Od početka proučavanja elektriciteta, tek su 1745. godine Ewald Jurgen von Kleist i Pieter van Muschenbroek uspjeli riješiti problem njegove akumulacije i očuvanja. Napravljen u Leidenu u Holandiji, uređaj je omogućio akumulaciju električne energije i korištenje kada je to potrebno.
Leyden tegla - prototip kondenzatora. Njegova upotreba u fizičkim eksperimentima unaprijedila je proučavanje električne energije daleko naprijed, omogućila stvaranje prototipa električne struje.
Šta je kondenzator
Prikupljanje električnog naboja i električne energije glavna je svrha kondenzatora. Obično je to sistem od dva izolirana vodiča smještena što bliže jedan drugom. Prostor između provodnika je ispunjen dielektrikom. Naboj akumuliran na provodnicima se bira drugačije. Svojstvo suprotnih naboja da se privlače doprinosi njegovom većem akumulaciji. Dielektriku je dodijeljena dvostruka uloga: što je veća dielektrična konstanta, to je veći električni kapacitet, naboji ne mogu savladati barijeru ineutralizirati.
Električni kapacitet je glavna fizička veličina koja karakteriše sposobnost kondenzatora da akumulira naelektrisanje. Provodnici se nazivaju ploče, između njih je koncentrisano električno polje kondenzatora.
Energija napunjenog kondenzatora, očigledno, treba da zavisi od njegovog kapaciteta.
Električni kapacitet
Energetski potencijal omogućava upotrebu kondenzatora (velikog električnog kapaciteta). Energija napunjenog kondenzatora se koristi kada je potrebno primijeniti kratki strujni impuls.
O kojim količinama zavisi 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 koncentrisano između ploča ima razliku potencijala U.
Električni kapacitet (C) zavisi od količine električne energije koncentrisane na jednom provodniku i napona polja: C=q/U.
Ova vrijednost se mjeri u F (faradima).
Kapacitet cijele Zemlje nije uporediv sa kapacitetom kondenzatora, čija je veličina otprilike veličine notebook-a. Akumulirano snažno punjenje 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 napunjenog kondenzatora se u potpunosti troši na njegovo zagrijavanje.
Energetska vrijednost
Zagrijavanje kondenzatora je zbog transformacije energije električnog polja u unutrašnju. Sposobnost kondenzatora da izvrši rad za pomicanje naboja ukazuje na prisutnost dovoljne količine električne energije. Da biste odredili koliko je visoka energija napunjenog kondenzatora, razmotrite proces njegovog pražnjenja. Pod dejstvom električnog polja napona U, naelektrisanje od q teče s jedne ploče na drugu. Po definiciji, rad polja je jednak proizvodu razlike potencijala i količine naelektrisanja: A=qU. Ovaj omjer vrijedi samo za konstantnu vrijednost napona, ali se u procesu pražnjenja na pločama kondenzatora postepeno smanjuje na nulu. Da bismo izbjegli nepreciznosti, uzimamo njegovu prosječnu vrijednost U/2.
Iz formule električnog kapaciteta imamo: q=CU.
Odavde se energija napunjenog 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 napunjenog kondenzatora, okrenimo se njihovim varijantama.
Vrste kondenzatora
Pošto je energija električnog polja koncentrisanog unutar kondenzatora direktno povezana sa njegovim kapacitetom, a rad kondenzatora zavisi od njihovih konstrukcijskih karakteristika, koriste se različite vrste uređaja za skladištenje.
- Prema obliku ploča: ravne, cilindrične, sferične, itd.e.
- Promjenom kapacitivnosti: konstantna (kapacitivnost se ne mijenja), varijabilna (promjenom fizičkih svojstava mijenjamo kapacitivnost), podešavanje. Promjena kapacitivnosti može se izvršiti promjenom temperature, mehaničkog ili električnog naprezanja. Kapacitet trimer kondenzatora varira promjenom površine ploča.
- Po tipu dielektrika: gas, tečnost, čvrsti dielektrik.
- Po vrsti dielektrika: staklo, papir, liskun, metal-papir, keramika, tankoslojni filmovi različitih sastava.
U zavisnosti od tipa, razlikuju se i drugi kondenzatori. Energija nabijenog kondenzatora ovisi o svojstvima dielektrika. Glavna veličina se naziva dielektrična konstanta. Električni kapacitet je direktno proporcionalan tome.
pločasti kondenzator
Razmotrimo najjednostavniji uređaj za prikupljanje električnog naboja - ravni kondenzator. Ovo je fizički sistem od dvije paralelne ploče, između kojih se nalazi dielektrični sloj.
Oblik ploča može biti pravougaoni 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 sistema zavisi samo od geometrije kondenzatora.
C=εε0S/d.
Energija ravnog kondenzatora
Vidimo da je kapacitet kondenzatora direktno 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 omogućava vam da dobijete kondenzatore za podešavanje. Energija električnog polja napunjenog kondenzatora zavisi od njegovih geometrijskih parametara.
Koristite formulu za izračunavanje: W=CU2/2.
Određivanje energije napunjenog kondenzatora ravnog oblika vrši se prema formuli:
W=εε0S U2/(2d).
Upotreba kondenzatora
Sposobnost kondenzatora da nesmetano prikupe električni naboj i dovoljno brzo ga odaju koristi se u raznim oblastima tehnologije.
Veza sa induktorima omogućava kreiranje oscilatornih kola, strujnih filtera, povratnih kola.
Fotografski blicevi, puške za omamljivanje, kod kojih dolazi do skoro trenutnog pražnjenja, koriste sposobnost kondenzatora da stvore snažan strujni impuls. Kondenzator se puni iz izvora jednosmjerne struje. Sam kondenzator djeluje kao element koji prekida strujni krug. Pražnjenje u suprotnom smjeru se događa kroz lampu niskog omskog otpora gotovo trenutno. U pištolju za omamljivanje, ovaj element je ljudsko tijelo.
Kondenzator ili baterija
Mogućnost dugotrajnog zadržavanja akumuliranog punjenja daje odličnu priliku da ga koristite kao skladište informacija ili energije. Ovo svojstvo se široko koristi u radiotehnici.
Zameniti bateriju, nažalost, kondenzator nije u mogućnosti, jer ima posebnost da se isprazni. Akumulirana energija ne prelazi nekoliko stotina džula. Baterija može pohraniti veliku količinu električne energije na duže vrijeme i gotovo bez gubitka.
