קונדנסר. האנרגיה של קבלים טעונים

מאז תחילת המחקר של החשמל כדי לפתורשאלת הצטברותה ושימורה הצליחה רק בשנת 1745 על ידי אוואלד יורגן פון קלייסט ופיטר ואן מושנברוק. נוצר במכשיר ההולנדי Leyden מותר לצבור אנרגיה חשמלית ולהשתמש בו בעת הצורך.

בנק ליידן הוא אב טיפוס של קונדנסר. השימוש בו בניסויים פיזיים קידם את המחקר של חשמל קדימה הרבה, אפשרה ליצור אב טיפוס של זרם חשמלי.

מה זה קבלים

איסוף מטען חשמלי וחשמל -המטרה העיקרית של הקבל. בדרך כלל מדובר במערכת של שני מוליכים מבודדים הממוקם קרוב ככל האפשר זה לזה. החלל בין המוליכים מתמלא בדיאלקטרי. המטען שנצבר על המוליכים נבחר עם מטען אחר. רכושם של חיובים שונים בניגוד לתרומה שלו גדל. לדיאלקטרי יש תפקיד כפול: ככל שהדיאלקטריה קבועה יותר, כך גדלה היכולת החשמלית, החיובים אינם יכולים להתגבר על המכשול ולהיות ניטרליים.

קיבולת החשמל היא הכמות הפיזית העיקרית המאפיינת את יכולתו של הקבל לצבור חיובים. מוליכים נקראים צלחות, השדה החשמלי של מרכזי הקבלים ביניהם.

האנרגיה של קבלים טעונים, ככל הנראה, צריכה להיות תלויה בקיבולת שלה.

כושר חשמלי

פוטנציאל האנרגיה מאפשר שימוש בקבלים גדולים (קיבול חשמלי גדול). האנרגיה של הקבל הטעון משמש, אם יש צורך, כדי להחיל דופק הנוכחי קצר.

מהם ערכי קיבולת החשמל? תהליך הטעינה של הקבל מתחיל בחיבור הצלחות לקוטבי המקור הנוכחי. הטעינה שנצברה על צלחת אחת (הערך שלה הוא q) נלקח כאחראי על הקבל. השדה החשמלי, מרוכז בין הצלחות, יש פוטנציאל הבדל U.

הקיבולת החשמלית (C) תלויה בכמות החשמל המרוכזת במוליך אחד, ומתח השדה: C = q / U.

ערך זה נמדד ב- Ф (фарадах).

הקיבול של כדור הארץ כולו אינו הולך בהשוואה לקיבול של קבל, שערכו הוא בערך מהמחשב. הטעינה החזקה המצטברת יכולה לשמש בהנדסה.

עם זאת, כדי לצבור כמות בלתי מוגבלתהחשמל על הצלחות אינו אפשרי. כאשר המתח עולה לערך המקסימלי, עלולה להתרחש התפלגות של הקבל. צלחות מנוטרלות, אשר יכול לגרום נזק למכשיר. האנרגיה של הקבל טעון במקרה זה לחלוטין הולך לחימום שלה.

ערך האנרגיה

החימום של הקבל נובעטרנספורמציה של האנרגיה של השדה החשמלי לתוך הפנימי. יכולתו של הקבל לבצע עבודה להעברת המטען מצביעה על זמינותו של מלאי מספיק של חשמל. כדי לקבוע עד כמה גדול האנרגיה של קבלים טעונים, הבה נבחן את תהליך השחרור שלה. תחת פעולה של שדה חשמלי על ידי מתח U, מטען של q זורם מצלחת אחת לאחרת. על פי ההגדרה, עבודת השדה שווה לתוצר של ההפרש הפוטנציאלי לפי גודל המטען: A = QU. קשר זה תקף רק עבור ערך קבוע של המתח, אך בתהליך של פריקה על לוחות הקבל, הוא הולך ופוחת לאפס. כדי למנוע אי דיוקים, ניקח את הערך הממוצע U / 2.

מהנוסחה של קיבולת החשמל, יש לנו: q = CU.

לפיכך, האנרגיה של קבלים טעונים יכולה להיקבע על ידי הנוסחה:

W = CU²/ 2.

אנו רואים כי הגודל שלו הוא גדול יותר, גבוה יותר את החשמל ואת המתח. כדי לענות על השאלה לגבי מה שווה האנרגיה של קבל טעון, תן לנו לפנות זנים שלהם.

סוגי קבלים

מאז האנרגיה של השדה החשמלי,מרוכזים בתוך הקבל, קשור ישירות הקיבול שלו, ואת הפעולה של קבלים תלוי בתכונות העיצוב שלהם, להשתמש בסוגים שונים של התקני אחסון.

1. על פי צורת הצלחות: שטוח, גלילי, כדורי וכו '.
2. על ידי שינוי היכולת: קבועים (קיבולת לא משתנה), משתנים (שינוי תכונות פיזיות, שינוי קיבול), לקצץ. שינוי היכולת יכול להתבצע על ידי שינוי הטמפרטורה, מתח מכני או חשמל. קיבולת החשמל של קבלים גוזם משתנה עם השטח של הצלחות.
3. לפי סוג של דיאלקטרי: גז, נוזלי, עם דיאלקטרי מוצק.
4. לפי סוג של דיאלקטרי: זכוכית, נייר, נציץ, מתכת, קרמיקה, סרט דק מסרטים של הרכב שונים.

בהתאם לסוג של מכובד אחריםקבלים. האנרגיה של קבלים טעונים תלויה בתכונות הדיאלקטרי. הכמות העיקרית נקראת permittivity דיאלקטרי. קיבולת החשמל הוא ישר ביחס אליו.

קבלים שטוחים

חשבו על המכשיר הפשוט ביותר לאיסוף מטען חשמלי - קבלים שטוחים. זוהי מערכת פיזית של שתי צלחות מקבילות, שביניהן שכבה דיאלקטארית.

צורת הצלחות יכולה להיות מלבנית, ועגולים. אם יש צורך להשיג קיבול משתנה, אז צלחות נלקחים בצורה של חצי דיסקים. הפיכת אחד מול השני יחסית מוביל לשינוי באזור של הצלחות.

אנו מניחים כי שטח של צלחת אחת שווהS, המרחק בין הצלחות הוא ההנחה שווה D, permittivity של המילוי הוא ε. היכולת החשמלית של מערכת כזו תלויה רק ​​בגיאומטריה של הקבל.

C = εε₀S / d.

האנרגיה של קבלים שטוחים

אנו רואים כי קיבולת של הקבל הוא ביחס ישר לכל השטח הכולל של צלחת אחת, והוא הפוך ביחס הפוך למרחק ביניהם. מקדם המידתיות הוא קבוע ε החשמל₀. הגדלת permittivityדיאלקטרי יגדיל את הקיבולת החשמלית. צמצום שטח הצלחות מאפשר לקבל קבלים כוונון. האנרגיה של השדה החשמלי של קבלים טעונים תלויה בפרמטרים הגיאומטריים שלה.

אנו משתמשים בנוסחת החישוב: W = CU²/ 2.

קביעת האנרגיה של קבלים טעונים של צורה מישורית מתבצעת על פי הנוסחה:

W = εε₀S U²(2 ד).

שימוש בקבלים

היכולת של קבלים בצורה חלקה לאסוף תשלום חשמלי ולתת אותו מהר מספיק בתחומים שונים של הטכנולוגיה.

חיבור עם משרנים מאפשר יצירת מעגלים תנודה, מסננים הנוכחי, מעגלים משוב.

Flashbbs, חשמל, שבו מתרחשתפריקה כמעט מיידית, להשתמש ביכולת של הקבל ליצור הדופק הנוכחי חזק. הקבל מחויב ממקור מתח DC. הקבלן עצמו פועל כאלמנט שדופק את המעגל. פריקה בכיוון ההפוך מתרחשת דרך מנורת התנגדות קטנה אומה כמעט מיד. בהלם חשמלי, אלמנט זה הוא גוף האדם.

קונדנסר או סוללה

היכולת לאחסן שנצברהחיוב מספק הזדמנות מצוינת להשתמש בו כאמצעי אחסון או אחסון אנרגיה. בהנדסת רדיו נכס זה נמצא בשימוש נרחב.

כדי להחליף את הסוללה, למרבה הצער, הקבל לאבמצב, שכן יש לו ייחוד של פריקה. האנרגיה שנצברה על ידה אינה עולה על כמה מאות ג'אול. הסוללה יכולה לחסוך אספקה ​​גדולה של חשמל במשך זמן רב כמעט ללא הפסד.