Kondensor. En laddad kondensators energi

Sedan början av studien av el att lösaFrågan om dess ackumulering och bevarande lyckades bara 1745 av Ewald Jürgen von Kleist och Peter van Mushenbruck. Skapat i den nederländska Leyden-enheten tillåts att ackumulera elektrisk energi och använda den vid behov.

Leiden Bank är en prototyp av en kondensor. Dess användning i fysiska experiment har avancerat elstudien långt framåt, har gjort det möjligt att skapa en prototyp av en elektrisk ström.

Vad är en kondensator

Samla elektrisk laddning och el -Huvudsyftet med kondensatorn. Vanligtvis är det ett system med två isolerade ledare placerade så nära varandra som möjligt. Utrymmet mellan ledarna är fyllt med en dielektrisk. Laddningen som ackumuleras på ledarna väljs med en annan laddning. Egenskapen till skillnad från avgifter som lockas bidrar till dess större ackumulering. Dielektrikumet har en dubbel roll: Ju större dielektricitetskonstanten desto större är elkapaciteten, laddningarna kan inte övervinna barriären och bli neutral.

Den elektriska kapaciteten är den huvudsakliga fysiska kvantiteten som kännetecknar kondensatorens förmåga att ackumulera en laddning. Ledare kallas plattor, kondensatorns elektriska fält ligger mellan dem.

Energin hos en laddad kondensator bör tydligen bero på dess kapacitans.

Elkapacitet

Energipotentialen gör det möjligt att använda (stora elektriska kapacitans) kondensatorer. Energin hos den laddade kondensatorn används vid behov för att applicera en korttidsströmpuls.

Vad är värdena på den elektriska kapaciteten? Processen för laddning av kondensatorn börjar med att ansluta dess plattor till polerna hos den aktuella källan. Den laddning som ackumulerats på en platta (vars värde är q) tas som laddning av kondensatorn. Det elektriska fältet, koncentrerat mellan plattorna, har en potentialskillnad U.

Den elektriska kapaciteten (C) beror på den mängd el som är koncentrerad på en ledare och fältspänningen: C = q / U.

Detta värde mäts i Ф (фарадах).

Kapacitansen hos hela jorden går inte i jämförelse med kapacitansen hos en kondensator, vars värde är ungefär från notebook-datorn. Den ackumulerade kraftfulla laddningen kan användas i teknik.

Men för att ackumulera ett obegränsat beloppel på tallrikarna är inte möjlig. När spänningen stiger till det maximala värdet kan en nedbrytning av kondensatorn uppträda. Plattorna neutraliseras, vilket kan leda till skada på enheten. Den laddade kondensatorns energi i detta fall går helt och hållet till sin uppvärmning.

Energivärdet

Uppvärmningen av kondensorn beror påomvandlingen av det elektriska fältets energi till det inre. Kondensatorens förmåga att utföra arbete för att flytta laddningen indikerar tillgången på en tillräcklig elförsörjning. För att bestämma hur stor energin hos en laddad kondensator är, låt oss överväga processen med urladdning. Under inverkan av ett elektriskt fält med en spänning U strömmar en laddning av q från en platta till en annan. Per definition är fältets arbete lika med produkten av den potentiella skillnaden med laddningens storlek: A = qU. Detta förhållande är endast giltigt för ett konstant värde av spänningen, men under utmatningsprocessen på kondensatorns plattor minskar den successivt till noll. För att undvika felaktigheter, låt oss ta sitt medelvärde U / 2.

Från formeln för elkapaciteten har vi: q = CU.

Följaktligen kan energin hos en laddad kondensator bestämmas med formeln:

W = CU²/ 2.

Vi ser att dess storlek är större ju högre elektrisk kapacitet och spänning. För att svara på frågan om vad som är lika med en laddad kondensators energi, låt oss vända sig till deras sorter.

Typer av kondensatorer

Eftersom energin i det elektriska fältet,koncentrerad inuti kondensorn, är direkt relaterad till kapacitansen, och kondensatorernas funktion beror på deras designfunktioner, använder olika typer av lagringsenheter.

1. Enligt plattformens form: platt, cylindrisk, sfärisk etc.
2. Genom att ändra kapacitet: Konstanter (kapacitet förändras inte), variabler (byter fysiska egenskaper, byter kapacitans), trim. Byte av kapacitet kan utföras genom att ändra temperatur, mekanisk eller elektrisk spänning. Trimmerkondensatorernas elektriska kapacitet varierar med plåtområdet.
3. Av typen dielektrisk: gas, vätska, med en fast dielektrisk.
4. Genom typen av dielektrisk: glas, papper, glimmer, metall, keramik, tunnfilm från filmer med olika sammansättningar.

Beroende på typ av framstående och andrakondensatorer. Energin hos en laddad kondensator beror på de dielektriska egenskaperna. Huvudmängden kallas dielektrisk permittivitet. Den elektriska kapaciteten är direkt proportionell mot den.

Platt kondensator

Tänk på den enklaste enheten för att samla elladdning - en platt kondensator. Detta är ett fysiskt system av två parallella plattor, mellan vilka det finns ett dielektriskt lager.

Formen på plattorna kan vara rektangulär, ochrunda. Om det finns behov av att erhålla en variabel kapacitans, tas plåtar i form av halvskivor. Att vrida en vändning relativt den andra leder till en förändring av plåtarna.

Vi antar att arean på en platta är lika medS, antas avståndet mellan plattorna lika med d, fyllmedlets permittivitet är e. Den elektriska kapaciteten hos ett sådant system beror endast på kondensatorns geometri.

C = e₀S / d.

Energin hos en platt kondensator

Vi ser att kapacitorns kapacitet är direkt proportionell mot den totala ytan på en platta och är omvänt proportionell mot avståndet mellan dem. Proportionalitetskoefficienten är den elektriska konstanten e₀. Ökning av permittivitetdielektrisk ökar elkapaciteten. Att reducera plåtarna gör det möjligt att få tunningskondensatorer. Energin i det elektriska fältet hos en laddad kondensator beror på dess geometriska parametrar.

Vi använder beräkningsformeln: W = CU²/ 2.

Bestämning av energin hos en laddad kondensator med en plan form utförs enligt formeln:

W = εε₀S U²/ (2d).

Användning av kondensatorer

Kondensatorernas förmåga att smidigt samla upp elektrisk laddning och ge den upp tillräckligt snabbt inom olika teknikområden.

Anslutning med induktorer gör det möjligt att skapa oscillatoriska kretsar, strömfilter, återkopplingskretsar.

Flashbulbs, electroshock, i vilket förekommernästan omedelbar urladdning, använd kondensatorns förmåga att skapa en kraftfull strömpuls. Kondensatorn laddas från en likströmskälla. Kondensatorn själv verkar som ett element som tårar kretsen. Utsläpp i motsatt riktning sker nästan en gång genom en liten ohmisk motståndslampa. Vid elektriska stötar är detta element människokroppen.

Kondensor eller batteri

Förmågan att lagra ackumuleradeladdningen ger ett utmärkt tillfälle att använda det som ett lagringsmedium eller energilagring. I radiotekniken används denna fastighet i stor utsträckning.

För att byta batteri, tyvärr gör kondensatorn inte detI ett tillstånd, eftersom det har en singularitet av urladdning. Den energi som ackumuleras av den överstiger inte flera hundra joules. Batteriet kan spara en stor strömförsörjning under lång tid och praktiskt taget utan förlust.