Кондензатор. Енергија напуњеног кондензатора

Од почетка студирања електричне енергије, проблем његове акумулације и очувања решен је само 1745. године од стране Евалд Јурген вон Клеист и Петер ван Мусхенбруцк. Направљено у холандском Леиден уређају, дозвољено је да акумулира електричну енергију и по потреби га користи.

Леиден банка је прототип кондензатора. Његова употреба у физичким експериментима унапредила је проучавање струје далеко испред, омогућила је стварање прототипа електричне струје.

Шта је кондензатор

Сакупљање електричног набоја и електричне енергије је главна намјена кондензатора. Обично је систем два изолована проводника који се налазе што ближе једни другима. Простор између проводника попуњен је диелектриком. Зарачунавање акумулираних на проводницима се бира са различитим набојем. Особина која се разликује од привлачних пуњења доприноси већој акумулацији. Диелектрични има двоструку улогу: што је већа диелектрична константа, већи је електрични капацитет, пуњења не могу превладати баријеру и постати неутрална.

Електрични капацитет је главна физичка количина која карактерише способност кондензатора да акумулира пуњење. Проводници се називају плоче, електрично поље кондензатора центара између њих.

Енергија напуњеног кондензатора, очигледно, требало би да зависи од капацитета.

Електрични капацитет

Енергетски потенцијал омогућава коришћење кондензатора великог капацитета. Користе се енергија напуњеног кондензатора, ако је потребно, да примени краткотрајни струјни пулс.

Које су вредности електричног капацитета? Процес пуњења кондензатора почиње са повезивањем плоча са половима тренутног извора. Наплата акумулирана на једној плочи (чија вриједност је к) узима се као пуњач кондензатора. Електрично поље, концентрисано између плоча, има потенцијалну разлику У.

Електрични капацитет (Ц) зависи од количине струје концентрисане на једном проводнику и напона поља: Ц = к / У.

Ова вредност се мери у Φ (фарадс).

Капацитет целокупне Земље не иде у поређењу са капацитивношћу кондензатора, чија је вриједност приближно из бележнице. Акумулирани моћни напон се може користити у инжењерингу.

Међутим, не постоји могућност акумулације неограничене количине електричне енергије на плочама. Када се напон повећава до максималне вредности, може доћи до квара кондензатора. Плоче су неутрализоване, што може довести до оштећења уређаја. Енергија напуњеног кондензатора тако се у потпуности користи за загревање.

Енергетска вредност

Грејање кондензатора је последица трансформације енергије електричног поља у унутрашњу. Способност кондензатора да изврши рад за помицање пуњења указује на расположивост довољног снабдевања електричном енергијом. Да би се утврдило колико је енергија напуњеног кондензатора, размислимо о процесу његовог пражњења. Под дејством електричног поља напоном У, пуњење од к протиче из једне плоче у другу. По дефиницији, рад поља је једнак производу потенцијалне разлике за количину пуњења: А = кУ. Овај однос важи само за константну вредност напона, али у процесу пражњења на плочама кондензатора, постепено се смањује на нулу. Да би избегли непрецизности, узмимо просјечну вриједност У / 2.

Из формуле за електрични капацитет имамо: к = ЦУ.

Стога енергија напуњеног кондензатора може бити одређена формулом:

В = ЦУ 2/2.

Видимо да је његова величина већа, што је већи електрични капацитет и напон. Да одговоримо на питање о томе која је енергија напуњеног кондензатора, обратимо се њиховој варијанти.

Врсте кондензатора

Пошто је енергија електричног поља концентрисана унутар кондензатора директно повезана са њеном капацитивношћу, а рад кондензатора зависи од њихових дизајнерских карактеристика, користе се различити типови уређаја за складиштење.

1. Облик плоча: равна, цилиндрична, сферична, итд.
2. Промјеном капацитета: константа (капацитет се не мења), варијабле (промјена физичких особина, промјена капацитета), трим. Промена капацитета се може извршити промјеном температуре, механичког или електричног напона. Електрична капацитивност тримерних кондензатора варира са површином плоча.
3. По типу диелектрика: гас, течност, са чврстим диелектриком.
4. По типу диелектрика: стакло, папир, сљунак, метала, керамика, танкослојни филмови из различитих композиција.

У зависности од типа, постоје различити кондензатори. Енергија напуњеног кондензатора зависи од својстава диелектрике. Главна количина се зове диелектричност. Електрични капацитет је директно пропорционалан.

Флат кондензатор

Размислите о најједноставнијем уређају за сакупљање електричног набоја - равног кондензатора. Ово је физички систем две паралелне плоче, између којих постоји слој диелектрика.

Облик плоча може бити правоугаоне и округле. Ако је неопходно добити варијабилни капацитет, онда се плоче узимају у облику полудискуса. Окретање једног према другој према другом доводи до промене у области плоча.

Претпостављамо да је површина једне плоче С, размак између плоча је претпостављен једнак д, дозвољена је допуштеност пунила ε. Електрични капацитет оваквог система зависи само од геометрије кондензатора.

Ц = εε ₀ С / д.

Енергија равног кондензатора

Видимо да је капацитет кондензатора директно пропорционалан укупној површини једне плоче и обрнуто је пропорционалан раздаљини између њих. Коефицијент пропорционалности је електрична константа ε ₀ . Повећање диелектричне диелектрике повећава електрични капацитет. Смањење површине плоча омогућује добијање тунинг кондензатора. Енергија електричног поља напуњеног кондензатора зависи од његових геометријских параметара.

Користимо формулу за израчунавање: В = ЦУ 2/2.

Одређивање енергије напуњеног кондензатора плочног облика врши се према формули:

В = εε ₀ СУ ² / (2д).

Употреба кондензатора

Способност кондензатора да глатко сакупљају електрични набој и довољно брзо отклањају у различитим областима технологије.

Повезивањем помоћу индуктора омогућава креирање осцилационих кола, струјних филтера, повратних кругова.

Блицеви са блицевима, електрични шок, у којима се јавља скоро тренутачно пражњење, користе способност кондензатора да створи снажан тренутни пулс. Кондензатор се напаја из ДЦ напајања. Сам кондензатор делује као елемент који сруши коло. Пражњење у супротном смеру се дешава кроз малу охмицну лампу отпорности скоро тренутно. У електричном шоку, овај елемент је људско тело.

Кондензатор или батерија

Способност чувања акумулираног пуњења дуго времена даје изврсну прилику да се користи као спремиште информација или складиштење енергије. У радио-инжењерингу ова имовина се широко користи.

Замените батерију, нажалост, кондензатор није у могућности, јер има функцију за пражњење. Акумулирана енергија не прелази неколико стотина јула. Батерија може дуго времена уштедети велику снабдевање електричном енергијом и практично без губитка.