Kondensator. Energien av den ladede kondensatoren

Siden begynnelsen av studiet av elektrisitet for å løse spørsmålet om dens oppbygging og bevaring det var først i 1745 Ewald Jurgen von Kleist og Pieter van Musschenbroek. Dannet i nederlandsk Leiden innretning tillatt å akkumulere elektrisk energi og bruke det når det er nødvendig.

Leidnerflaske - en prototype kondensator. Bruken i fysiske eksperimenter fremmet studiet av elektrisitet er langt foran mulig å lage en prototype av en elektrisk strøm.

Hva er en kondensator

Samle den elektriske ladning og strøm - det viktigste formålet med kondensatoren. Typisk er et system av to isolerte ledere anordnet så nær som mulig til hverandre. Mellomrommet mellom lederne fylles med et dielektrisk. Akkumulert ladning på utvalgte ledere heteronymic. Eiendommen er motsatte ladninger tiltrekker fremmer større akkumulering. Den dielektriske er gitt en dobbeltrolle: jo høyere dielektrisitetskonstant, jo større den elektriske kapasitans Kostnadene kan ikke overvinne barrieren og nøytralisert.

Elektrisk kapasitet - den grunnleggende fysiske kvantum karakteriserer muligheten til å akkumulere en ladning på kondensatoren. Guider plater kalt elektrisk felt fokuserer kondensator mellom dem.

Energy ladet kondensator, det ser ut til å avhenge av sin kapasitet.

elektrisk kapasitet

Energipotensialet gjør det mulig å anvende (en stor elektrisk kapasitet) av kondensatoren. Energien av den ladede kondensator brukes for utøvelse av kort strømpuls hvis det er nødvendig.

På hvilke verdier er avhengig av elektrisk kapasitet? Prosessen begynner med ladekondensatoren som forbinder elektrodene til polene på en strømkilde. Hope seg opp på den ene plate ladning (hvor verdien av q) blir tatt som ladningen på kondensatoren. Det elektriske felt er sentrert mellom elektrodene har en spenningsforskjell U.

Elektrisk kapasitans (C) er avhengig av den mengde strøm som er konsentrert på den ene leder og den feltspenning: C = q / U.

Denne verdi måles i F (farad).

Kapasiteten av hele jorden kan ikke sammenlignes med kondensatorens kapasitans, hvis verdi er tilnærmet maskinen. Akkumulert kraftig ladning kan brukes i faget.

Men for å spare et ubegrenset antall av elektrisitet på platene er ikke mulig. Når spenningen øker til en maksimal verdi av kondensatoren nedbrytning kan forekomme. Platene er nøytralisert, noe som kan føre til skade på enheten. Energien til en ladet kondensator i dette tilfellet er helt i sin varme.

Mengden av energi

Oppvarming av kondensatoren er på grunn av omdannelsen av elektrisk feltenergi inn i det indre. Evnen til kondensatoren for å utføre arbeidet på bevegelsen av ladningen indikerer tilstedeværelsen av en tilstrekkelig tilførsel av elektrisitet. For å finne ut hvor stor energi av en ladet kondensator, vurdere prosessen med avspenning. Den elektriske feltspenning U q fyllingsmengde strømmer fra én plate til en annen. Per definisjon er et operasjonsfelt lik produktet av potensialforskjellen på tvers av fyllingsmengde: A = QU. Denne relasjonen er gyldig bare for et konstant spenningsnivå, men i fremgangsmåten for tømming av kondensatorplatene er en gradvis reduksjon i sin null. For å unngå avvik, tar vi hans gjennomsnittlig U / 2.

Elektrisk kapasitet fra formelen er: q = CU.

Dermed kan energien av en ladet kondensator bli bestemt i henhold til formelen:

W = CU ^2/2.

Vi ser at det er omfanget er større jo høyere elektrisk kapasitet og spenning. For å svare på spørsmålet om hva som er energien i et ladet kondensator, slå til sine arter.

typer kondensatorer

Ettersom energien av det elektriske felt er konsentrert i kondensatoren er direkte relatert til dets kapasitans og kondensatoren drift er avhengig av deres strukturelle karakteristika ved å bruke forskjellige typer stasjoner.

1. Formen av platene: flat, sylindrisk, sfærisk, etc ...
2. Fra endringen i kapasitans: konstant (kapasiteten ikke endres), variabler (som modifiserer de fysiske egenskaper, endre kapasitet), sakser. Kapasitetsendring kan utføres ved endring av temperatur, mekanisk eller elektrisk spenning. Elektrisk kapasitans av avstemningskondensatoren platene skifter endre området.
3. I henhold til den dielektriske typen: gass, væske, fast dielektrikum.
4. I henhold til den dielektriske middel: glass, papir, glimmer, med metall, keramikk, tynnfilmer av forskjellige sammensetninger.

Avhengig av hvilken type utmerkelse og andre kondensatorer. Energien av den ladede kondensator avhenger av de dielektriske egenskaper. Hovedmengden kalles permittiviteten. Elektrisk kapasitans er direkte proporsjonal med den.

platekondensator

La oss tenke oss en enkel enhet for å samle elektrisk ladning - en flat kondensator. Dette er et fysisk system som består av to parallelle plater mellom hvilke det dielektriske laget.

Form Platene kan være rektangulære og sirkulære. Hvis du trenger å motta en variabel kapasitet, er platen vanligvis belastet form av halv disker. Rotasjon av en elektrode i forhold til en annen fører til en endring i område av platene.

Vi antar at det område av en plate er S, er avstanden mellom platene ta lik d, permittivitet filler - ε. Elektrisk kapasiteten i systemet avhenger bare av geometrien av kondensatoren.

C = εε ₀ S / d.

Energien av den flate kondensatoren

Vi ser at kapasitansen er direkte proporsjonal med det totale areal av en plate og omvendt proporsjonal med avstanden mellom dem. Den proporsjonalitets-koeffisient - elektrisk konstant ε _0. Ved å øke dielektrisitetskonstanten av det dielektriske vil øke den elektriske kapasitans. Redusere arealet av platene gir en trimmer kondensatorer. Elektrisk feltenergi oppladet kondensator, avhenger av dens geometriske parametere.

Vi bruker en beregningsformel: W = CU ^2/2.

Bestemmelse energi ladet kondensator plan form utføres i henhold til formelen:

W = εε ₀ SU ² / (2d).

Bruken av kondensatorer

Evnen til kondensatorene gradvis samle elektrisk ladning raskt nok til å gi den brukes i ulike felt av teknologi.

Forbindelse med induktorer kan skape resonanskretser, filtre strømtilbakekoblingskretsen.

Lommelykter, stun, der det er praktisk talt momentant utslipp kapasitet kondensatoren blir brukt til å skape en sterk puls strøm. kondensatorlading finner sted fra den konstante strømkilde. I seg selv virker som en kondensator element, bryter kretsen. i den motsatte retning gjennom lampens utladnings er liten ohmsk motstand nesten umiddelbart. Elektrosjokk dette elementet er det menneskelige legeme.

Kondensator eller batteri

Muligheten for lang tid å holde den lagrede ladning gir en flott mulighet til å bruke den som et lagringsmedium eller energilagring. I radio, denne egenskapen mye brukt.

Sett på batteriet, er dessverre kondensatoren ikke er i stand til, fordi den har en funksjon i utslippet. Akkumulert sin energi ikke overstiger et par hundre joule. Batteriet kan lagre store leveranser av elektrisk kraft i lang tid, og med nesten ingen tap.