Sedert die begin van die studie van elektrisiteit, was dit eers in 1745 dat Ewald Jurgen von Kleist en Pieter van Muschenbroek daarin geslaag het om die probleem van die akkumulasie en bewaring daarvan op te los. Die toestel, wat in Leiden, Holland, geskep is, het dit moontlik gemaak om elektriese energie te versamel en dit te gebruik wanneer nodig.
Leyden-pot - 'n prototipe van 'n kapasitor. Die gebruik daarvan in fisiese eksperimente het die studie van elektrisiteit ver vooruit gevorder, dit moontlik gemaak om 'n prototipe van elektriese stroom te skep.
Wat is 'n kapasitor
Om elektriese lading en elektrisiteit te versamel is die hoofdoel van 'n kapasitor. Gewoonlik is dit 'n stelsel van twee geïsoleerde geleiers wat so na as moontlik aan mekaar geleë is. Die spasie tussen die geleiers is gevul met 'n diëlektrikum. Die lading wat op die geleiers opgehoop word, word anders gekies. Die eiendom van teenoorgestelde ladings wat aangetrek moet word, dra by tot die groter akkumulasie daarvan. Die diëlektrikum word 'n dubbele rol toegeken: hoe groter die diëlektriese konstante, hoe groter is die elektriese kapasiteit, die ladings kan nie die versperring oorkom nie enneutraliseer.
Elektriese kapasiteit is die belangrikste fisiese grootheid wat die vermoë van 'n kapasitor om lading te akkumuleer kenmerk. Die geleiers word plate genoem, die elektriese veld van die kapasitor is tussen hulle gekonsentreer.
Die energie van 'n gelaaide kapasitor behoort klaarblyklik van sy kapasiteit af te hang.
Elektriese kapasiteit
Energiepotensiaal maak dit moontlik om (groot elektriese kapasiteit) kapasitors te gebruik. Die energie van 'n gelaaide kapasitor word gebruik wanneer dit nodig is om 'n kort stroompuls toe te pas.
Van watter hoeveelhede hang die elektriese kapasiteit af? Die proses om 'n kapasitor te laai begin deur sy plate aan die pole van 'n stroombron te verbind. Die lading wat op een plaat opgehoop word (waarvan die waarde q is) word geneem as die lading van die kapasitor. Die elektriese veld wat tussen die plate gekonsentreer is, het 'n potensiaalverskil U.
Elektriese kapasiteit (C) hang af van die hoeveelheid elektrisiteit wat op een geleier gekonsentreer is en die veldspanning: C=q/U.
Hierdie waarde word gemeet in F (farads).
Die kapasiteit van die hele aarde is nie vergelykbaar met die kapasiteit van 'n kapasitor, waarvan die grootte omtrent die grootte van 'n notaboek is nie. Die opgehoopte kragtige lading kan in voertuie gebruik word.
Daar is egter geen manier om 'n onbeperkte hoeveelheid elektrisiteit op die plate te versamel nie. Wanneer die spanning tot die maksimum waarde styg, kan 'n afbreek van die kapasitor plaasvind. plategeneutraliseer, wat die toestel kan beskadig. Die energie van 'n gelaaide kapasitor word heeltemal spandeer om dit te verhit.
Energiewaarde
Die verhitting van die kapasitor is te wyte aan die transformasie van die energie van die elektriese veld na interne. Die vermoë van die kapasitor om werk te doen om die lading te beweeg, dui op die teenwoordigheid van 'n voldoende elektrisiteitstoevoer. Om te bepaal hoe hoog die energie van 'n gelaaide kapasitor is, oorweeg die proses om dit te ontlaai. Onder die werking van 'n elektriese veld van spanning U vloei 'n lading van q van een plaat na 'n ander. Per definisie is die werk van die veld gelyk aan die produk van die potensiaalverskil en die hoeveelheid lading: A=qU. Hierdie verhouding is slegs geldig vir 'n konstante spanningswaarde, maar in die proses van ontlading op die kapasitorplate, verminder dit geleidelik tot nul. Om onakkuraathede te vermy, neem ons die gemiddelde waarde daarvan U/2.
Van die elektriese kapasiteit formule het ons: q=CU.
Van hier af kan die energie van 'n gelaaide kapasitor bepaal word deur die formule:
W=CU2/2.
Ons sien dat die waarde daarvan hoe groter is, hoe hoër is die elektriese kapasiteit en spanning. Om die vraag te beantwoord wat die energie van 'n gelaaide kapasitor is, kom ons kyk na hul variëteite.
tipes kapasitors
Aangesien die energie van die elektriese veld wat binne-in die kapasitor gekonsentreer is, direk verband hou met sy kapasitansie, en die werking van kapasitors afhang van hul ontwerpkenmerke, word verskeie tipes bergingstoestelle gebruik.
- Volgens die vorm van die plate: plat, silindries, sferies, ens.e.
- Deur die kapasitansie te verander: konstant (die kapasitansie verander nie), veranderlike (deur die fisiese eienskappe te verander, verander ons die kapasitansie), afstemming. Die verandering van die kapasitansie kan uitgevoer word deur die temperatuur, meganiese of elektriese spanning te verander. Die kapasitansie van trimmerkapasitors wissel deur die area van die plate te verander.
- Volgens diëlektriese tipe: gas, vloeistof, vaste diëlektriese.
- Volgens tipe diëlektrikum: glas, papier, mika, metaalpapier, keramiek, dunlaagfilms van verskillende samestellings.
Afhangende van die tipe, word ander kapasitors ook onderskei. Die energie van 'n gelaaide kapasitor hang af van die eienskappe van die diëlektrikum. Die hoofhoeveelheid word die diëlektriese konstante genoem. Die elektriese kapasiteit is direk eweredig daaraan.
Plaatkapasitor
Oorweeg die eenvoudigste toestel om elektriese lading te versamel - 'n plat kapasitor. Dit is 'n fisiese stelsel van twee parallelle plate, waartussen daar 'n diëlektriese laag is.
Die vorm van die plate kan beide reghoekig en rond wees. As daar 'n behoefte is om 'n veranderlike kapasiteit te verkry, is dit gebruiklik om die plate in die vorm van halwe skywe te neem. Die rotasie van een plaat relatief tot 'n ander lei tot 'n verandering in die oppervlakte van die plate.
Ons neem aan dat die oppervlakte van een plaat gelyk is aan S, die afstand tussen die plate is gelyk aan d geneem, die diëlektriese konstante van die vulstof is ε. Die kapasitansie van so 'n stelsel hang slegs af van die geometrie van die kapasitor.
C=εε0S/d.
Energie van 'n plat kapasitor
Ons sien dat die kapasitansie van die kapasitor direk eweredig is aan die totale oppervlakte van een plaat en omgekeerd eweredig aan die afstand tussen hulle. Die koëffisiënt van proporsionaliteit is die elektriese konstante ε0. Die verhoging van die diëlektriese konstante van die diëlektrikum sal die elektriese kapasiteit verhoog. Deur die oppervlakte van die plate te verklein, kan jy instelkapasitors kry. Die energie van die elektriese veld van 'n gelaaide kapasitor hang af van sy geometriese parameters.
Gebruik die berekeningsformule: W=CU2/2.
Bepaling van die energie van 'n gelaaide platvormige kapasitor word uitgevoer volgens die formule:
W=εε0S U2/(2d).
Gebruik van kapasitors
Die vermoë van kapasitors om glad 'n elektriese lading te versamel en dit vinnig genoeg weg te gee, word in verskeie velde van tegnologie gebruik.
Verbinding met induktore laat jou toe om ossillatoriese stroombane, stroomfilters, terugvoerstroombane te skep.
Fotoflitse, skokgewere, waarin 'n byna oombliklike ontlading plaasvind, gebruik die vermoë van 'n kapasitor om 'n kragtige stroompuls te skep. Die kapasitor word gelaai vanaf 'n gelykstroombron. Die kapasitor self dien as 'n element wat die stroombaan breek. Die ontlading in die teenoorgestelde rigting vind byna onmiddellik plaas deur 'n lamp met lae ohmiese weerstand. In 'n skokgeweer is hierdie element die menslike liggaam.
kapasitor of battery
Die vermoë om die opgehoopte lading vir 'n lang tyd te hou, bied 'n wonderlike geleentheid om dit as 'n inligtingstoor of energieberging te gebruik. Hierdie eiendom word wyd in radio-ingenieurswese gebruik.
Vervang die battery, ongelukkig kan die kapasitor nie, want dit het die eienaardigheid dat dit ontlaai word. Die opgehoopte energie oorskry nie 'n paar honderd joules nie. Die battery kan 'n groot hoeveelheid elektrisiteit vir 'n lang tyd stoor en amper sonder verlies.
