Кандэнсатар. Энергія зараджанага кандэнсатара

З моманту пачатку вывучэння электрычнасці вырашыць пытанне аб яго назапашванні і захаванні атрымалася толькі ў 1745 годзе Эвальд Юргену фон Клейст і Піцеру ван Мушенбруку. Створанае ў галандскім Лейдене прылада дазваляла акумуляваць электрычную энергію і выкарыстоўваць яе пры неабходнасці.

Лейдэнскага банка - прататып кандэнсатара. Яе выкарыстанне ў фізічных досведах прасунула вывучэнне электрычнасці далёка наперад, дазволіла стварыць прататып электрычнага току.

Што такое кандэнсатар

Збіраць электрычны зарад і электраэнергію - асноўнае прызначэнне кандэнсатара. Звычайна гэта сістэма з двух ізаляваных правадыроў, размешчаных як мага бліжэй адзін да аднаго. Прастора паміж праваднікамі запаўняюць дыэлектрыкам. Назапашваецца на правадырах зарад выбіраюць рознаіменнымі. Ўласцівасць рознаіменных зарадаў прыцягвацца спрыяе большаму яго назапашвання. Дыэлектрыка адводзіцца дваістая роля: чым больш дыэлектрычная пранікальнасць, тым больш электраёмістасць, зарады не могуць пераадолець перашкоду і нейтралізавацца.

Электраёмістасць - асноўная фізічная велічыня, якая характарызуе магчымасць кандэнсатара назапашваць зарад. Праваднікі называюць абкладкамі, электрычнае поле кандэнсатара засяроджваецца паміж імі.

Энергія зараджанага кандэнсатара, па ўсёй бачнасці, павінна залежаць ад яго ёмістасці.

электраёмістасць

Энергетычны патэнцыял дае магчымасць прымяняць (вялікая электраёмістасць) кандэнсатары. Энергія зараджанага кандэнсатара выкарыстоўваецца пры неабходнасці прымяніць кароткачасовы імпульс току.

Ад якіх велічынь залежыць электраёмістасць? Працэс зарадкі кандэнсатара пачынаецца з падлучэння яго абкладак да канцавоссяў крыніцы току. Назапашваецца на адной абкладкі зарад (велічыня якога q) прымаецца за зарад кандэнсатара. Электрычнае поле, засяроджанае паміж абкладкамі, мае рознасць патэнцыялаў U.

Электраёмістасць (С) залежыць ад колькасці электрычнасці, засяроджанага на адным правадыру, і напружання поля: З = q / U.

Вымяраецца гэтая велічыня ў Ф (Фарада).

Ёмістасць ўсёй Зямлі не ідзе ў параўнанне з ёмістасцю кандэнсатара, велічыня якога прыкладна са сшытак. Назапашваецца магутны зарад можа быць выкарыстаны ў тэхніцы.

Аднак назапасіць неабмежаваная колькасць электрычнасці на абкладках няма магчымасці. Пры ўзрастанні напружання да максімальнага значэння можа адбыцца пробай кандэнсатара. Пласціны нейтралізуюцца, што можа прывесці да псуты прылады. Энергія зараджанага кандэнсатара пры гэтым цалкам ідзе на яго награванне.

велічыня энергіі

Награванне кандэнсатара адбываецца з-за ператварэння энергіі электрычнага поля ва ўнутраную. Здольнасць кандэнсатара здзяйсняць працу па перамяшчэнню зарада кажа аб наяўнасці дастатковага запасу электраэнергіі. Каб вызначыць, якая вялікая энергія зараджанага кандэнсатара, разгледзім працэс яго разрадкі. Пад дзеяннем электрычнага поля напругай U зарад велічынёй q перацякае з аднаго пласціны на іншую. Па вызначэнні, праца поля роўная твору рознасці патэнцыялаў на велічыню зараду: A = qU. Гэтыя суадносіны справядліва толькі для пастаяннага значэння напружання, але ў працэсе разрадкі на пласцінах кандэнсатара адбываецца паступовае яго памяншэнне да нуля. Каб пазбегнуць недакладнасцяў, возьмем яго сярэдняе значэнне U / 2.

З формулы электраёмістасці маем: q = CU.

Адсюль энергія зараджанага кандэнсатара можа быць вызначана па формуле:

W = CU ^2/2.

Бачым, што яе велічыня тым больш, чым вышэй электраёмістасць і напружанне. Каб адказаць на пытанне аб тым, чаму роўная энергія зараджанага кандэнсатара, звернемся да іх разнавіднасцям.

віды кандэнсатараў

Паколькі энергія электрычнага поля, засяроджанага ўнутры кандэнсатара, наўпрост звязана з яго ёмістасцю, а эксплуатацыя кандэнсатараў залежыць ад іх канструктыўных асаблівасцяў, выкарыстоўваюць розныя тыпы назапашвальнікаў.

1. Па форме абкладак: плоскія, цыліндрычныя, сферычныя і т. Д.
2. Па змене ёмістасці: сталыя (ёмістасць не мяняецца), зменныя (змяняючы фізічныя ўласцівасці, мяняем ёмістасць), падладкавыя. Змена ёмістасці можна праводзіць, змяняючы тэмпературу, механічнае або электрычнае напружанне. Электраёмістасць падладкавых кандэнсатараў змяняецца змяненнем плошчы абкладак.
3. Па тыпу дыэлектрыка: газавыя, вадкасныя, з цвёрдым дыэлектрык.
4. Па выглядзе дыэлектрыка: шкляныя, папяровыя, слюдяные, металлобумажные, керамічныя, тонкапластовай з плёнак рознага складу.

У залежнасці ад тыпу адрозніваюць і іншыя кандэнсатары. Энергія зараджанага кандэнсатара залежыць ад уласцівасцяў дыэлектрыка. Асноўны велічынёй называюць дыэлектрычную пранікальнасць. Электраёмістасць ёй прама прапарцыйная.

плоскі кандэнсатар

Разгледзім найпростае прылада для збірання электрычнага зарада - плоскі кандэнсатар. Гэта фізічная сістэма з двух паралельных пласцін, паміж якімі знаходзіцца пласт дыэлектрыка.

Форма пласцін можа быць і прамавугольнай, і круглай. Калі ёсць неабходнасць атрымліваць зменную ёмістасць, то пласціны прынята браць у выглядзе полудисков. Паварот адной абкладкі адносна іншага прыводзіць да змены плошчы пласцін.

Будзем лічыць, што плошча адной пласціны роўная S, адлегласць паміж пласцінамі прымем роўным d, дыэлектрычная пранікальнасць напаўняльніка - ε. Электраёмістасць такой сістэмы залежыць толькі ад геаметрыі кандэнсатара.

З = εε ₀ S / d.

Энергія плоскага кандэнсатара

Бачым, што ёмістасць кандэнсатара прама прапарцыйная поўнай плошчы адной пласціны і назад прапарцыйная адлегласці паміж імі. Каэфіцыент прапарцыйнасці - электрычная пастаянная ε _0. Павелічэнне дыэлектрычнай пранікальнасці дыэлектрыка дазволяць нарасціць электраёмістасць. Памяншэнне плошчы пласцін дазваляе атрымаць падладкавыя кандэнсатары. Энергія электрычнага поля зараджанага кандэнсатара залежыць ад яго геаметрычных параметраў.

Выкарыстоўваем формулу разліку: W = CU ^2/2.

Вызначэнне энергіі зараджанага кандэнсатара плоскай формы праводзяць па формуле:

W = εε ₀ SU ² / (2d).

выкарыстанне кандэнсатараў

Здольнасць кандэнсатараў плаўна збіраць электрычны зарад і досыць хутка яго аддаваць выкарыстоўваецца ў розных галінах тэхнікі.

Злучэнне з шпулькамі індуктыўнасці дазваляе ствараць вагальныя контуры, фільтры токаў, ланцугі зваротнай сувязі.

Фотавыбліску, электрошокеры, у якіх адбываецца практычна імгненны разрад, выкарыстоўваюць здольнасць кандэнсатара стварыць магутны імпульс току. Зарадка кандэнсатара адбываецца ад крыніцы пастаяннага току. Сам кандэнсатар выступае як элемент, спыняецца ланцуг. Разрад у зваротным кірунку адбываецца праз лямпу малога амічных супраціву практычна імгненна. У электрашокераў гэтым элементам служыць цела чалавека.

Кандэнсатар ці акумулятар

Здольнасць доўгі час захоўваць назапашаны зарад дае выдатную магчымасць выкарыстоўваць яго ў якасці назапашвальніка інфармацыі або сховішчы энергіі. У радыётэхніцы гэта ўласцівасць шырока выкарыстоўваецца.

Замяніць акумулятар, на жаль, кандэнсатар не ў стане, паколькі мае асаблівасць разраджацца. Назапашаная ім энергія не перавышае некалькіх сотняў джоулей. Акумулятар можа захоўваць вялікі запас электраэнергіі доўга і практычна без страт.