Që nga fillimi i studimit të energjisë elektrike, ishte vetëm në 1745 që Ewald Jurgen von Kleist dhe Pieter van Muschenbroek arritën të zgjidhnin problemin e akumulimit dhe ruajtjes së tij. E krijuar në Leiden, Hollandë, pajisja bëri të mundur akumulimin e energjisë elektrike dhe përdorimin e saj kur ishte e nevojshme.
Kavanoz Leyden - një prototip i një kondensatori. Përdorimi i tij në eksperimentet fizike e çoi shumë përpara studimin e energjisë elektrike, bëri të mundur krijimin e një prototipi të rrymës elektrike.
Çfarë është një kondensator
Për të mbledhur ngarkesën elektrike dhe energjinë elektrike është qëllimi kryesor i një kondensatori. Zakonisht ky është një sistem i dy përçuesve të izoluar të vendosur sa më afër njëri-tjetrit. Hapësira midis përçuesve është e mbushur me një dielektrik. Ngarkesa e grumbulluar në përcjellës zgjidhet ndryshe. Vetia e ngarkesave të kundërta për t'u tërhequr kontribuon në akumulimin e saj më të madh. Dielektrikut i caktohet një rol të dyfishtë: sa më e madhe të jetë konstanta dielektrike, aq më i madh është kapaciteti elektrik, ngarkesat nuk mund të kapërcejnë barrierën dheneutralizoj.
Kapaciteti elektrik është sasia kryesore fizike që karakterizon aftësinë e një kondensatori për të grumbulluar ngarkesë. Përçuesit quhen pllaka, fusha elektrike e kondensatorit është e përqendruar ndërmjet tyre.
Energjia e një kondensatori të ngarkuar, me sa duket, duhet të varet nga kapaciteti i tij.
Kapaciteti elektrik
Potenciali energjetik bën të mundur përdorimin e kondensatorëve (kapacitet të madh elektrik). Energjia e një kondensatori të ngarkuar përdoret kur është e nevojshme të aplikohet një impuls i shkurtër aktual.
Nga cilat sasi varet kapaciteti elektrik? Procesi i karikimit të një kondensatori fillon duke lidhur pllakat e tij me polet e një burimi aktual. Ngarkesa e grumbulluar në një pllakë (vlera e së cilës është q) merret si ngarkesa e kondensatorit. Fusha elektrike e përqendruar midis pllakave ka një ndryshim potencial U.
Kapaciteti elektrik (C) varet nga sasia e energjisë elektrike të përqendruar në një përcjellës dhe tensioni i fushës: C=q/U.
Kjo vlerë matet në F (farads).
Kapaciteti i të gjithë Tokës nuk është i krahasueshëm me kapacitetin e një kondensatori, madhësia e të cilit është sa madhësia e një fletoreje. Ngarkesa e fuqishme e akumuluar mund të përdoret në automjete.
Megjithatë, nuk ka asnjë mënyrë për të grumbulluar një sasi të pakufizuar energjie elektrike në pllaka. Kur tensioni rritet në vlerën maksimale, mund të ndodhë një prishje e kondensatorit. pjataneutralizohet, gjë që mund të dëmtojë pajisjen. Energjia e një kondensatori të ngarkuar harxhohet plotësisht për ngrohjen e tij.
Vlera e energjisë
Ngrohja e kondensatorit është për shkak të shndërrimit të energjisë së fushës elektrike në të brendshme. Aftësia e kondensatorit për të bërë punë për të lëvizur ngarkesën tregon praninë e një furnizimi të mjaftueshëm me energji elektrike. Për të përcaktuar se sa e lartë është energjia e një kondensatori të ngarkuar, merrni parasysh procesin e shkarkimit të tij. Nën veprimin e një fushe elektrike me tension U, një ngarkesë q rrjedh nga një pllakë në tjetrën. Sipas definicionit, puna e fushës është e barabartë me produktin e diferencës së potencialit dhe sasisë së ngarkesës: A=qU. Ky raport është i vlefshëm vetëm për një vlerë konstante të tensionit, por në procesin e shkarkimit në pllakat e kondensatorit, gradualisht zvogëlohet në zero. Për të shmangur pasaktësitë, marrim vlerën mesatare të tij U/2.
Nga formula e kapacitetit elektrik kemi: q=CU.
Nga këtu, energjia e një kondensatori të ngarkuar mund të përcaktohet me formulën:
W=CU2/2.
Ne shohim që vlera e tij është sa më e madhe, aq më e lartë është kapaciteti dhe tensioni elektrik. Për t'iu përgjigjur pyetjes se sa është energjia e një kondensatori të ngarkuar, le t'i drejtohemi varieteteve të tyre.
Llojet e kondensatorëve
Meqenëse energjia e fushës elektrike e përqendruar brenda kondensatorit lidhet drejtpërdrejt me kapacitetin e tij dhe funksionimi i kondensatorëve varet nga karakteristikat e tyre të projektimit, përdoren lloje të ndryshme pajisjesh ruajtëse.
- Sipas formës së pllakave: të sheshta, cilindrike, sferike etj.e.
- Duke ndryshuar kapacitetin: konstante (kapacitacioni nuk ndryshon), variabël (duke ndryshuar vetitë fizike, ndryshojmë kapacitetin), akordim. Ndryshimi i kapacitetit mund të kryhet duke ndryshuar temperaturën, stresin mekanik ose elektrik. Kapaciteti i kondensatorëve të prerësit ndryshon duke ndryshuar sipërfaqen e pllakave.
- Sipas llojit dielektrik: gaz, lëng, dielektrik i ngurtë.
- Sipas llojit të dielektrikut: xhami, letër, mikë, letër metalike, qeramikë, filma me shtresa të hollë të përbërjeve të ndryshme.
Në varësi të llojit dallohen edhe kondensatorët e tjerë. Energjia e një kondensatori të ngarkuar varet nga vetitë e dielektrikut. Madhësia kryesore quhet konstanta dielektrike. Kapaciteti elektrik është drejtpërdrejt proporcional me të.
kondensator pllake
Konsideroni pajisjen më të thjeshtë për mbledhjen e ngarkesës elektrike - një kondensator të sheshtë. Ky është një sistem fizik i dy pllakave paralele, midis të cilave ka një shtresë dielektrike.
Forma e pllakave mund të jetë drejtkëndore dhe e rrumbullakët. Nëse ka nevojë për të marrë një kapacitet të ndryshueshëm, atëherë është zakon të merren pllakat në formën e gjysmë-disqeve. Rrotullimi i një pllake në raport me një tjetër çon në një ndryshim në sipërfaqen e pllakave.
Supozojmë se sipërfaqja e një pllake është e barabartë me S, distanca midis pllakave merret e barabartë me d, konstanta dielektrike e mbushësit është ε. Kapaciteti i një sistemi të tillë varet vetëm nga gjeometria e kondensatorit.
C=εε0S/d.
Energjia e një kondensatori të sheshtë
Ne shohim që kapaciteti i kondensatorit është drejtpërdrejt proporcional me sipërfaqen totale të një pllake dhe në përpjesëtim të kundërt me distancën midis tyre. Koeficienti i proporcionalitetit është konstanta elektrike ε0. Rritja e konstantës dielektrike të dielektrikut do të rrisë kapacitetin elektrik. Zvogëlimi i sipërfaqes së pllakave ju lejon të merrni kondensatorë akordues. Energjia e fushës elektrike të një kondensatori të ngarkuar varet nga parametrat e tij gjeometrikë.
Përdor formulën e llogaritjes: W=CU2/2.
Përcaktimi i energjisë së një kondensatori të ngarkuar në formë të sheshtë kryhet sipas formulës:
W=εε0S U2/(2d).
Përdorimi i kondensatorëve
Aftësia e kondensatorëve për të mbledhur pa probleme një ngarkesë elektrike dhe për ta larguar atë mjaft shpejt përdoret në fusha të ndryshme të teknologjisë.
Lidhja me induktorët ju lejon të krijoni qarqe lëkundëse, filtra të rrymës, qarqe reagimi.
Fliczimet e fotografive, armët trullosëse, në të cilat ndodh një shkarkim pothuajse i menjëhershëm, përdorin aftësinë e një kondensatori për të krijuar një puls të fuqishëm të rrymës. Kondensatori ngarkohet nga një burim i rrymës direkte. Vetë kondensatori vepron si një element që prish qarkun. Shkarkimi në drejtim të kundërt ndodh përmes një llambë me rezistencë të ulët omike pothuajse menjëherë. Në një armë trullosëse, ky element është trupi i njeriut.
kondensator ose bateri
Aftësia për të mbajtur ngarkesën e akumuluar për një kohë të gjatë jep një mundësi të mrekullueshme për ta përdorur atë si një ruajtje informacioni ose ruajtje energjie. Kjo veti përdoret gjerësisht në inxhinierinë radio.
Zëvendësoni baterinë, për fat të keq, kondensatori nuk është në gjendje, sepse ka veçantinë e shkarkimit. Energjia e grumbulluar nuk i kalon disa qindra xhaul. Bateria mund të ruajë një sasi të madhe energjie elektrike për një kohë të gjatë dhe pothuajse pa humbje.
