Kopš elektrības izpētes sākuma tikai 1745. gadā Ēvaldam Jirgenam fon Kleistam un Pīteram van Mušenbrukam izdevās atrisināt tās uzkrāšanas un saglabāšanas problēmu. Leidenē, Holandē izveidotā ierīce ļāva uzkrāt elektrisko enerģiju un izmantot to, kad nepieciešams.
Leyden jar - kondensatora prototips. Tās izmantošana fizikālajos eksperimentos pavirzīja elektrības izpēti tālu uz priekšu, ļāva izveidot elektriskās strāvas prototipu.
Kas ir kondensators
Kondensatora galvenais mērķis ir savākt elektrisko lādiņu un elektrību. Parasti šī ir divu izolētu vadītāju sistēma, kas atrodas pēc iespējas tuvāk viens otram. Telpa starp vadītājiem ir piepildīta ar dielektriķi. Uz vadītājiem uzkrātais lādiņš tiek izvēlēts atšķirīgi. Piesaistīt pretējo lādiņu īpašība veicina tā lielāku uzkrāšanos. Dielektriķim tiek piešķirta divējāda loma: jo lielāka ir dielektriskā konstante, jo lielāka ir elektriskā jauda, lādiņi nevar pārvarēt barjeru unneitralizēt.
Elektriskā jauda ir galvenais fiziskais lielums, kas raksturo kondensatora spēju uzkrāt lādiņu. Vadītājus sauc par plāksnēm, starp tiem ir koncentrēts kondensatora elektriskais lauks.
Uzlādēta kondensatora enerģijai acīmredzot vajadzētu būt atkarīgai no tā kapacitātes.
Elektriskā jauda
Enerģijas potenciāls ļauj izmantot (lielas elektriskās jaudas) kondensatorus. Uzlādēta kondensatora enerģija tiek izmantota, ja nepieciešams pielietot īsu strāvas impulsu.
No kādiem daudzumiem ir atkarīga elektriskā jauda? Kondensatora uzlādes process sākas, savienojot tā plāksnes ar strāvas avota poliem. Uz vienas plāksnes uzkrātais lādiņš (kuras vērtība ir q) tiek ņemts par kondensatora lādiņu. Elektriskajam laukam, kas koncentrēts starp plāksnēm, ir potenciāla atšķirība U.
Elektriskā jauda (C) ir atkarīga no elektrības daudzuma, kas koncentrēts uz vienu vadītāju, un lauka sprieguma: C=q/U.
Šī vērtība tiek mērīta F (farados).
Visas Zemes jauda nav salīdzināma ar kondensatora kapacitāti, kura izmērs ir aptuveni piezīmjdatora lielums. Uzkrāto jaudīgo lādiņu var izmantot transportlīdzekļos.
Tomēr uz šķīvjiem nav iespējams uzkrāt neierobežotu daudzumu elektrības. Kad spriegums paaugstinās līdz maksimālajai vērtībai, var rasties kondensatora bojājums. plāksnesneitralizēts, kas var sabojāt ierīci. Uzlādēta kondensatora enerģija tiek pilnībā iztērēta tā sildīšanai.
Enerģijas vērtība
Kondensatora sildīšana ir saistīta ar elektriskā lauka enerģijas pārvēršanu iekšējā. Kondensatora spēja veikt darbu, lai pārvietotu lādiņu, norāda uz pietiekamu elektroenerģijas padevi. Lai noteiktu, cik liela ir uzlādēta kondensatora enerģija, apsveriet tā izlādes procesu. Sprieguma U elektriskā lauka iedarbībā q lādiņš plūst no vienas plāksnes uz otru. Pēc definīcijas lauka darbs ir vienāds ar potenciālās starpības un lādiņa daudzuma reizinājumu: A=qU. Šī attiecība ir spēkā tikai nemainīgai sprieguma vērtībai, bet izlādes procesā uz kondensatora plāksnēm tā pakāpeniski samazinās līdz nullei. Lai izvairītos no neprecizitātēm, mēs ņemam tā vidējo vērtību U/2.
No elektriskās jaudas formulas mēs iegūstam: q=CU.
No šejienes uzlādēta kondensatora enerģiju var noteikt pēc formulas:
W=CU2/2.
Mēs redzam, ka tā vērtība ir lielāka, jo lielāka ir elektriskā jauda un spriegums. Lai atbildētu uz jautājumu par to, kāda ir uzlādēta kondensatora enerģija, pievērsīsimies to veidiem.
Kondensatoru veidi
Tā kā kondensatora iekšpusē koncentrētā elektriskā lauka enerģija ir tieši saistīta ar tā kapacitāti un kondensatoru darbība ir atkarīga no to konstrukcijas īpatnībām, tiek izmantotas dažāda veida atmiņas ierīces.
- Atbilstoši plākšņu formai: plakana, cilindriska, sfēriska utt.e.
- Mainot kapacitāti: konstante (kapacitāte nemainās), mainīga (mainot fizikālās īpašības, mainām kapacitāti), skaņošana. Kapacitātes maiņu var veikt, mainot temperatūru, mehānisko vai elektrisko spriegumu. Trimera kondensatoru kapacitāte mainās, mainot plākšņu laukumu.
- Pēc dielektriskā veida: gāze, šķidrums, ciets dielektrisks.
- Pēc dielektriķa veida: stikls, papīrs, vizla, metālpapīrs, keramika, dažāda sastāva plānslāņa plēves.
Atkarībā no veida izšķir arī citus kondensatorus. Uzlādēta kondensatora enerģija ir atkarīga no dielektriķa īpašībām. Galveno lielumu sauc par dielektrisko konstanti. Elektriskā jauda ir tieši proporcionāla tai.
Plākšņu kondensators
Apsveriet vienkāršāko ierīci elektriskā lādiņa savākšanai - plakanu kondensatoru. Šī ir divu paralēlu plākšņu fiziska sistēma, starp kurām atrodas dielektriskais slānis.
Šķīvju forma var būt gan taisnstūrveida, gan apaļa. Ja ir nepieciešams iegūt mainīgu ietilpību, tad ir ierasts ņemt plāksnes pusdisku veidā. Vienas plāksnes rotācija attiecībā pret otru izraisa plākšņu laukuma izmaiņas.
Mēs pieņemam, ka vienas plāksnes laukums ir vienāds ar S, attālums starp plāksnēm ir vienāds ar d, pildvielas dielektriskā konstante ir ε. Šādas sistēmas kapacitāte ir atkarīga tikai no kondensatora ģeometrijas.
C=εε0S/d.
Plakana kondensatora enerģija
Mēs redzam, ka kondensatora kapacitāte ir tieši proporcionāla vienas plāksnes kopējam laukumam un apgriezti proporcionāla attālumam starp tām. Proporcionalitātes koeficients ir elektriskā konstante ε0. Palielinot dielektriķa dielektrisko konstanti, palielināsies elektriskā jauda. Plākšņu laukuma samazināšana ļauj iegūt regulēšanas kondensatorus. Uzlādēta kondensatora elektriskā lauka enerģija ir atkarīga no tā ģeometriskajiem parametriem.
Izmantojiet aprēķina formulu: W=CU2/2.
Uzlādēta plakanas formas kondensatora enerģijas noteikšana tiek veikta pēc formulas:
W=εε0S U2/(2d).
Kondensatoru izmantošana
Kondensatoru spēja vienmērīgi savākt elektrisko lādiņu un pietiekami ātri to atdot tiek izmantota dažādās tehnoloģiju jomās.
Savienojums ar induktoriem ļauj izveidot svārstību ķēdes, strāvas filtrus, atgriezeniskās saites ķēdes.
Fotozibspuldzes, apdullināšanas pistoles, kurās notiek gandrīz momentāna izlāde, izmanto kondensatora spēju radīt spēcīgu strāvas impulsu. Kondensators tiek uzlādēts no līdzstrāvas avota. Pats kondensators darbojas kā elements, kas pārtrauc ķēdi. Izlāde pretējā virzienā notiek caur lampu ar zemu omisku pretestību gandrīz uzreiz. Apdullināšanas pistolē šis elements ir cilvēka ķermenis.
Kondensators vai akumulators
Spēja ilgstoši saglabāt uzkrāto lādiņu sniedz brīnišķīgu iespēju to izmantot kā informācijas krātuvi vai enerģijas krātuvi. Šo īpašumu plaši izmanto radiotehnikā.
Nomainiet akumulatoru, diemžēl kondensators nevar, jo tam ir izlādēšanās īpatnība. Uzkrātā enerģija nepārsniedz dažus simtus džoulu. Akumulators var ilgstoši un gandrīz bez zudumiem uzglabāt lielu daudzumu elektroenerģijas.
