Kondenzator. Energija napunjenog kondenzatora

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

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

Što je kondenzator

Prikupljanje električnog naboja i električne energije glavna je svrha kondenzatora. Obično je sustav dvaju izoliranih vodiča smještenih 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 ima dvostruku ulogu: što je veća dielektrična konstanta, to je veća 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 kondenzatorskih centara između njih.

Energija nabijenog kondenzatora, očito, treba ovisiti o njezinom 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 koja se koncentrira na jedan vodič, a napon polja: C = q / U.

Ova se vrijednost mjeri u Φ (farads).

Kapacitet cijele Zemlje ne ide u usporedbi s kapacitetom kondenzatora, čija vrijednost je otprilike iz bilježnice. Akumulirani snažni naboj može se koristiti u inženjeringu.

Međutim, ne postoji mogućnost akumuliranja neograničene količine električne energije na ploče. Kada se napon podigne na maksimalnu vrijednost, može doći do kvara kondenzatora. Ploče se neutraliziraju, što može dovesti do oštećenja uređaja. Energija napunjenog kondenzatora tako se potpuno koristi za topljenje.

Energetska vrijednost

Grijanje kondenzatora je zbog transformacije energije električnog polja u unutarnju. Sposobnost kondenzatora da obavlja posao za pomicanje napunjenosti ukazuje na dostupnost dovoljne količine električne energije. Da bi se utvrdilo koliko je energija nabijenog kondenzatora, razmotrimo proces 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 za iznos naplate: A = qU. Ovaj odnos vrijedi samo za konstantnu vrijednost napona, ali u procesu pražnjenja na pločama kondenzatora postupno smanjuje na nulu. Da 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 = CU 2/2.

Vidimo da je njegova veličina veća, to je viši električni kapacitet i napon. Da bismo odgovorili na pitanje što je energija nabijenog kondenzatora, okrenimo 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. Oblik 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, mehaničkog ili električnog napona. Električni kapacitet kondenzatora trimer varira s površinom ploča.
3. Po tipu dielektričnog: plina, tekućina, čvrste dielektrične.
4. Po vrsti dielektričnog materijala: stakla, papira, tinja, metala, keramike, tankog filma iz filmova različitih sastava.

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

Stan kondenzator

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

Oblik ploča može biti pravokutni i okrugli. Ako je potrebno dobiti varijabilni kapacitet, tada se ploče izvode u obliku polukruga. Okretanje jednog okrenutog prema drugome dovodi do promjene u području ploča.

Pretpostavljamo da je područje jedne ploče S, udaljenost između ploča je jednaka d, permitivnost punila je ε. Električni kapacitet takvog sustava ovisi samo o geometriji kondenzatora.

C = ε0 S / d.

Energija ravnog kondenzatora

Vidimo da je kapacitet kondenzatora izravno proporcionalan ukupnoj površini jedne ploče i obrnuto je proporcionalan udaljenosti između njih. Koeficijent proporcionalnosti je električna konstanta ε0. Povećanje dielektrične permitivnosti dielektrične će povećati električni kapacitet. Smanjenje područja ploča omogućava dobivanje kondenzatora za ugađanje. Energija električnog polja napunjenog kondenzatora ovisi o njegovim geometrijskim parametrima.

Koristimo izračunsku formulu: W = CU 2/2.

Određivanje energije nabijenog kondenzatora ravnog oblika provodi se prema formuli:

W = SE ₀ SU ² / (2d).

Korištenje kondenzatora

Sposobnost kondenzatora da glatko skupljaju električni naboj i daju se dovoljno brzo u raznim područjima tehnologije.

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

Bljeskalice, električni šok, u kojem se gotovo trenutačno ispuštaju, koriste kondenzatorsku sposobnost stvaranja snažnog trenutnog impulsa. Kondenzator se puni iz izvora napajanja istosmjernog napajanja. Sam kondenzator djeluje kao element koji suzava krug. Ispuštanje u suprotnom smjeru događa se gotovo trenutačno kroz malu ohmsku lampu otpora. U električnom šoku, taj je element ljudsko tijelo.

Kondenzator ili baterija

Sposobnost skladištenja akumuliranog naboja dugo vremena daje izvrsnu priliku da ga upotrijebi kao pohranu podataka ili pohranu energije. U radio-inženjeringu ova se nekretnina uvelike koristi.

Zamijenite bateriju, nažalost, kondenzator ne može, jer ima značajku za ispuštanje. Energija koju ona akumulira ne prelazi nekoliko stotina džula. Baterija može uštedjeti veliku količinu električne energije dulje vrijeme i gotovo bez gubitka.