Συμπυκνωτή. Η ενέργεια του φορτισμένου πυκνωτή

Από την αρχή της μελέτης της ηλεκτρικής ενέργειας για την επίλυση του ζητήματος της συσσώρευσης και της διατήρησης της ήταν μόνο το 1745 Ewald Jurgen von Kleist και Pieter van Musschenbroek. Συγκροτήθηκε στη συσκευή ολλανδική Leiden επιτρέπεται να συσσωρεύουν ηλεκτρική ενέργεια και το χρησιμοποιούν όταν χρειάζεται.

Leyden βάζο - ένα πρωτότυπο πυκνωτή. Η χρήση του σε φυσική πειράματα προωθείται η μελέτη της ηλεκτρικής ενέργειας είναι πολύ πιο μπροστά δυνατό να δημιουργήσει ένα πρωτότυπο ηλεκτρικό ρεύμα.

Τι είναι ένας πυκνωτής

Συλλέξτε το ηλεκτρικό φορτίο και ηλεκτρικής ενέργειας - ο κύριος σκοπός του πυκνωτή. Τυπικά, ένα σύστημα δύο μονωμένων αγωγών διατάσσονται όσο το δυνατόν πλησιέστερα το ένα στο άλλο. Ο χώρος μεταξύ των αγωγών είναι γεμάτο με ένα διηλεκτρικό. Συσσωρευμένες χρέωση σε επιλεγμένα αγωγούς heteronymic. Το ξενοδοχείο βρίσκεται απέναντι από τα τέλη προσελκύσει προωθεί τη μεγαλύτερη συσσώρευση του. Η διηλεκτρική δίνεται ένα διπλό ρόλο: όσο μεγαλύτερη είναι η διηλεκτρική σταθερά, τόσο μεγαλύτερη είναι η ηλεκτρική χωρητικότητα, οι δαπάνες δεν μπορούν να ξεπεράσουν το εμπόδιο και να εξουδετερωθεί.

Ηλεκτρικό ικανότητα - η βασική φυσική ποσότητα που χαρακτηρίζουν την ευκαιρία να συσσωρεύουν ένα φορτίο του πυκνωτή. πλάκες Οδηγοί ονομάζεται ηλεκτρικό πεδίο εστιάζει πυκνωτή μεταξύ αυτών.

Ενέργεια φορτισμένο πυκνωτή, φαίνεται να εξαρτάται από την ικανότητά της.

ηλεκτρική ισχύ

Ενεργειακού δυναμικού καθιστά δυνατή την εφαρμογή (μεγάλη ηλεκτρική χωρητικότητα) του πυκνωτή. Η ενέργεια του φορτισμένου πυκνωτή χρησιμοποιείται για την εφαρμογή σύντομο παλμό ρεύματος αν είναι απαραίτητο.

Σε ό, τι οι τιμές εξαρτώνται από την ηλεκτρική ισχύ; Η διαδικασία αρχίζει με τον πυκνωτή φόρτισης που συνδέει τα ηλεκτρόδια του προς τους πόλους μίας πηγής ρεύματος. Συσσώρευση με μία φόρτιση πλάκα (την αξία των οποίων q) λαμβάνεται ως το φορτίο στον πυκνωτή. Το ηλεκτρικό πεδίο είναι κεντραρισμένο μεταξύ των ηλεκτροδίων έχει μία διαφορά δυναμικού U.

Ηλεκτρική χωρητικότητα (C) εξαρτάται από την ποσότητα της ηλεκτρικής ενέργειας που συγκεντρώνεται σε ένα αγωγό και την τάση πεδίου: C = q / U.

Αυτή η τιμή μετράται σε F (farads).

Η χωρητικότητα του συνόλου της γης δεν μπορεί να συγκριθεί με τη χωρητικότητα του πυκνωτή, του οποίου η αξία είναι περίπου το σημειωματάριο. Συσσωρευμένες ισχυρό φορτίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην τέχνη.

Ωστόσο, για να σώσει έναν απεριόριστο αριθμό της ηλεκτρικής ενέργειας για τα πιάτα δεν είναι δυνατή. Όταν η τάση αυξάνει σε ενδέχεται να προκύψει μία μέγιστη τιμή της κατανομής πυκνωτή. Οι πλάκες εξουδετερώνεται, πράγμα που μπορεί να οδηγήσει σε βλάβη της συσκευής. Η ενέργεια ενός φορτισμένου πυκνωτή σε αυτή την περίπτωση είναι εξ ολοκλήρου σε θερμότητα του.

Η ποσότητα της ενέργειας

Θέρμανση του πυκνωτή οφείλεται σε μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας πεδίου μέσα στο εσωτερικό. Η ικανότητα του πυκνωτή να εκτελέσει τις εργασίες για την κίνηση του φορτίου υποδεικνύει την παρουσία ενός επαρκούς παροχής ηλεκτρικής ενέργειας. Για να προσδιοριστεί πόσο μεγάλη η ενέργεια ενός φορτισμένου πυκνωτή, να εξετάσει τη διαδικασία της ύφεσης. Η ηλεκτρική τάση πεδίο U ποσότητα φορτίο q ρέει από μία πλάκα στην άλλη. Εξ ορισμού, ένα πεδίο λειτουργίας είναι ίση με το γινόμενο της διαφοράς δυναμικού σε όλη την ποσότητα χρέωση: Α = Qu. Αυτή η σχέση ισχύει μόνο για μία σταθερή τιμή της τάσης, αλλά στη διαδικασία για την εκκένωση των πλακών του πυκνωτή είναι μια προοδευτική μείωση στη μηδενική του. Για να αποφευχθούν οι αποκλίσεις, παίρνουμε το μέσο όρο του σε U / 2.

Ηλεκτρικές ικανότητας από τον τύπο έχουν: q = CU.

Ως εκ τούτου, η ενέργεια ενός φορτισμένου πυκνωτή μπορεί να προσδιοριστεί σύμφωνα με τον τύπο:

W = CU ^2/2.

Βλέπουμε ότι το μέγεθος του είναι μεγαλύτερη όσο μεγαλύτερη είναι η ηλεκτρική χωρητικότητα και την τάση. Για να απαντήσει στο ερώτημα του τι είναι η ενέργεια ενός φορτισμένου πυκνωτή, γυρίστε με το είδος τους.

τύπους πυκνωτών

Επειδή η ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου συγκεντρώνεται στον πυκνωτή είναι άμεσα συνδεδεμένα με χωρητικότητα του και τη λειτουργία του πυκνωτή εξαρτάται από τα δομικά χαρακτηριστικά τους, χρησιμοποιούν διαφορετικούς τύπους των δίσκων.

1. Το σχήμα των πλακών: επίπεδη, κυλινδρικές, σφαιρικές, κλπ ...
2. Από την αλλαγή στην χωρητικότητα: σταθερή (η χωρητικότητα δεν έχει αλλάξει), οι μεταβλητές (τροποποιώντας τις φυσικές ιδιότητες, αλλάζοντας ικανότητα), Χορτοκοπτικά. μεταβολή της χωρητικότητας μπορεί να διεξαχθεί με την αλλαγή της θερμοκρασίας, μηχανική ή ηλεκτρική τάση. Ηλεκτρική χωρητικότητα των πλακών ρύθμισης πυκνωτή αλλάζει την περιοχή της αλλαγής.
3. Σύμφωνα με το διηλεκτρικό τύπου: αέριο, υγρό, στερεό διηλεκτρικό.
4. Σύμφωνα με το διηλεκτρικό μέσο: γυαλί, χαρτί, μίκα, επιμεταλλωμένα, κεραμικά, λεπτές μεμβράνες των διαφόρων συνθέσεων.

Ανάλογα με το είδος της διάκρισης και άλλων πυκνωτές. Η ενέργεια του φορτισμένου πυκνωτή εξαρτάται από τις διηλεκτρικές ιδιότητες. Η κύρια ποσότητα που ονομάζεται διηλεκτρική. Ηλεκτρικές χωρητικότητα είναι ευθέως ανάλογη προς αυτό.

πυκνωτή πλάκα

Ας θεωρήσουμε μια απλή συσκευή για τη συλλογή ηλεκτρικό φορτίο - μια επίπεδη συμπυκνωτή. Αυτό είναι ένα φυσικό σύστημα που αποτελείται από δύο παράλληλες πλάκες μεταξύ των οποίων το διηλεκτρικό στρώμα.

πλάκες σχηματίζουν μπορεί να είναι ορθογώνια, και κυκλική. Αν χρειαστεί να λάβει μεταβλητή χωρητικότητα, η πλάκα είναι συνήθως χρεώνεται με τη μορφή του μισού δίσκους. Η περιστροφή του ενός ηλεκτροδίου σε σχέση με ένα άλλο προκαλεί μια αλλαγή στην περιοχή των πλακών.

Υποθέτουμε ότι η περιοχή του ενός ελάσματος είναι S, η απόσταση μεταξύ των πλακών λαμβάνουν ίση d, διηλεκτρική πλήρωσης - ε. Ηλεκτρικό ικανότητα του συστήματος εξαρτάται μόνο από τη γεωμετρία του πυκνωτή.

C = εε ₀ S / d.

Η ενέργεια του επίπεδου πυκνωτή

Βλέπουμε ότι η χωρητικότητα είναι ευθέως ανάλογη προς τη συνολική έκταση του μία πλάκα και αντιστρόφως ανάλογη προς την απόσταση μεταξύ αυτών. Ο συντελεστής αναλογικότητας - ηλεκτρική σταθερά ε _0. Η αύξηση του διηλεκτρική σταθερά του διηλεκτρικού θα αυξήσει την ηλεκτρική χωρητικότητα. Η μείωση του χώρου των πλακών παρέχει ένα ψαλίδι πυκνωτές. Ηλεκτρικό πεδίο της ενέργειας φορτισμένο πυκνωτή εξαρτάται από γεωμετρικών παραμέτρων της.

Είμαστε χρησιμοποιώντας έναν τύπο υπολογισμού: W = CU ^2/2.

Προσδιορισμός ενέργειας φορτισμένο πυκνωτή επίπεδο σχήμα πραγματοποιείται σύμφωνα με τον τύπο:

W = εε ₀ SU ² / (2d).

Η χρήση των πυκνωτών

Η ικανότητα των πυκνωτών σταδιακά να συλλέγουν το ηλεκτρικό φορτίο αρκετά γρήγορα για να δώσει χρησιμοποιείται σε διάφορους τομείς της τεχνολογίας.

Η ένωση με πηνία μπορούν να δημιουργήσουν κυκλώματα συντονισμού, φιλτράρει το ρεύμα του κυκλώματος ανατροφοδότησης.

Φακοί, αναισθητοποίησης, στην οποία δεν υπάρχει πρακτικά στιγμιαία πυκνωτή χωρητικότητας εκφόρτισης χρησιμοποιείται για να δημιουργήσει ένα ισχυρό παλμό ρεύματος. φόρτιση του πυκνωτή γίνεται από την πηγή σταθερού ρεύματος. Ίδιο δρα ως ένα στοιχείο πυκνωτών, διακόπτει το κύκλωμα. κατά την αντίθετη διεύθυνση διαμέσου του λαμπτήρα η εκφόρτιση είναι μικρή ωμική αντίσταση σχεδόν αμέσως. Το ηλεκτροσόκ αυτό το στοιχείο είναι το ανθρώπινο σώμα.

Πυκνωτή ή μπαταρία

Η ικανότητα για μεγάλο χρονικό διάστημα για να κρατήσει το αποθηκευμένο φορτίο δίνει μια μεγάλη ευκαιρία για να το χρησιμοποιήσει ως μέσα αποθήκευσης ή την αποθήκευση ενέργειας. Στο ραδιόφωνο, αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται ευρέως.

Αντικαταστήστε την μπαταρία, δυστυχώς, ο πυκνωτής δεν είναι σε θέση να, επειδή έχει ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της απαλλαγής. Συσσωρευμένη ενέργεια τους δεν υπερβαίνει μερικές εκατοντάδες βατ. Η μπαταρία μπορεί να αποθηκεύσει μεγάλη ποσότητα ηλεκτρικής ισχύος για μεγάλο χρονικό διάστημα, και με σχεδόν καμία απώλεια.