Kondenzator. Energija napunjenog kondenzatora

Od početka studije električne energije, problem akumulacije i očuvanja riješen je tek 1745. godine Ewald Jürgen von Kleist i Peter van Mushenbruck. Kreirano u nizozemskom Leyden uređaju dopušteno je akumulirati električnu energiju

Leidenova banka prototip je kondenzatora. Njegova uporaba u fizičkim pokusima unaprijedila je proučavanje električne energije daleko ispred, omogućila je stvaranje prototipa električne struje.

Što je kondenzator

okupiti električni naboj i električna energija je glavna svrha kondenzatora. Obično je to sustav dvaju izoliranih vodiča koji se nalaze što bliže jedni drugima. Prostor između vodiča popunjen je dielektrikom. Napunjenost akumulirana na vodičima odabrana je različitim nabojem. Imovina za razliku od nabijenih troškova pridonosi njegovoj većoj akumulaciji. Dielektrična uloga ima dvostruku ulogu: što je veća dielektrična konstanta, veća je električna snaga, troškovi ne mogu nadvladati prepreku i postati neutralni.

Električni kapacitet je glavna fizička veličina koja karakterizira kondenzatorsku sposobnost akumuliranja naboja. Dirigenti se nazivaju pločice, električno polje kondenzatora nalazi se između njih.

Energija nabijenog kondenzatora, očito, treba ovisiti o njezinu kapacitetu.

Električni kapacitet

Energetski potencijal omogućuje upotrebu kondenzatora (velikih električnih kapaciteta). Energija napunjenog kondenzatora koristi se, ako je potrebno, primijeniti kratkotrajni strujni impuls.

Koje su vrijednosti električnog kapaciteta? Postupak punjenja kondenzatora počinje povezivanjem svojih ploča s polovima trenutnog izvora. Napunjenost akumulirana na jednoj ploči (čija vrijednost je q) uzima se kao naboj kondenzatora. Električno polje, koncentrirano između ploča, ima potencijalnu razliku U.

Električni kapacitet (C) ovisi o količini električne energije koncentrirane na jednom vodiču, a napon polja: C = q / U.

Ta se vrijednost mjeri u f (faraja).

Kapacitet cijele Zemlje nije usporediv kapacitet kondenzatora, čija je vrijednost otprilike iz bilježnice. Akumulirana moćna naboja može se koristiti u inženjeringu.

Međutim, ne postoji mogućnost akumuliranja neograničene količine električne energije na ploče. Kad napon dođe do maksimalne vrijednosti, može doći do kvarova kondenzatora. Ploče su neutralizirane, što može dovesti do oštećenja uređaja. Energija napunjenog kondenzatora u ovom slučaju potpuno ide do grijanja.

Energetska vrijednost

Zagrijavanje kondenzatora je zbog transformacije energije električnog polja u unutarnju. Sposobnost kondenzatora da izvrši rad na pomicanju napunjenosti ukazuje na dostupnost dovoljne količine električne energije. Kako bismo odredili koliko je energija napunjenog kondenzatora, razmotrimo postupak njezinog pražnjenja. Pod djelovanjem električnog polja pomoću napona U, napunjenost q protječe iz jedne ploče na drugu. Prema definiciji, rad polja jednak je proizvodu potencijalne razlike po veličini naboja: A = qU. Ovaj odnos vrijedi samo za konstantnu vrijednost napona, ali u procesu pražnjenja na pločama kondenzatora postupno smanjuje na nulu. Kako bismo izbjegli netočnosti, uzmimo prosječnu vrijednost U / 2.

Iz formule za električni kapacitet imamo: q = CU.

Stoga se energija napunjenog kondenzatora može odrediti pomoću formule:

W = CU²/ 2.

Vidimo da je njegova veličina veća, veća je električna snaga i napon. Da bismo odgovorili na pitanje o tome što je jednako energiji nabijenog kondenzatora, obratimo se njihovim sortama.

Vrste kondenzatora

Budući da je energija električnog polja koncentrirana unutar kondenzatora izravno povezana sa svojim kapacitetom, a rad kondenzatora ovisi o njihovim značajkama dizajna, koriste se različiti tipovi uređaja za pohranu.

1. Prema obliku ploča: ravni, cilindrični, sferni itd.
2. Promjenom kapaciteta: konstanta (kapacitet se ne mijenja), varijabli (mijenjanje fizičkih svojstava, mijenjanje kapaciteta), trim. Promjena kapaciteta može se provesti promjenom temperature, mehaničke ili električni napon. Električni kapacitet kondenzatora trimer se mijenja promjenom površine ploča.
3. Po vrsti dielektrične: plin, tekućina, čvrste dielektrične.
4. Po vrsti dielektričnog materijala: stakla, papira, tinja, metala, keramike, tankog filma iz filmova različitih sastava.

Ovisno o vrsti, postoje različiti kondenzatori. Energija nabijenog kondenzatora ovisi o svojstvima dielektričnog. Glavna se količina naziva dielektrična permitivnost. Električni kapacitet je izravno proporcionalan njemu.

Stan kondenzator

Razmislite o najjednostavnijem uređaju za prikupljanje električnog naboja - ravnog kondenzatora. Ovo je fizički sustav dviju usporednih ploča, između kojih se nalazi dielektrični sloj.

Oblik ploča može biti pravokutni i kružni. Ako postoji potreba za dobivanjem varijabilnog kapaciteta, ploče se uzimaju u obliku polukruga. Okretanje jednog okrenutog prema drugom dovodi do promjene u području ploča.

Pretpostavit ćemo da je područje jedne ploče S, a udaljenost između ploča pretpostavlja se da je d, dielektrična konstanta punilo - epsilon-. Električni kapacitet takvog sustava ovisi samo o geometriji kondenzatora.

C = epsilon-epsilon-₀S / d.

Energija ravnog kondenzatora

Vidimo da je kapacitet kondenzatora izravno proporcionalan ukupnoj površini jedne ploče i obrnuto je proporcionalan udaljenost između njih. Koeficijent proporcionalnosti je električna konstanta epsilon-₀. Povećanje dielektrične permitivnosti dielektrične će povećati električnu snagu. Smanjenje površine ploča omogućava dobivanje kondenzatora za ugađanje. Energija električnog polja napunjenog kondenzatora ovisi o njegovim geometrijskim parametrima.

Koristimo izračunsku formulu: W = CU²/ 2.

Određivanje energije napunjenog kondenzatora ravnog oblika izvodi se prema formuli:

W = epsilon-epsilon-₀S U²/ (2d).

Korištenje kondenzatora

Sposobnost kondenzatora da glatko skupljaju električni naboj i daju se dovoljno brzo u različitim tehnološkim područjima.

Povezivanje s induktorima omogućuje stvaranje oscilacijskih sklopova, strujnih filtera, povratnih krugova.

Kondenzator ili baterija

Sposobnost skladištenja akumulirane naknade dugo vremena daje izvrsnu priliku da ga upotrijebite kao pohranu podataka ili pohranu energije. U radijskom inženjerstvu ovo je svojstvo naširoko koristi.

Da bi zamijenio bateriju, nažalost, kondenzator nije u mogućnosti, jer ima značajku pražnjenja. Energija koju ona akumulira ne prelazi nekoliko stotina džula. Baterija može uštedjeti veliku količinu električne energije dulje vrijeme i gotovo bez gubitka.