Sinds het begin van de studie van elektriciteit was het pas in 1745 dat Ewald Jurgen von Kleist en Pieter van Muschenbroek erin slaagden het probleem van de accumulatie en het behoud ervan op te lossen. Het apparaat, gemaakt in Leiden, Nederland, maakte het mogelijk om elektrische energie te accumuleren en te gebruiken wanneer dat nodig is.
Leyden jar - een prototype van een condensator. Het gebruik ervan in fysieke experimenten bracht de studie van elektriciteit ver vooruit, maakte het mogelijk om een prototype van elektrische stroom te creëren.
Wat is een condensator
Het verzamelen van elektrische lading en elektriciteit is het hoofddoel van een condensator. Meestal is dit een systeem van twee geïsoleerde geleiders die zo dicht mogelijk bij elkaar zijn geplaatst. De ruimte tussen de geleiders is gevuld met een diëlektricum. De op de geleiders geaccumuleerde lading wordt anders gekozen. De eigenschap van aan te trekken tegengestelde ladingen draagt bij aan de grotere accumulatie ervan. Het diëlektricum krijgt een dubbele rol: hoe groter de diëlektrische constante, hoe groter de elektrische capaciteit, de ladingen kunnen de barrière niet overwinnen enneutraliseren.
Elektrische capaciteit is de belangrijkste fysieke grootheid die het vermogen van een condensator om lading te accumuleren kenmerkt. De geleiders worden platen genoemd, het elektrische veld van de condensator is daartussen geconcentreerd.
De energie van een geladen condensator zou blijkbaar afhankelijk moeten zijn van zijn capaciteit.
Elektrische capaciteit
Energiepotentieel maakt het mogelijk om (grote elektrische capaciteit) condensatoren te gebruiken. De energie van een geladen condensator wordt gebruikt wanneer het nodig is om een korte stroompuls toe te passen.
Van welke hoeveelheden hangt het elektrisch vermogen af? Het proces van het opladen van een condensator begint met het verbinden van de platen met de polen van een stroombron. De lading die op één plaat is geaccumuleerd (waarvan de waarde q is) wordt genomen als de lading van de condensator. Het elektrische veld geconcentreerd tussen de platen heeft een potentiaalverschil U.
Elektrische capaciteit (C) hangt af van de hoeveelheid elektriciteit geconcentreerd op één geleider en de veldspanning: C=q/U.
Deze waarde wordt gemeten in F (farads).
De capaciteit van de hele aarde is niet vergelijkbaar met de capaciteit van een condensator, waarvan de grootte ongeveer zo groot is als een notebook. De verzamelde krachtige lading kan in voertuigen worden gebruikt.
Er is echter geen manier om een onbeperkte hoeveelheid elektriciteit op de platen te accumuleren. Wanneer de spanning stijgt tot de maximale waarde, kan een storing van de condensator optreden. platengeneutraliseerd, wat het apparaat kan beschadigen. De energie van een opgeladen condensator wordt volledig besteed aan het verwarmen ervan.
Energiewaarde
De verwarming van de condensator is te wijten aan de transformatie van de energie van het elektrische veld in intern. Het vermogen van de condensator om werk te doen om de lading te verplaatsen, duidt op de aanwezigheid van voldoende elektriciteit. Om te bepalen hoe hoog de energie van een geladen condensator is, moet u rekening houden met het ontlaadproces. Onder invloed van een elektrisch veld met spanning U stroomt een lading van q van de ene plaat naar de andere. Per definitie is de arbeid van het veld gelijk aan het product van het potentiaalverschil en de hoeveelheid lading: A=qU. Deze verhouding is alleen geldig voor een constante spanningswaarde, maar tijdens het ontladen op de condensatorplaten neemt deze geleidelijk af tot nul. Om onnauwkeurigheden te voorkomen, nemen we de gemiddelde waarde U/2.
Van de elektrische capaciteitsformule hebben we: q=CU.
Vanaf hier kan de energie van een geladen condensator worden bepaald met de formule:
W=CU2/2.
We zien dat de waarde groter is, hoe hoger de elektrische capaciteit en spanning. Om de vraag te beantwoorden wat de energie van een geladen condensator is, gaan we naar hun varianten.
Soorten condensatoren
Aangezien de energie van het elektrische veld geconcentreerd in de condensator direct gerelateerd is aan de capaciteit, en de werking van condensatoren afhangt van hun ontwerpkenmerken, worden verschillende soorten opslagapparaten gebruikt.
- Volgens de vorm van de platen: plat, cilindrisch, bolvormig, enz.e.
- Door de capaciteit te veranderen: constant (de capaciteit verandert niet), variabel (door de fysieke eigenschappen te veranderen, veranderen we de capaciteit), afstemming. Het wijzigen van de capaciteit kan worden uitgevoerd door de temperatuur, mechanische of elektrische belasting te wijzigen. De capaciteit van trimmercondensatoren varieert door het gebied van de platen te veranderen.
- Op diëlektrisch type: gas, vloeistof, vast diëlektricum.
- Op type diëlektricum: glas, papier, mica, metaalpapier, keramiek, dunnelaagfilms van verschillende samenstellingen.
Afhankelijk van het type worden ook andere condensatoren onderscheiden. De energie van een geladen condensator hangt af van de eigenschappen van het diëlektricum. De belangrijkste grootheid wordt de diëlektrische constante genoemd. De elektrische capaciteit is er recht evenredig mee.
Plaatcondensator
Overweeg het eenvoudigste apparaat voor het verzamelen van elektrische lading - een platte condensator. Dit is een fysiek systeem van twee parallelle platen, waartussen zich een diëlektrische laag bevindt.
De vorm van de platen kan zowel rechthoekig als rond zijn. Als het nodig is om een variabele capaciteit te verkrijgen, is het gebruikelijk om de platen in de vorm van halve schijven te nemen. De rotatie van de ene plaat ten opzichte van de andere leidt tot een verandering in het gebied van de platen.
We nemen aan dat de oppervlakte van één plaat gelijk is aan S, de afstand tussen de platen wordt gelijk gesteld aan d, de diëlektrische constante van de vulstof is ε. De capaciteit van een dergelijk systeem hangt alleen af van de geometrie van de condensator.
C=εε0S/d.
Energie van een platte condensator
We zien dat de capaciteit van de condensator recht evenredig is met de totale oppervlakte van één plaat en omgekeerd evenredig met de afstand ertussen. De evenredigheidscoëfficiënt is de elektrische constante ε0. Het verhogen van de diëlektrische constante van het diëlektricum zal de elektrische capaciteit vergroten. Door het oppervlak van de platen te verkleinen, kunt u afstemcondensatoren krijgen. De energie van het elektrische veld van een geladen condensator hangt af van de geometrische parameters.
Gebruik de berekeningsformule: W=CU2/2.
Bepaling van de energie van een geladen platte condensator wordt uitgevoerd volgens de formule:
W=εε0S U2/(2d).
Gebruik van condensatoren
Het vermogen van condensatoren om een elektrische lading soepel op te vangen en snel genoeg weg te geven, wordt in verschillende technologische gebieden gebruikt.
Verbinding met inductoren stelt u in staat oscillerende circuits, stroomfilters, feedbackcircuits te creëren.
Fotoflitsen, stunguns, waarbij een bijna onmiddellijke ontlading optreedt, gebruiken het vermogen van een condensator om een krachtige stroompuls te creëren. De condensator wordt opgeladen vanuit een gelijkstroombron. De condensator zelf fungeert als een element dat het circuit verbreekt. De ontlading in de tegenovergestelde richting vindt vrijwel onmiddellijk plaats door een lamp met een lage ohmse weerstand. In een stun gun is dit element het menselijk lichaam.
Condensator of batterij
De mogelijkheid om de opgebouwde lading lang vast te houden, geeft een geweldige kans om het te gebruiken als informatieopslag of energieopslag. Deze eigenschap wordt veel gebruikt in radiotechniek.
Vervang de batterij, helaas kan de condensator dat niet, omdat deze de bijzonderheid heeft dat hij wordt ontladen. De geaccumuleerde energie overschrijdt niet een paar honderd joule. De batterij kan een grote hoeveelheid elektriciteit langdurig en bijna zonder verlies opslaan.
