Енергията на зареден кондензатор зависи от свойствата на диелектрика. Основната величина се нарича диелектрична константа. Електрическият капацитет е право пропорционален на него.
Плочин кондензатор
Помислете за най-простото устройство за събиране на електрически заряд - плосък кондензатор. Това е физическа система от две успоредни плочи, между които има диелектричен слой.
Формата на плочите може да бъде както правоъгълна, така и кръгла. Ако има нужда от получаване на променлив капацитет, тогава е обичайно да се вземат плочите под формата на полудискове. Завъртането на една плоча спрямо друга води до промяна в площта на плочите.
Приемаме, че площта на една плоча е равна на S, разстоянието между плочите се приема за d, диелектричната константа на пълнителя е ε. Капацитетът на такава система зависи само от геометрията на кондензатора.
C=εε0S/d.
Енергия на плосък кондензатор
Виждаме, че капацитетът на кондензатора е право пропорционален на общата площ на една плоча и обратно пропорционален на разстоянието между тях. Коефициентът на пропорционалност е електрическата константа ε0. Увеличаването на диелектричната константа на диелектрика ще увеличи електрическия капацитет. Намаляването на площта на плочите ви позволява да получите кондензатори за настройка. Енергията на електрическото поле на зареден кондензатор зависи от неговите геометрични параметри.
Използвайте формулата за изчисление: W=CU2/2.
Определянето на енергията на зареден кондензатор с плоска форма се извършва по формулата:
W=εε0S U2/(2d).
Използване на кондензатори
Способността на кондензаторите да събират плавно електрически заряд и да го отдават достатъчно бързо се използва в различни области на технологиите.
Връзката с индуктори ви позволява да създавате осцилаторни вериги, токови филтри, вериги за обратна връзка.
Фото светкавици, зашеметяващи пистолети, при които се получава почти мигновено разреждане, използват способността на кондензатор за създаване на мощен токов импулс. Кондензаторът се зарежда от източник на постоянен ток. Самият кондензатор действа като елемент, който прекъсва веригата. Разрядът в обратна посока става почти мигновено чрез лампа с ниско омично съпротивление. В зашеметяващ пистолет този елемент е човешкото тяло.
Кондензатор или батерия
Възможността да запазите натрупания заряд за дълго време дава прекрасна възможност да го използвате като хранилище на информация или съхранение на енергия. Това свойство се използва широко в радиотехниката.
Сменете батерията, за съжаление кондензаторът не може, защото има особеността да се разрежда. Натрупаната енергия не надвишава няколкостотин джаула. Батерията може да съхранява голямо количество електроенергия за дълго време и почти без загуба.
