Uzlādēta kondensatora enerģija, kondensatoru izmantošana

Metāli ir lieliski elektrības vadītāji. Tie vada elektrību, jo tiem ir brīvi elektronu nesēji bez elektriskā lādiņa. Un, ja ar pastāvīga EML avota palīdzību tiek izveidota potenciāla starpība, piemēram, vara stieples galos, tad šādā vadā radīsies elektriskā strāva - elektroni nāks uz priekšu no EML negatīvā spailes. avots - tā pozitīvajam terminālam.

Gluži pretēji, dielektriķi nav elektriskās strāvas vadītāji, jo tajos nav brīvu elektriskā lādiņa nesēju. Pozitīvie un negatīvie lādiņnesēji dielektriķos ir savstarpēji saistīti un veido tā sauktos elektriskos dipolus, kas ārējā elektriskā laukā spēj tikai griezties, bet nespēj pārvietoties translācijas ceļā elektriskā lauka ietekmē.

Vairāk par šo: Atšķirības starp metāliem un dielektriķiem, un Kāpēc dielektriķi nevada elektrību

Ņemiet, piemēram, dielektriķa gabalu PVC caurules veidā (polivinilhlorīds ir dielektrisks).Nosedziet caurules ārējo virsmu ar pārtikas plēvi un vienkārši iesaiņojiet iekšpusē vairāk saburzītā folijā, lai tā visapkārt pieskaras caurules iekšējām sienām.

Ja mēs tagad ņemam EML avotu, teiksim akumulators no 24 voltiem un savienojiet to ar negatīvo polu ar iekšējo foliju un pozitīvo polu ar ārējo, tad abas folijas daļas saņems dažādu zīmju lādiņu no akumulatora un no ārpuses no iekšpuses vērsts elektriskais lauks. darbojas visā PVC caurules sienas tilpumā.

Tāpēc šajā elektriskajā laukā dielektriskās molekulas (PVC) griezīsies, orientēsies atbilstoši ārējam elektriskajam laukam — dielektriķis ir polarizēts tā, lai to veidojošās molekulas pagrieztu savas negatīvās puses uz āru - attiecīgi uz pozitīvo elektrodu (uz foliju, kas savienota ar akumulatoru plus), ar pozitīvām pusēm - uz iekšu, uz negatīvo elektrodu. Izņemsim akumulatoru.

Pozitīvais lādiņš paliek uz ārējās folijas, jo to joprojām notur PVC molekulu negatīvi lādētās malas, kas vērstas uz āru, un negatīvs lādiņš uz iekšējās, jo to notur dielektrisko molekulu pozitīvās puses, kas ir pagriezušās. uz iekšu. Viss notika pilnībā saskaņā ar elektrostatikas likumu.

Ja tagad folijas ārējo un iekšējo daļu aizver ar knaiblēm, tad aizvēršanas brīdī var pamanīt nelielu dzirksteli: pretējie lādiņi no plāksnēm pievelkas viens otru un rada strāvu caur vadu (knaibles) un dielektriķi. atgriežas sākotnējā neitrālā stāvoklī.

Var droši teikt, ka šajā ierīcē, kas sastāv no dielektriskās caurules un divām folijas plāksnēm, kad tai ir pievienots akumulators, uzkrājas Elektroenerģija.

Ierīces ar līdzīgu konfigurāciju sauc par dielektriķi, kas atrodas starp vadošām plāksnēm, kas izolētas viena no otras elektriskie kondensatori.

Tas ir interesanti:Kondensatori un baterijas - kāda ir atšķirība?

Vēsturiski pirmo kondensatora prototipu Leiden Bank 1745. gadā Leidenā izgudroja vācu fiziķis Ēvalds Jirgens fon Kleists un neatkarīgi holandiešu fiziķis Pīters van Mušenbriks.

Uzlādēta kondensatora enerģija ir atkarīga no sprieguma (potenciāla starpības starp plāksnēm), līdz kuram tas ir uzlādēts, jo mēs runājam par pretējo lādiņu potenciālo enerģiju uz plāksnēm, kas ir atdalītas viena no otras.

Tāpēc šī enerģija ir vienāda ar darbu, ko veiks šo lādiņu elektriskais lauks, kad tie piesaista viens otru (vai ko avots veica, kad tie tika atdalīti kondensatora uzlādes laikā). Elementārais darbs, pārvietojot lādiņa elementāru daļu no vienas plāksnes uz otru, ir vienāds ar:

Dažādas konfigurācijas kondensatori, uzlādējot ar vienādu lādiņa daudzumu, piedzīvos dažādas potenciālu atšķirības starp plāksnēm. Var arī teikt, ka dažādiem kondensatoriem dažādi spriegumi, kas pielikti plāksnēm, radīs kvantitatīvi atšķirīgu lādiņu.

Praksē tas nozīmē, ka katram kondensatoram ir noteikta konstanta vērtība, raksturlielums, kas raksturo konkrēto kondensatoru, kas saistīts ar tā konfigurāciju, plākšņu formu, dielektriķa dielektrisko konstanti utt. Šo parametru sauc elektriskā jauda C. Kondensatora q lādiņš ir saistīts ar potenciālu starpību starp tā plāksnēm U šādi:

Tāpēc uzlādētā kondensatora kopējās enerģijas izteiksmi, kad tā ir integrēta, var uzrakstīt šādi:

Mūsdienās kondensatorus izmanto dažādās zinātnes un tehnikas jomās: kā elektriskās enerģijas uzkrāšanas ierīces, kā filtrus viļņu izlīdzināšanai barošanas blokos, elektronisko ierīču RC ķēžu vadības laikā, reaktīvās jaudas kompensācijas ierīcēs, indukcijas iekārtās un radio ierīcēs kā daļu. oscilējošās ķēdes, jaudīgos impulsu ģeneratoros, elektromagnētiskajos akseleratoros, gaisa mitruma mērītājos utt.

Sīkāku informāciju skatiet šeit:Kāpēc elektriskajās ķēdēs tiek izmantoti kondensatori?