Ladatun kondensaattorin energia, kondensaattorien käyttö

Metallit ovat erinomaisia ​​sähkönjohtajia. Ne johtavat sähköä, koska niissä on vapaita elektronien kantajia, joilla ei ole sähkövarausta. Ja jos potentiaaliero luodaan esimerkiksi kuparilangan päihin jatkuvan EMF-lähteen avulla, tällaisessa johdossa syntyy sähkövirta - elektronit tulevat eteenpäin EMF:n negatiivisesta liittimestä lähde - sen positiiviseen napaan.

Päinvastoin, eristeet eivät ole sähkövirran johtimia, koska niissä ei ole vapaita sähkövarauksen kantajia. Dielektriikassa positiiviset ja negatiiviset varauksenkantajat ovat yhteydessä toisiinsa ja muodostavat niin sanottuja sähködipoleja, jotka ulkoisessa sähkökentässä voivat vain pyöriä, mutta eivät pysty liikkumaan translaationaalisesti sähkökentän vaikutuksesta.

Tästä lisää: Erot metallien ja eristeiden välillä, ja Miksi dielektrit eivät johda sähköä

Otetaan esimerkiksi pala eristettä PVC-putken muodossa (polyvinyylikloridi on eriste).Peitä putken ulkopinta kelmulla ja pakkaa yksinkertaisesti rypistyneempään folioon sisälle niin, että se koskettaa putken sisäseiniä ympäriinsä.

Jos otamme nyt esimerkiksi EMF-lähteen akku 24 voltin jännitteestä ja liitä se negatiivisella napalla sisäkalvoon ja positiivisella navalla ulompaan, niin kalvon molemmat osat saavat akusta erimerkkisen varauksen ja sisältä ulkoapäin suuntautuva sähkökenttä vaikuttaa koko PVC-putken seinämän tilavuuteen.

Siksi tässä sähkökentässä dielektriset molekyylit (PVC) kääntyvät, suuntautuvat ulkoisen sähkökentän mukaan - dielektri on polarisoitunut niin, että sen muodostavat molekyylit kääntävät negatiiviset puolensa ulospäin - vastaavasti positiiviselle elektrodille (akku plussaan liitettyyn kalvoon) ja positiiviset puolensa sisäänpäin negatiiviseen elektrodiin. Irrotetaan akku.

Positiivinen varaus jää ulompaan kalvoon, koska se pysyy edelleen PVC-molekyylien negatiivisesti varautuneiden sivujen ulkopuolella, ja negatiivinen varaus sisäpuolella, koska sitä pitävät eristemolekyylien positiiviset sivut, jotka ovat kääntyneet. sisäänpäin. Kaikki tapahtui täysin sähköstaattisen lain mukaisesti.

Jos nyt suljet kalvon ulko- ja sisäosat pihdeillä, voit sulkemishetkellä havaita pienen kipinän: levyjen vastakkaiset varaukset vetävät toisiaan puoleensa ja aiheuttavat virran langan (pihdit) ja dielektrisen läpi. palaa alkuperäiseen neutraalitilaansa.

On turvallista sanoa, että tässä dielektrisestä putkesta ja kahdesta foliolevystä koostuvassa laitteessa, kun siihen liitetään akku, kerääntyy Sähköenergia.

Laitteita, joilla on samanlainen kokoonpano, kutsutaan dielektriksi, joka on suljettu toisistaan ​​​​eristettyjen johtavien levyjen väliin sähköiset kondensaattorit.

Se on kiinnostavaa:Kondensaattorit ja akut - mitä eroa niillä on?

Historiallisesti ensimmäisen prototyyppikondensaattorin, Leiden Bankin, keksi vuonna 1745 Leidenissä saksalainen fyysikko Ewald Jürgen von Kleist ja itsenäisesti hollantilainen fyysikko Peter van Muschenbrück.

Varautuneen kondensaattorin energia riippuu jännitteestä (levyjen välinen potentiaaliero), johon se on ladattu, koska puhumme toisistaan ​​erotettujen levyjen vastakkaisten varausten potentiaalienergiasta.

Siksi tämä energia on yhtä suuri kuin työ, jonka näiden varausten sähkökenttä tekee, kun ne houkuttelevat toisiaan (tai jonka lähde teki, kun ne erotettiin kondensaattorin latauksen aikana). Varauksen alkeisosan siirtäminen levyltä toiselle on yhtä suuri kuin:

Eri kokoonpanoilla olevissa kondensaattoreissa, kun niitä ladataan samalla määrällä, levyjen välillä on erilaisia ​​potentiaalieroja. Voidaan myös sanoa, että eri kondensaattoreilla levyihin kohdistetut erilaiset jännitteet johtavat kvantitatiivisesti erilaiseen varaukseen.

Käytännössä tämä tarkoittaa, että jokaisella kondensaattorilla on tietty vakioarvo, ominaisuus, joka luonnehtii sitä tiettyä kondensaattoria, joka liittyy sen konfiguraatioon, levyjen muotoon, eristeen dielektrisyysvakioon jne. Tätä parametria kutsutaan sähköinen kapasiteetti C. Kondensaattorin q varaus liittyy sen levyjen U väliseen potentiaalieroon seuraavasti:

Siksi ladatun kondensaattorin kokonaisenergian lauseke, kun se on integroitu, voidaan kirjoittaa seuraavasti:

Nykyään kondensaattoreita käytetään useilla tieteen ja tekniikan aloilla: sähköenergian varastointilaitteina, suodattimina aaltojen tasoittamiseen virtalähteissä, elektronisten laitteiden RC-piireissä, loistehon kompensointilaitteissa, induktioasennuksissa ja radiolaitteissa osana värähtelevässä piirissä, voimakkaissa pulssigeneraattoreissa, sähkömagneettisissa kiihdyttimissä, ilmankosteusmittareissa jne.

Katso lisätietoja täältä:Miksi kondensaattoreita käytetään sähköpiireissä?