Od začetka preučevanja elektrike sta šele leta 1745 Ewald Jurgen von Kleist in Pieter van Muschenbroek uspela rešiti problem njene akumulacije in ohranjanja. Naprava, ki je bila ustvarjena v Leidnu na Nizozemskem, je omogočila akumulacijo električne energije in jo po potrebi uporabljala.
Leyden jar - prototip kondenzatorja. Njegova uporaba v fizikalnih poskusih je napredovala pri študiju elektrike daleč naprej, omogočila je ustvarjanje prototipa električnega toka.
Kaj je kondenzator
Zbiranje električnega naboja in električne energije je glavni namen kondenzatorja. Običajno je to sistem dveh izoliranih prevodnikov, ki se nahajata čim bližje drug drugemu. Prostor med prevodniki je napolnjen z dielektrikom. Naboj, ki se nabira na vodnikih, je izbran drugače. Lastnost nasprotnih nabojev, da se privlačijo, prispeva k njegovemu večjemu kopičenju. Dielektriku je dodeljena dvojna vloga: večja kot je dielektrična konstanta, večja je električna zmogljivost, naboji ne morejo premagati pregrade innevtralizirati.
Električna zmogljivost je glavna fizična količina, ki označuje sposobnost kondenzatorja, da akumulira naboj. Prevodniki se imenujejo plošče, med njimi je koncentrirano električno polje kondenzatorja.
Energija napolnjenega kondenzatorja bi morala biti očitno odvisna od njegove zmogljivosti.
Električna zmogljivost
Energijski potencial omogoča uporabo (velike električne kapacitete) kondenzatorjev. Energija napolnjenega kondenzatorja se uporablja, ko je treba uporabiti kratek tokovni impulz.
Od katerih količin je odvisna električna zmogljivost? Postopek polnjenja kondenzatorja se začne s priključitvijo njegovih plošč na poli tokovnega vira. Naboj, nakopičen na eni plošči (katere vrednost je q), se vzame kot naboj kondenzatorja. Električno polje, skoncentrirano med ploščami, ima potencialno razliko U.
Električna zmogljivost (C) je odvisna od količine električne energije, koncentrirane na en vodnik, in napetosti polja: C=q/U.
Ta vrednost se meri v F (faradi).
Zmogljivost celotne Zemlje ni primerljiva z zmogljivostjo kondenzatorja, katerega velikost je približno velikosti prenosnika. Nakopičen močan naboj lahko uporabite v vozilih.
Vendar na ploščah ni mogoče nabrati neomejene količine električne energije. Ko napetost naraste na največjo vrednost, lahko pride do okvare kondenzatorja. ploščenevtralizirano, kar lahko poškoduje napravo. Energija napolnjenega kondenzatorja se v celoti porabi za ogrevanje.
Energijska vrednost
Segrevanje kondenzatorja je posledica pretvorbe energije električnega polja v notranjo. Sposobnost kondenzatorja, da opravi delo za premikanje naboja, kaže na prisotnost zadostne oskrbe z električno energijo. Če želite ugotoviti, kako visoka je energija napolnjenega kondenzatorja, upoštevajte postopek njegovega praznjenja. Pod delovanjem električnega polja napetosti U teče naboj q z ene plošče na drugo. Po definiciji je delo polja enako zmnožku potencialne razlike in količine naboja: A=qU. To razmerje velja samo za konstantno vrednost napetosti, vendar se v procesu praznjenja na kondenzatorskih ploščah postopoma zmanjša na nič. Da bi se izognili netočnostim, vzamemo njegovo povprečno vrednost U/2.
Iz formule električne zmogljivosti imamo: q=CU.
Od tu naprej lahko energijo napolnjenega kondenzatorja določimo s formulo:
W=CU2/2.
Vidimo, da je njegova vrednost večja, večja je električna zmogljivost in napetost. Za odgovor na vprašanje, kakšna je energija napolnjenega kondenzatorja, se obrnimo na njihove sorte.
Vrste kondenzatorjev
Ker je energija električnega polja, koncentrirana v kondenzatorju, neposredno povezana z njegovo kapacitivnostjo, delovanje kondenzatorjev pa je odvisno od njihovih konstrukcijskih značilnosti, se uporabljajo različne vrste naprav za shranjevanje.
- Glede na obliko plošč: ravne, valjaste, sferične itd.e.
- S spreminjanjem kapacitivnosti: konstantna (kapacitivnost se ne spreminja), spremenljiva (s spremembo fizikalnih lastnosti spremenimo kapacitivnost), uglaševanje. Spreminjanje kapacitivnosti se lahko izvede s spreminjanjem temperature, mehanske ali električne obremenitve. Kapacitivnost trimernih kondenzatorjev se spreminja s spreminjanjem površine plošč.
- Po vrsti dielektrika: plin, tekočina, trdni dielektrik.
- Po vrsti dielektrika: steklo, papir, sljuda, kovinski papir, keramika, tankoslojni filmi različnih sestav.
Glede na vrsto se razlikujejo tudi drugi kondenzatorji. Energija napolnjenega kondenzatorja je odvisna od lastnosti dielektrika. Glavna količina se imenuje dielektrična konstanta. Električna zmogljivost je neposredno sorazmerna z njo.
ploščati kondenzator
Razmislite o najpreprostejši napravi za zbiranje električnega naboja - ploščatem kondenzatorju. To je fizični sistem dveh vzporednih plošč, med katerima je dielektrična plast.
Oblika plošč je lahko pravokotna in okrogla. Če je treba pridobiti spremenljivo zmogljivost, je običajno, da se plošče vzamejo v obliki polovičnih diskov. Vrtenje ene plošče glede na drugo vodi do spremembe površine plošč.
Predpostavljamo, da je površina ene plošče enaka S, razdalja med ploščama je enaka d, dielektrična konstanta polnila je ε. Kapacitivnost takega sistema je odvisna samo od geometrije kondenzatorja.
C=εε0S/d.
Energija ploščatega kondenzatorja
Vidimo, da je kapacitivnost kondenzatorja direktno sorazmerna s skupno površino ene plošče in obratno sorazmerna z razdaljo med njima. Koeficient sorazmernosti je električna konstanta ε0. Povečanje dielektrične konstante dielektrika bo povečalo električno kapaciteto. Zmanjšanje površine plošč vam omogoča, da dobite nastavitvene kondenzatorje. Energija električnega polja napolnjenega kondenzatorja je odvisna od njegovih geometrijskih parametrov.
Uporabite formulo za izračun: W=CU2/2.
Določanje energije napolnjenega ploščatega kondenzatorja se izvede po formuli:
W=εε0S U2/(2d).
Uporaba kondenzatorjev
Zmožnost kondenzatorjev, da gladko zbirajo električni naboj in ga dovolj hitro oddajajo, se uporablja na različnih področjih tehnologije.
Povezava z induktorji vam omogoča ustvarjanje nihajnih krogov, tokovnih filtrov, povratnih vezij.
Fotografske bliskavice, puške za omamljanje, pri katerih pride do skoraj takojšnjega praznjenja, uporabljajo sposobnost kondenzatorja za ustvarjanje močnega tokovnega impulza. Kondenzator se polni iz vira enosmernega toka. Sam kondenzator deluje kot element, ki prekine vezje. Razelektritev v nasprotni smeri se skoraj takoj pojavi skozi svetilko z nizko omsko upornostjo. V paralizatorju je ta element človeško telo.
Kondenzator ali baterija
Zmožnost dolgotrajnega ohranjanja nabranega naboja daje čudovito priložnost, da ga uporabite kot shrambo informacij ali energijo. Ta lastnost se pogosto uporablja v radijskem inženirstvu.
Zamenjajte baterijo, na žalost kondenzator ne more, ker ima posebnost, da je izpraznjen. Akumulirana energija ne presega nekaj sto joulov. Baterija lahko shrani veliko količino električne energije za dolgo časa in skoraj brez izgube.
