Energija nabitega kondenzatorja, uporaba kondenzatorjev

Kovine so odlični prevodniki električnega toka. Prevajajo elektriko, ker imajo proste nosilce elektronov brez električnega naboja. In če se na koncih, na primer bakrene žice, ustvari potencialna razlika s pomočjo stalnega vira EMF, potem bo v takšni žici nastal električni tok - elektroni bodo prišli naprej iz negativnega terminala EMF. vir - na njegov pozitivni terminal.

Nasprotno, dielektriki niso prevodniki električnega toka, saj v njih ni prostih nosilcev električnega naboja. Pozitivni in negativni nosilci naboja v dielektrikih so medsebojno povezani in tvorijo tako imenovane električne dipole, ki se v zunanjem električnem polju lahko samo vrtijo, ne morejo pa se pod vplivom električnega polja premikati translacijsko.

Več o tem: Razlike med kovinami in dielektriki, in Zakaj dielektriki ne prevajajo elektrike

Vzemimo za primer kos dielektrika v obliki PVC cevi (polivinilklorid je dielektrik).Zunanjo površino tube prekrijte s folijo za živila, notri pa preprosto zapakirajte še bolj zmečkano folijo, da se dotika notranjih sten tube vsepovsod.

Če zdaj vzamemo vir EMF, recimo baterijo 24 voltov in jo povežemo z negativnim polom na notranjo folijo in pozitivnim polom na zunanjo, potem bosta oba dela folije prejela naboj različnih predznakov iz baterije in električno polje, usmerjeno od zunaj od znotraj delujejo v celotnem volumnu stene PVC cevi.

Zato se bodo v tem električnem polju dielektrične molekule (PVC) obračale, orientirale glede na zunanje električno polje — dielektrik je polariziran tako da njegove sestavne molekule obrnejo svoje negativne strani navzven - oz. na pozitivno elektrodo (na folijo, povezano s plusom baterije), s svojimi pozitivnimi stranmi - navznoter, na negativno elektrodo. Odstranimo baterijo.

Na zunanji foliji ostaja pozitivni naboj, saj ga še vedno držijo negativno nabite strani molekul PVC, obrnjene navzven, negativni naboj pa na notranji, saj ga držijo pozitivne strani molekul dielektrika, ki so se obrnile. navznoter. Vse se je zgodilo v popolnem skladu z zakonom elektrostatike.

Če zdaj zunanji in notranji del folije zaprete s kleščami, lahko v trenutku zapiranja opazite majhno iskrico: nasprotni naboji iz plošč se privlačijo in povzročijo tok skozi žico (klešče) in dielektrik vrne v prvotno nevtralno stanje.

Lahko rečemo, da se v tej napravi, sestavljeni iz dielektrične cevi in ​​dveh folijskih plošč, ko je nanjo priključena baterija, kopiči Električna energija.

Naprave s podobno konfiguracijo se imenujejo - dielektrik, zaprt med prevodnimi ploščami, izoliranimi druga od druge električni kondenzatorji.

Zanimivo je:Kondenzatorji in baterije - kakšna je razlika?

Zgodovinsko gledano sta prvi prototip kondenzatorja Leiden Bank leta 1745 v Leidnu izumila nemški fizik Ewald Jürgen von Kleist in neodvisno nizozemski fizik Peter van Muschenbrück.

Energija nabitega kondenzatorja je odvisna od napetosti (potencialne razlike med ploščama), do katere je nabit, saj govorimo o potencialni energiji nasprotnih nabojev na med seboj ločenih ploščah.

Zato je ta energija enaka delu, ki ga bo opravilo električno polje teh nabojev, ko se bodo medsebojno privlačili (ali ki ga je opravil vir, ko sta bila med polnjenjem kondenzatorja ločena). Elementarno delo premikanja elementarnega dela naboja z ene plošče na drugo je enako:

Kondenzatorji različnih konfiguracij, ko so napolnjeni z enako količino naboja, bodo imeli različne potencialne razlike med ploščami. Lahko tudi rečemo, da bodo za različne kondenzatorje različne napetosti, uporabljene na ploščah, povzročile kvantitativno različen naboj.

V praksi to pomeni, da ima vsak kondenzator določeno konstantno vrednost, značilnost, ki označuje ta kondenzator, povezano z njegovo konfiguracijo, obliko plošč, dielektrično konstanto dielektrika itd. Ta parameter se imenuje električna zmogljivost C. Naboj na kondenzatorju q je povezan s potencialno razliko med njegovima ploščama U na naslednji način:

Zato lahko izraz za skupno energijo nabitega kondenzatorja, ko je integriran, zapišemo takole:

Danes se kondenzatorji uporabljajo na različnih področjih znanosti in tehnologije: kot hranilniki električne energije, kot filtri za glajenje valov v napajalnikih, pri krmiljenju RC tokokrogov elektronskih naprav, v napravah za kompenzacijo jalove moči, v indukcijskih napravah in kot del radijskih naprav. nihajnega kroga, v močnih impulznih generatorjih, v elektromagnetnih pospeševalnikih, v merilnikih zračne vlage itd.

Za več podrobnosti glejte tukaj:Zakaj se kondenzatorji uporabljajo v električnih tokokrogih?