Sähköntutkimuksen alusta lähtien Ewald Jurgen von Kleist ja Pieter van Muschenbroek onnistuivat vasta vuonna 1745 ratkaisemaan sen kerääntymisen ja säilymisen ongelman. Leidenissä Hollannissa luotu laite mahdollisti sähköenergian keräämisen ja käytön tarvittaessa.
Leyden jar - kondensaattorin prototyyppi. Sen käyttö fysikaalisissa kokeissa edisti sähkön tutkimusta pitkälle, mahdollisti sähkövirran prototyypin luomisen.
Mikä on kondensaattori
Sähkövarauksen ja sähkön kerääminen on kondensaattorin päätarkoitus. Yleensä tämä on kahden eristetyn johtimen järjestelmä, jotka sijaitsevat mahdollisimman lähellä toisiaan. Johtimien välinen tila on täytetty dielektrillä. Johtimiin kertynyt varaus valitaan eri tavalla. Vastakkaisten varausten ominaisuus vetää puoleensa edistää sen suurempaa kertymistä. Dielektrillä on kaksinkertainen rooli: mitä suurempi dielektrisyysvakio, sitä suurempi sähkökapasiteetti, varaukset eivät voi ylittää estettä janeutraloi.
Sähkökapasiteetti on tärkein fyysinen suure, joka kuvaa kondensaattorin kykyä kerätä varausta. Johtoja kutsutaan levyiksi, kondensaattorin sähkökenttä on keskittynyt niiden väliin.
Varatun kondensaattorin energian pitäisi ilmeisesti riippua sen kapasiteetista.
Sähkökapasiteetti
Energiapotentiaali mahdollistaa (suuri sähkökapasiteetti) kondensaattoreiden käytön. Varautuneen kondensaattorin energiaa käytetään, kun on tarpeen käyttää lyhytvirtapulssia.
Mistä määristä sähkökapasiteetti riippuu? Kondensaattorin latausprosessi alkaa kytkemällä sen levyt virtalähteen napoihin. Kondensaattorin varaukseksi otetaan yhdelle levylle kertynyt varaus (jonka arvo on q). Levyjen väliin keskittyneellä sähkökentällä on potentiaaliero U.
Sähkökapasiteetti (C) riippuu yhteen johtimeen keskittyneen sähkön määrästä ja kenttäjännitteestä: C=q/U.
Tämä arvo mitataan F (faradeina).
Koko maapallon kapasiteetti ei ole verrattavissa kondensaattorin kapasiteettiin, jonka koko on suunnilleen kannettavan tietokoneen kokoinen. Kertynyttä tehokasta latausta voidaan käyttää ajoneuvoissa.
Ei kuitenkaan ole mahdollista kerätä rajattomasti sähköä lautasille. Kun jännite nousee maksimiarvoon, kondensaattori voi rikkoutua. levytneutraloitu, mikä voi vahingoittaa laitetta. Ladatun kondensaattorin energia kuluu kokonaan sen lämmittämiseen.
Energiaarvo
Kondensaattorin kuumeneminen johtuu sähkökentän energian muuttumisesta sisäiseksi. Kondensaattorin kyky tehdä työtä varauksen siirtämiseksi osoittaa, että sähköä on riittävästi. Jotta voit määrittää, kuinka suuri varautuneen kondensaattorin energia on, harkitse sen purkamisprosessia. Jännitteellä U olevan sähkökentän vaikutuksesta q:n varaus virtaa levyltä toiselle. Määritelmän mukaan kentän työ on yhtä suuri kuin potentiaalieron ja varauksen määrän tulo: A=qU. Tämä suhde on voimassa vain vakiojännitearvolle, mutta kondensaattorilevyjen purkautumisprosessissa se laskee vähitellen nollaan. Epätarkkuuksien välttämiseksi otamme sen keskiarvon U/2.
Sähkökapasiteettikaavasta meillä on: q=CU.
Tästä eteenpäin varatun kondensaattorin energia voidaan määrittää kaavalla:
W=CU2/2.
Näemme, että sen arvo on mitä suurempi, sitä suurempi on sähkökapasiteetti ja jännite. Vastataksesi kysymykseen, mikä on varatun kondensaattorin energia, katsotaanpa niiden lajikkeita.
Kondensaattorityypit
Koska kondensaattorin sisään keskittyneen sähkökentän energia liittyy suoraan sen kapasitanssiin ja kondensaattorien toiminta riippuu niiden suunnitteluominaisuuksista, käytetään erilaisia tallennuslaitteita.
- Levyjen muodon mukaan: litteä, sylinterimäinen, pallomainen jne.e.
- Kapasitanssia muuttamalla: vakio (kapasitanssi ei muutu), muuttuva (fysikaalisia ominaisuuksia muuttamalla muutamme kapasitanssia), viritys. Kapasitanssin muuttaminen voidaan suorittaa muuttamalla lämpötilaa, mekaanista tai sähköistä rasitusta. Trimmerin kondensaattorien kapasitanssi vaihtelee levyjen pinta-alan mukaan.
- Eristetyypin mukaan: kaasu, neste, kiinteä dielektrinen.
- Eristetyypin mukaan: lasi, paperi, kiille, metalli-paperi, keramiikka, ohutkalvot eri koostumuksilla.
Tyypistä riippuen erotetaan myös muita kondensaattoreita. Varautuneen kondensaattorin energia riippuu eristeen ominaisuuksista. Pääsuuretta kutsutaan dielektrisyysvakioksi. Sähköinen kapasiteetti on suoraan verrannollinen siihen.
Levykondensaattori
Harkitse yksinkertaisinta laitetta sähkövarauksen keräämiseen - litteää kondensaattoria. Tämä on fyysinen järjestelmä kahdesta yhdensuuntaisesta levystä, joiden välissä on dielektrinen kerros.
Lattojen muoto voi olla sekä suorakaiteen muotoinen että pyöreä. Jos on tarve saada vaihteleva kapasiteetti, on tapana ottaa levyt puolilevyjen muodossa. Yhden levyn pyöriminen suhteessa toiseen johtaa levyjen pinta-alan muutokseen.
Oletetaan, että yhden levyn pinta-ala on yhtä suuri kuin S, levyjen välinen etäisyys on d, täyteaineen dielektrisyysvakio on ε. Tällaisen järjestelmän kapasitanssi riippuu vain kondensaattorin geometriasta.
C=εε0S/d.
Litteän kondensaattorin energia
Näemme, että kondensaattorin kapasitanssi on suoraan verrannollinen yhden levyn kokonaispinta-alaan ja kääntäen verrannollinen niiden väliseen etäisyyteen. Suhteellisuuskerroin on sähköinen vakio ε0. Dielektrisen eristeen dielektrisyysvakion lisääminen lisää sähkökapasiteettia. Levyjen pinta-alan pienentäminen mahdollistaa virityskondensaattoreiden hankkimisen. Varautuneen kondensaattorin sähkökentän energia riippuu sen geometrisista parametreista.
Käytä laskentakaavaa: W=CU2/2.
Varatun litteän muotoisen kondensaattorin energian määritys suoritetaan kaavan mukaan:
W=εε0S U2/(2p).
Kondensaattorien käyttäminen
Kondensaattorien kykyä sulavasti kerätä sähkövaraus ja antaa se riittävän nopeasti pois käytetään tekniikan eri aloilla.
Kytkennän avulla voit luoda värähteleviä piirejä, virtasuodattimia ja takaisinkytkentäpiirejä.
Valokuvasalamat, tainnutusaseet, joissa tapahtuu lähes välitön purkaus, käyttävät kondensaattorin kykyä luoda voimakas virtapulssi. Kondensaattori ladataan tasavirtalähteestä. Itse kondensaattori toimii elementtinä, joka katkaisee piirin. Purkaus vastakkaiseen suuntaan tapahtuu pienen ohmisen resistanssin lampun kautta lähes välittömästi. Tainnutusaseessa tämä elementti on ihmiskeho.
Kondensaattori tai akku
Mahdollisuus säilyttää kertynyt varaus pitkään antaa upean mahdollisuuden käyttää sitä tiedon tai energiavarastona. Tätä ominaisuutta käytetään laajasti radiotekniikassa.
Vaihda akku, valitettavasti kondensaattori ei voi, koska sillä on ominaisuus, että se purkautuu. Kertynyt energia ei ylitä muutamaa sataa joulea. Akku voi varastoida suuren määrän sähköä pitkään ja lähes häviöttömästi.
