Kondensator. Energien af den ladede kondensator

Siden begyndelsen af studiet af elektricitet til at løse spørgsmålet om dens akkumulation og konservering det var først i 1745 Ewald Jurgen von Kleist og Pieter van Musschenbroek. Dannet i hollandske Leiden enhed lov til at akkumulere elektrisk energi og bruge den, når det er nødvendigt.

Leydnerflaske - en prototype kondensator. Dens anvendelse i fysiske eksperimenter fremmet studiet af elektricitet er langt foran muligt at skabe en prototype af en elektrisk strøm.

Hvad er en kondensator

Saml den elektriske ladning og strøm - hovedformålet med kondensatoren. Typisk et system af to isolerede ledere anbragt så tæt som muligt på hinanden. Mellemrummet mellem lederne er fyldt med et dielektrikum. Akkumuleret ladning på udvalgte ledere heteronymic. Ejendommen er modsatte ladninger tiltrække fremmer større ophobning. Det dielektriske gives en dobbeltrolle: jo højere dielektricitetskonstant, jo større den elektriske kapacitans, kan afgifter ikke overvinde barrieren og neutraliseret.

Elektrisk kapacitet - de grundlæggende fysiske størrelse, der karakteriserer mulighed for at akkumulere en ladning af kondensatoren. Guides plader kaldes elektriske felt fokuserer kondensator derimellem.

Energien af den opladede kondensator tilsyneladende skal afhænge af dens evne.

elektrisk kapacitet

potentiel energi gør det muligt at anvende (en stor elektrisk kapacitans) af kondensatoren. Energien af den ladede kondensator anvendes til at påføre kort strømimpuls om nødvendigt.

På hvilke værdier afhænger af elektrisk kapacitet? Processen begynder med ladningskondensator forbinder elektroderne til polerne på en strømkilde. Samle sig på én plade afgift (hvis værdi q) tages som ladningen på kondensatoren. Det elektriske felt er centreret mellem elektroderne har en spændingsforskel U.

Elektriske kapacitans (C) afhænger af mængden af elektricitet, der er koncentreret på en leder og feltspænding: C = k / U.

Denne værdi måles i F (farad).

Kapaciteten af hele jorden kan ikke sammenlignes med kapaciteten af kondensatoren, hvis værdi er omtrent den bærbare computer. Akkumuleret kraftfuld ladning kan bruges inden for faget.

Men for at gemme et ubegrænset antal elektricitet på pladerne er ikke mulig. Med stigende spænding op til den maksimale kan forekomme kondensator opdeling. Plader neutraliseres, hvilket kan føre til beskadigelse af indretningen. Energien af en opladet kondensator i dette tilfælde udelukkende i sin varme.

Mængden af energi

Opvarmning af kondensatoren skyldes omdannelse af elektrisk felt energi ind i det indre. Evnen af kondensatoren til at udføre arbejdet på bevægelse af ladningen indikerer tilstedeværelsen af en tilstrækkelig forsyning af elektricitet. For at bestemme hvor stor energien af en opladet kondensator, overveje processen med afspænding. Det elektriske felt spændingen U q ladningsmængde strømmer fra én plade til en anden. Per definition en operation felt er lig med produktet af den spændingsforskel over afgiften mængde: A = qU. Denne relation er kun gyldig for en konstant spænding værdi, men i processen til udledning kondensatorpladerne er et gradvist fald i sin nul. For at undgå uoverensstemmelser, tager vi hans gennemsnit til U / 2.

Elektrisk kapacitet fra formlen har: q = CU.

Derfor kan energien af en opladet kondensator bestemmes ifølge formlen:

W = CU ^2/2.

Vi ser, at dens størrelse er større jo højere den elektriske kapacitet og spænding. For at besvare spørgsmålet om, hvad er effekten af et opladet kondensator, henvende sig til deres art.

typer af kondensatorer

Fordi energi af det elektriske felt koncentreres i kondensatoren er direkte relateret til dens kapacitans og kondensator drift afhænger af deres strukturelle karakteristika, bruge forskellige typer af drev.

1. Formen af pladerne: flad, cylindrisk, sfærisk, osv ...
2. Fra ændringen i kapacitans: konstant (kapaciteten ændres ikke), variable (modificere de fysiske egenskaber, skiftende kapacitet), Trimmer. Kapacitansændringen kan udføres ved at ændre temperaturen, mekanisk eller elektrisk spænding. Elektriske kapacitans af tuning kondensatorpladerne ændrer ændringen område.
3. Ifølge den dielektriske typen: gas, væske, fast dielektrikum.
4. Ifølge den dielektriske middelværdi: glas, papir, glimmer, metalliseret, keramik, tyndfilm af forskellige præparater.

Afhængigt af hvilken type af skelnen og andre kondensatorer. Energien af den opladede kondensator afhænger af de dielektriske egenskaber. Den vigtigste mængde kaldet permittivitet. Elektrisk kapacitans er direkte proportional med det.

pladekondensator

Lad os betragte en simpel anordning til opsamling af elektrisk ladning - en flad kondensator. Dette er et fysisk system bestående af to parallelle plader mellem hvilke det dielektriske lag.

Form Pladerne kan være rektangulære, og cirkulær. Hvis du har brug for at modtage en variabel kapacitet, er pladen normalt afholdes i form af halve skiver. Rotation af en elektrode i forhold til et andet forårsager en ændring i område af pladerne.

Vi antager, at arealet af en plade er S, afstanden mellem pladerne tager lige d, permittivitet fyldstof - ε. Elektrisk kapacitet af systemet afhænger kun af geometrien af kondensator.

C. = εε ₀ S / d.

Energien af den flade kondensator

Vi ser, at kapacitansen er direkte proportional med det samlede areal af en plade og omvendt proportional med afstanden derimellem. Koefficienten af proportionalitet - elektrisk konstant ε _0. Forøgelse af dielektricitetskonstanten for det dielektriske vil øge den elektriske kapacitans. Reducere det område af pladerne giver en trimmer kondensatorer. Elektrisk felt energi opladet kondensator afhænger af dets geometriske parametre.

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

Bestemmelse energi opladet kondensator plane form udføres ifølge formlen:

W = εε ₀ SU ² / (2d).

Anvendelsen af kondensatorer

Evnen af kondensatorerne gradvist samle den elektriske ladning hurtigt nok til at give det bruges i forskellige områder af teknologien.

Forbindelse med induktionsspoler kan skabe resonanskredse, filtrerer den aktuelle tilbagekoblingskredsløb.

Lommelygter, stun, hvor der er praktisk taget øjeblikkelig afledningsevne kondensator anvendes til at skabe en stærk puls strøm. kondensatoropladning finder sted fra den konstante strøm kilde. Selv fungerer som en kondensator element, bryder kredsløbet. i den modsatte retning gennem lampen udledningen er lille ohmsk modstand næsten øjeblikkeligt. Den elektrochok dette element er den menneskelige krop.

Kondensator eller batteri

Muligheden for lang tid at holde den lagrede ladning giver en stor mulighed for at bruge det som et lagringsmedie eller energilagring. I radioen, er denne egenskab meget udbredt.

Udskift batteriet, desværre, kondensatoren er ikke i stand til at, fordi det har en funktion i udledning. Akkumuleret deres energi ikke overstiger et par hundrede joule. Batteriet kan lagre store udbud af elektrisk strøm i lang tid, og med næsten ingen tab.