Od početka proučavanja elektriciteta, tek su 1745. godine Ewald Jurgen von Kleist i Pieter van Muschenbroek uspjeli riješiti problem njegove akumulacije i očuvanja. Stvoren u Leidenu u Nizozemskoj, uređaj je omogućio akumulaciju električne energije i korištenje kada je to potrebno.
Leyden staklenka - prototip kondenzatora. Njegova upotreba u fizičkim eksperimentima unaprijedila je proučavanje električne energije daleko naprijed, omogućila stvaranje prototipa električne struje.
Što je kondenzator
Prikupljanje električnog naboja i struje glavna je svrha kondenzatora. Obično je to sustav od dva izolirana vodiča smještena što bliže jedan drugom. Prostor između vodiča ispunjen je dielektrikom. Naboj nakupljen na vodičima bira se drugačije. Svojstvo suprotnih naboja da se privlače doprinosi njegovom većem nagomilavanju. Dielektriku je dodijeljena dvostruka uloga: što je veća dielektrična konstanta, to je veći električni kapacitet, naboji ne mogu prevladati barijeru ineutralizirati.
Električni kapacitet je glavna fizička veličina koja karakterizira sposobnost kondenzatora da akumulira naboj. Vodiči se nazivaju ploče, između njih je koncentrirano električno polje kondenzatora.
Energija nabijenog kondenzatora očito bi trebala ovisiti o njegovom kapacitetu.
Električni kapacitet
Energetski potencijal omogućuje korištenje kondenzatora (velikog električnog kapaciteta). Energija nabijenog kondenzatora koristi se kada je potrebno primijeniti kratki strujni impuls.
O kojim količinama ovisi električni kapacitet? Proces punjenja kondenzatora počinje spajanjem njegovih ploča na polove izvora struje. Naboj akumuliran na jednoj ploči (čija je vrijednost q) uzima se kao naboj kondenzatora. Električno polje koncentrirano između ploča ima razliku potencijala U.
Električni kapacitet (C) ovisi o količini električne energije koncentrirane na jednom vodiču i naponu polja: C=q/U.
Ova vrijednost se mjeri u F (faradima).
Kapacitet cijele Zemlje nije usporediv s kapacitetom kondenzatora, čija je veličina otprilike veličine prijenosnog računala. Akumulirani snažan naboj može se koristiti u vozilima.
Međutim, ne postoji način da se akumulira neograničena količina električne energije na pločama. Kada napon poraste do maksimalne vrijednosti, može doći do kvara kondenzatora. pločeneutralizirani, što može oštetiti uređaj. Energija nabijenog kondenzatora u potpunosti se troši na njegovo zagrijavanje.
Energetska vrijednost
Zagrijavanje kondenzatora je posljedica transformacije energije električnog polja u unutarnju. Sposobnost kondenzatora da izvrši rad za pomicanje naboja ukazuje na prisutnost dovoljne opskrbe električnom energijom. Da biste odredili koliko je visoka energija nabijenog kondenzatora, razmotrite proces njegovog pražnjenja. Pod djelovanjem električnog polja napona U, naboj od q teče s jedne ploče na drugu. Po definiciji, rad polja jednak je umnošku razlike potencijala i količine naboja: A=qU. Ovaj omjer vrijedi samo za konstantnu vrijednost napona, ali se u procesu pražnjenja na pločama kondenzatora postupno smanjuje na nulu. Kako bismo izbjegli netočnosti, uzimamo njegovu prosječnu vrijednost U/2.
Iz formule električnog kapaciteta imamo: q=CU.
Odavde se energija nabijenog kondenzatora može odrediti formulom:
W=CU2/2.
Vidimo da je njegova vrijednost veća, što je veći električni kapacitet i napon. Da bismo odgovorili na pitanje kolika je energija nabijenog kondenzatora, okrenimo se njihovim varijantama.
Vrste kondenzatora
Budući da je energija električnog polja koncentrirana unutar kondenzatora izravno povezana s njegovim kapacitetom, a rad kondenzatora ovisi o njihovim konstrukcijskim značajkama, koriste se različite vrste uređaja za pohranu podataka.
- Prema obliku ploča: ravni, cilindrični, sferni itd.e.
- Promjenom kapacitivnosti: konstantna (kapacitivnost se ne mijenja), promjenjiva (promjenom fizičkih svojstava mijenjamo kapacitivnost), ugađanje. Promjena kapacitivnosti može se provesti promjenom temperature, mehaničkog ili električnog naprezanja. Kapacitet trimer kondenzatora varira promjenom površine ploča.
- Prema vrsti dielektrika: plin, tekućina, čvrsti dielektrik.
- Prema vrsti dielektrika: staklo, papir, liskun, metal-papir, keramika, tankoslojni filmovi različitih sastava.
Ovisno o vrsti, razlikuju se i drugi kondenzatori. Energija nabijenog kondenzatora ovisi o svojstvima dielektrika. Glavna veličina naziva se dielektrična konstanta. Električni kapacitet je izravno proporcionalan tome.
pločasti kondenzator
Razmotrimo najjednostavniji uređaj za prikupljanje električnog naboja - ravni kondenzator. Ovo je fizički sustav od dvije paralelne ploče, između kojih se nalazi dielektrični sloj.
Oblik ploča može biti pravokutni i okrugli. Ako postoji potreba za dobivanjem promjenjivog kapaciteta, tada je uobičajeno uzeti ploče u obliku polu-diskova. Rotacija jedne ploče u odnosu na drugu dovodi do promjene površine ploča.
Pretpostavljamo da je površina jedne ploče jednaka S, udaljenost između ploča se uzima jednaka d, dielektrična konstanta punila je ε. Kapacitet takvog sustava ovisi samo o geometriji kondenzatora.
C=εε0S/d.
Energija ravnog kondenzatora
Vidimo da je kapacitet kondenzatora izravno proporcionalan ukupnoj površini jedne ploče i obrnuto proporcionalan udaljenosti između njih. Koeficijent proporcionalnosti je električna konstanta ε0. Povećanjem dielektrične konstante dielektrika povećat će se električni kapacitet. Smanjenje površine ploča omogućuje vam da dobijete kondenzatore za podešavanje. Energija električnog polja nabijenog kondenzatora ovisi o njegovim geometrijskim parametrima.
Koristite formulu za izračun: W=CU2/2.
Određivanje energije nabijenog kondenzatora ravnog oblika provodi se prema formuli:
W=εε0S U2/(2d).
Upotreba kondenzatora
Sposobnost kondenzatora da glatko skupe električni naboj i dovoljno brzo ga odaju koristi se u raznim područjima tehnologije.
Veza s induktorima omogućuje stvaranje oscilatornih krugova, strujnih filtara, povratnih krugova.
Fotografski bljeskovi, puške za omamljivanje, u kojima dolazi do gotovo trenutnog pražnjenja, koriste sposobnost kondenzatora za stvaranje snažnog strujnog impulsa. Kondenzator se puni iz izvora istosmjerne struje. Sam kondenzator djeluje kao element koji prekida strujni krug. Pražnjenje u suprotnom smjeru događa se kroz lampu niskog omskog otpora gotovo trenutno. U pištolju za omamljivanje, ovaj element je ljudsko tijelo.
Kondenzator ili baterija
Mogućnost dugotrajnog zadržavanja akumuliranog naboja daje prekrasnu priliku da ga koristite kao skladište informacija ili energije. Ovo svojstvo se široko koristi u radiotehnici.
Zamijenite bateriju, na žalost, kondenzator nije u mogućnosti, jer ima posebnost da se isprazni. Akumulirana energija ne prelazi nekoliko stotina džula. Baterija može pohraniti veliku količinu električne energije dugo vremena i gotovo bez gubitka.
