Įkrauto kondensatoriaus energija, kondensatorių naudojimas
Metalai yra puikūs elektros laidininkai. Jie praleidžia elektrą, nes turi laisvus elektronų nešiklius be elektros krūvio. Ir jei, pavyzdžiui, varinės vielos galuose, naudojant nuolatinį EML šaltinį, sukuriamas potencialų skirtumas, tada tokiame laide atsiras elektros srovė - elektronai pateks į priekį iš neigiamo EML gnybto. šaltinis – į teigiamą jo gnybtą.
Priešingai, dielektrikai nėra elektros srovės laidininkai, nes juose nėra laisvų elektros krūvio nešėjų. Teigiami ir neigiami krūvininkai dielektrikuose yra tarpusavyje sujungti ir sudaro vadinamuosius elektrinius dipolius, kurie išoriniame elektriniame lauke gali tik suktis, bet negalintys judėti, veikiami elektrinio lauko.
Daugiau apie tai: Skirtumai tarp metalų ir dielektrikų, ir Kodėl dielektrikai nepraleidžia elektros
Paimkite, pavyzdžiui, dielektriko gabalėlį PVC vamzdžio pavidalu (polivinilchloridas yra dielektrikas).Uždenkite vamzdelio išorinį paviršių lipnia plėvele ir tiesiog supakuokite į labiau suglamžytą foliją viduje, kad ji liestų vidines vamzdelio sieneles.
Jei dabar paimtume EML šaltinį, tarkime baterija 24 voltų ir prijunkite jį su neigiamu poliumi prie vidinės folijos, o su teigiamu poliumi prie išorinės, tada abi folijos dalys gaus skirtingų ženklų krūvį iš akumuliatoriaus ir iš išorės nukreiptas elektrinis laukas iš vidaus. veikti visame PVC vamzdžio sienelės tūryje .
Todėl šiame elektriniame lauke dielektrinės molekulės (PVC) suksis, orientuosis pagal išorinį elektrinį lauką – dielektrikas yra poliarizuotas kad jį sudarančios molekulės pasuktų savo neigiamas puses į išorę - atitinkamai į teigiamą elektrodą (į foliją, prijungtą prie akumuliatoriaus pliuso), o teigiamas puses - į vidų, į neigiamą elektrodą. Išimkime bateriją.
Teigiamas krūvis lieka ant išorinės folijos, nes jį vis dar laiko neigiamai įkrautos PVC molekulių pusės, nukreiptos į išorę, o neigiamas krūvis vidinėje, nes jį laiko teigiamos dielektrikų molekulių pusės, kurios pasisuko. į vidų. Viskas vyko visiškai laikantis elektrostatikos dėsnio.
Jei dabar uždarysite išorinę ir vidinę folijos dalis replėmis, tada uždarymo momentu galite pastebėti mažą kibirkštį: priešingi krūviai iš plokščių pritraukia vienas kitą ir sukelia srovę per laidą (žnyples) ir dielektriką. grįžta į pradinę neutralią būseną.
Galima drąsiai teigti, kad šiame įrenginyje, susidedančiame iš dielektrinio vamzdelio ir dviejų folijos plokščių, prie jo prijungus akumuliatorių, kaupiasi Elektros energija.
Panašios konfigūracijos įrenginiai vadinami - dielektriku, uždarytu tarp viena nuo kitos izoliuotų laidžių plokščių elektriniai kondensatoriai.
Tai yra įdomu:Kondensatoriai ir baterijos – koks skirtumas?
Istoriškai pirmąjį kondensatoriaus prototipą „Leiden Bank“ 1745 m. Leidene išrado vokiečių fizikas Ewaldas Jürgenas von Kleistas ir nepriklausomai olandų fizikas Peteris van Muschenbrückas.
Įkrauto kondensatoriaus energija priklauso nuo įtampos (potencialų skirtumo tarp plokščių), į kurią jis įkraunamas, nes kalbame apie priešingų krūvių potencialią energiją plokštėse, atskirtose viena nuo kitos.
Todėl ši energija yra lygi darbui, kurį atliks šių krūvių elektrinis laukas, kai jie vienas kitą pritrauks (arba kurį atliko šaltinis, kai jie buvo atskirti kondensatoriaus įkrovimo metu). Elementariosios krūvio dalies perkėlimo iš vienos plokštės į kitą elementarus darbas yra lygus:
Skirtingos konfigūracijos kondensatoriai, įkraunami vienodu krūvio kiekiu, patirs skirtingus potencialų skirtumus tarp plokščių. Taip pat galima sakyti, kad skirtingiems kondensatoriams skirtingos plokštės įtampai sukels kiekybiškai skirtingą įkrovą.
Praktiškai tai reiškia, kad kiekvienas kondensatorius turi tam tikrą pastovią vertę, charakteristiką, kuri apibūdina tą konkretų kondensatorių, susijusią su jo konfigūracija, plokščių forma, dielektriko dielektrine konstanta ir kt. Šis parametras vadinamas elektros talpa C. Kondensatoriaus q įkrova yra susijusi su potencialų skirtumu tarp jo plokščių U taip:
Todėl visos įkrauto kondensatoriaus energijos išraiška, kai ji yra integruota, gali būti parašyta taip:
Šiandien kondensatoriai naudojami įvairiose mokslo ir technologijų srityse: kaip elektros energijos kaupimo įrenginiai, kaip filtrai bangoms išlyginti maitinimo šaltiniuose, valdant elektroninių prietaisų RC grandines, reaktyviosios galios kompensavimo įrenginiuose, indukciniuose įrenginiuose ir radijo įrenginiuose kaip dalis. svyruojančios grandinės, galinguose impulsų generatoriuose, elektromagnetiniuose greitintuvuose, oro drėgmės matuokliuose ir kt.
Daugiau informacijos rasite čia:Kodėl elektros grandinėse naudojami kondensatoriai?