Laetud kondensaatori energia, kondensaatorite kasutamine
Metallid on suurepärased elektrijuhid. Nad juhivad elektrit, kuna neil on vabad elektronkandjad, millel puudub elektrilaeng. Ja kui konstantse EMF-i allika abil luuakse näiteks vasktraadi otstes potentsiaalide erinevus, siis tekib sellises juhtmes elektrivool - elektronid tulevad EMF-i negatiivsest klemmist edasi. allikas – selle positiivsele terminalile.
Vastupidi, dielektrikud ei ole elektrivoolu juhid, kuna neis pole vabu elektrilaengu kandjaid. Positiivsed ja negatiivsed laengukandjad dielektrikutes on omavahel seotud ja moodustavad nn elektridipoolid, mis välises elektriväljas saavad ainult pöörlema, kuid ei suuda elektrivälja mõjul translatsiooniliselt liikuda.
Sellest lähemalt: Erinevused metallide ja dielektrikute vahel, ja Miks dielektrikud ei juhi elektrit
Võtke näiteks dielektriku tükk PVC-toru kujul (polüvinüülkloriid on dielektrik).Katke toru välispind toidukilega ja lihtsalt paki seest rohkem kortsunud fooliumi sisse nii, et see puudutaks ümberringi toru siseseinu.
Kui me nüüd võtame EMF-i allika, ütleme aku 24 volti ja ühendage see negatiivse poolusega sisemise fooliumiga ja positiivse poolusega välimise külge, siis saavad kile mõlemad osad akult erineva märgiga laengu ja väljastpoolt seestpoolt suunatud elektriväli tegutseda kogu PVC toru seina mahus .
Seetõttu selles elektriväljas dielektrilised molekulid (PVC) pöörlevad, orienteeruvad vastavalt välisele elektriväljale — dielektrik on polariseeritud nii, et selle koostismolekulid pööravad oma negatiivsed küljed väljapoole - vastavalt positiivsele elektroodile (aku plussiga ühendatud fooliumile) ja positiivsed küljed - sissepoole, negatiivse elektroodi poole. Eemaldame aku.
Positiivne laeng jääb välimisele fooliumile, kuna seda hoiavad endiselt PVC-molekulide negatiivselt laetud pooled, mis on suunatud väljapoole, ja negatiivne laeng sisemisele, kuna seda hoiavad dielektriliste molekulide positiivsed küljed, mis on muutunud. sissepoole. Kõik toimus täielikult kooskõlas elektrostaatika seadusega.
Kui nüüd sulgeda fooliumi välimine ja sisemine osa tangidega, siis sulgemise hetkel on märgata väikest sädet: plaatidelt tulevad vastassuunalised laengud tõmbavad üksteist ja tekitavad voolu läbi juhtme (tangid) ja dielektriku. naaseb algsesse neutraalsesse olekusse.
Võib kindlalt öelda, et selles dielektrilisest torust ja kahest fooliumplaadist koosnevas seadmes tekib aku ühendamisel Elektrienergia.
Sarnase konfiguratsiooniga seadmeid nimetatakse dielektriks, mis on suletud üksteisest eraldatud juhtivate plaatide vahele elektrilised kondensaatorid.
See on huvitav:Kondensaatorid ja akud – mis vahe on?
Ajalooliselt leiutas esimese prototüüpkondensaatori Leiden Bank 1745. aastal Leidenis saksa füüsik Ewald Jürgen von Kleist ja iseseisvalt Hollandi füüsik Peter van Muschenbrück.
Laetud kondensaatori energia sõltub pingest (plaatide potentsiaalide erinevusest), millega see laetakse, kuna me räägime üksteisest eraldatud plaatide vastandlaengute potentsiaalsest energiast.
Seetõttu on see energia võrdne tööga, mida nende laengute elektriväli teeb, kui nad üksteist tõmbavad (või allikas, kui need kondensaatori laadimise ajal eraldati). Laengu elementaarosa ühelt plaadilt teisele teisaldamise elementaarne töö on võrdne:
Erineva konfiguratsiooniga kondensaatorid kogevad sama laenguga laadimisel plaatide vahel erinevaid potentsiaalide erinevusi. Võib ka öelda, et erinevate kondensaatorite puhul annab plaatidele rakendatav erinev pinge kvantitatiivselt erineva laengu.
Praktikas tähendab see, et igal kondensaatoril on teatud konstantne väärtus, omadus, mis iseloomustab seda konkreetset kondensaatorit, mis on seotud selle konfiguratsiooniga, plaatide kujuga, dielektriku dielektrilise konstandiga jne. Seda parameetrit nimetatakse elektriline võimsus C. Kondensaatori q laeng on seotud selle plaatide U vahelise potentsiaalide erinevusega järgmiselt:
Seetõttu saab integreeritud laetud kondensaatori koguenergia avaldise kirjutada järgmiselt:
Tänapäeval kasutatakse kondensaatoreid erinevates teaduse ja tehnika valdkondades: elektrienergia salvestusseadmetena, filtritena lainete silumiseks toiteallikates, elektroonikaseadmete RC-ahelate juhtimisel, reaktiivvõimsuse kompenseerimisseadmetes, induktsioonseadmetes ja raadioseadmetes osana. võnkeahelast, võimsates impulssgeneraatorites, elektromagnetilistes kiirendites, õhuniiskusmõõturites jne.
Lisateabe saamiseks vaadake siit:Miks kasutatakse elektriahelates kondensaatoreid?