Կոնդենսատոր: Լիցքավորված կոնդենսատորի էներգիա

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 05:30

Էլեկտրաէներգիայի ուսումնասիրության սկզբից միայն 1745 թվականին Էվալդ Յուրգեն ֆոն Կլայստին և Պիտեր վան Մուշենբրուկին հաջողվեց լուծել դրա կուտակման և պահպանման խնդիրը։ Հոլանդիայի Լեյդեն քաղաքում ստեղծված սարքը հնարավորություն է տվել կուտակել էլեկտրական էներգիա և օգտագործել այն անհրաժեշտության դեպքում։

Լեյդեն բանկա - կոնդենսատորի նախատիպ: Ֆիզիկական փորձերում դրա օգտագործումը առաջ մղեց էլեկտրաէներգիայի ուսումնասիրությունը, ինչը հնարավորություն տվեց ստեղծել էլեկտրական հոսանքի նախատիպ:

Ինչ է կոնդենսատորը

Էլեկտրական լիցք և էլեկտրաէներգիա հավաքելը կոնդենսատորի հիմնական նպատակն է: Սովորաբար սա երկու մեկուսացված դիրիժորների համակարգ է, որոնք հնարավորինս մոտ են միմյանց: Հաղորդիչների միջև տարածությունը լցված է դիէլեկտրիկով: Հաղորդիչների վրա կուտակված լիցքը ընտրվում է այլ կերպ. Հակառակ լիցքերի ներգրավման հատկությունը նպաստում է դրա ավելի մեծ կուտակմանը։ Դիէլեկտրիկին տրվում է երկակի դեր՝ որքան մեծ է դիէլեկտրական հաստատունը, այնքան մեծ է էլեկտրական հզորությունը, լիցքերը չեն կարող հաղթահարել արգելքը ևչեզոքացնել։

Էլեկտրական հզորությունը հիմնական ֆիզիկական մեծությունն է, որը բնութագրում է կոնդենսատորի լիցք կուտակելու կարողությունը։ Հաղորդիչները կոչվում են թիթեղներ, կոնդենսատորի էլեկտրական դաշտը կենտրոնացած է նրանց միջև։

Լիցքավորված կոնդենսատորի էներգիան, ըստ երևույթին, պետք է կախված լինի դրա հզորությունից:

Էլեկտրական հզորություն

Էներգետիկ ներուժը հնարավորություն է տալիս օգտագործել (մեծ էլեկտրական հզորությամբ) կոնդենսատորներ։ Լիցքավորված կոնդենսատորի էներգիան օգտագործվում է, երբ անհրաժեշտ է կիրառել հոսանքի կարճ իմպուլս։

Ի՞նչ քանակներից է կախված էլեկտրական հզորությունը: Կոնդենսատորի լիցքավորման գործընթացը սկսվում է նրա թիթեղները ընթացիկ աղբյուրի բևեռներին միացնելով: Մեկ ափսեի վրա կուտակված լիցքը (որի արժեքը q է) ընդունվում է որպես կոնդենսատորի լիցք։ Թիթեղների միջև կենտրոնացված էլեկտրական դաշտը ունի պոտենցիալ տարբերություն U.

Էլեկտրական հզորությունը (C) կախված է մեկ հաղորդիչի վրա կենտրոնացած էլեկտրաէներգիայի քանակից և դաշտի լարումից՝ C=q/U.

Այս արժեքը չափվում է F-ով (ֆարադներով):

Ողջ Երկրի հզորությունը համեմատելի չէ կոնդենսատորի հզորության հետ, որի չափը մոտավորապես նոթատետրի չափ է: Կուտակված հզոր լիցքը կարող է օգտագործվել տրանսպորտային միջոցներում։

Սակայն ափսեների վրա անսահմանափակ քանակությամբ էլեկտրաէներգիա կուտակելու միջոց չկա։ Երբ լարումը բարձրանում է առավելագույն արժեքին, կարող է տեղի ունենալ կոնդենսատորի խզում: ափսեներչեզոքացվել է, ինչը կարող է վնասել սարքը: Լիցքավորված կոնդենսատորի էներգիան ամբողջությամբ ծախսվում է այն տաքացնելու վրա։

Էներգետիկ արժեք

Կոնդենսատորի տաքացումը պայմանավորված է էլեկտրական դաշտի էներգիան ներքինի փոխակերպմամբ։ Լիցքը տեղափոխելու համար աշխատանք կատարելու կոնդենսատորի կարողությունը ցույց է տալիս էլեկտրաէներգիայի բավարար մատակարարման առկայությունը: Որոշելու համար, թե որքան բարձր է լիցքավորված կոնդենսատորի էներգիան, հաշվի առեք դրա լիցքաթափման գործընթացը: U լարման էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ մի թիթեղից մյուսը հոսում է q-ի լիցք։ Ըստ սահմանման՝ դաշտի աշխատանքը հավասար է պոտենցիալների տարբերության և լիցքի քանակի արտադրյալին՝ A=qU։ Այս հարաբերակցությունը վավեր է միայն հաստատուն լարման արժեքի համար, բայց կոնդենսատորի թիթեղների վրա լիցքաթափման գործընթացում այն աստիճանաբար նվազում է մինչև զրոյի: Անճշտություններից խուսափելու համար մենք վերցնում ենք դրա միջին արժեքը U/2։

Էլեկտրական հզորության բանաձևից մենք ունենք՝ q=CU։

Այստեղից լիցքավորված կոնդենսատորի էներգիան կարող է որոշվել բանաձևով.

W=CU²/2.

Մենք տեսնում ենք, որ դրա արժեքը որքան մեծ է, այնքան մեծ է էլեկտրական հզորությունը և լարումը: Հարցին պատասխանելու համար, թե որն է լիցքավորված կոնդենսատորի էներգիան, անդրադառնանք դրանց տեսակներին։

Կոնդենսատորների տեսակները

Քանի որ կոնդենսատորի ներսում կենտրոնացած էլեկտրական դաշտի էներգիան ուղղակիորեն կապված է դրա հզորության հետ, և կոնդենսատորների աշխատանքը կախված է դրանց նախագծման առանձնահատկություններից, օգտագործվում են տարբեր տեսակի պահեստավորման սարքեր։

1. Ըստ թիթեղների ձևի՝ հարթ, գլանաձև, գնդաձև և այլն։e.
2. Փոխելով հզորությունը՝ հաստատուն (հզորությունը չի փոխվում), փոփոխական (փոխելով ֆիզիկական հատկությունները՝ փոխում ենք հզորությունը), թյունինգ։ Հզորության փոփոխությունը կարող է իրականացվել ջերմաստիճանի, մեխանիկական կամ էլեկտրական սթրեսի փոփոխությամբ: Հարմարվողական կոնդենսատորների հզորությունը տատանվում է՝ փոխելով թիթեղների մակերեսը:
3. Ըստ դիէլեկտրիկի տեսակի՝ գազային, հեղուկ, պինդ դիէլեկտրիկ։
4. Ըստ դիէլեկտրիկի տեսակի՝ ապակի, թուղթ, միկա, մետաղաթուղթ, կերամիկական, բարակ շերտ տարբեր կոմպոզիցիաների թաղանթներ։

Կախված տեսակից՝ տարբերվում են նաև այլ կոնդենսատորներ։ Լիցքավորված կոնդենսատորի էներգիան կախված է դիէլեկտրիկի հատկություններից: Հիմնական մեծությունը կոչվում է դիէլեկտրական հաստատուն։ Էլեկտրական հզորությունը ուղիղ համեմատական է դրան։

ափսե կոնդենսատոր

Դիտարկենք էլեկտրական լիցք հավաքելու ամենապարզ սարքը՝ հարթ կոնդենսատոր: Սա երկու զուգահեռ թիթեղների ֆիզիկական համակարգ է, որոնց միջև կա դիէլեկտրական շերտ:

Ափսեների ձևը կարող է լինել ինչպես ուղղանկյուն, այնպես էլ կլոր: Եթե փոփոխական հզորություն ստանալու անհրաժեշտություն կա, ապա ընդունված է թիթեղները վերցնել կիսասկավառակների տեսքով։ Մեկ ափսեի պտույտը մյուսի նկատմամբ հանգեցնում է թիթեղների մակերեսի փոփոխության։

Ենթադրում ենք, որ մեկ թիթեղի մակերեսը հավասար է S-ի, թիթեղների միջև հեռավորությունը վերցված է հավասար d-ի, լցանյութի դիէլեկտրական հաստատունը՝ ε։ Նման համակարգի հզորությունը կախված է միայն կոնդենսատորի երկրաչափությունից:

C=εε₀Ս/օր.

Տափակ կոնդենսատորի էներգիա

Մենք տեսնում ենք, որ կոնդենսատորի հզորությունը ուղիղ համեմատական է մեկ ափսեի ընդհանուր մակերեսին և հակադարձ համեմատական է նրանց միջև եղած հեռավորությանը: Համամասնականության գործակիցը էլեկտրական հաստատունն է ε₀: Դիէլեկտրիկի դիէլեկտրական հաստատունի ավելացումը կբարձրացնի էլեկտրական հզորությունը: Թիթեղների տարածքի կրճատումը թույլ է տալիս ձեռք բերել թյունինգային կոնդենսատորներ: Լիցքավորված կոնդենսատորի էլեկտրական դաշտի էներգիան կախված է նրա երկրաչափական պարամետրերից։

Օգտագործեք հաշվարկման բանաձևը՝ W=CU²/2.

Լիցքավորված հարթ կոնդենսատորի էներգիայի որոշումը կատարվում է ըստ բանաձևի՝

W=էε₀S U²/(2d).

Օգտագործելով կոնդենսատորներ

Կոնդենսատորների կարողությունը սահուն կերպով հավաքել էլեկտրական լիցքը և բավական արագ տալ այն, օգտագործվում է տեխնոլոգիայի տարբեր ոլորտներում:

Ինդուկտորների հետ կապը թույլ է տալիս ստեղծել տատանողական սխեմաներ, հոսանքի ֆիլտրեր, հետադարձ կապի սխեմաներ:

Լուսանկարները, ցնցող հրացանները, որոնցում տեղի է ունենում գրեթե ակնթարթային լիցքաթափում, օգտագործում են կոնդենսատորի կարողությունը հզոր հոսանքի իմպուլս ստեղծելու համար: Կոնդենսատորը լիցքավորվում է ուղղակի հոսանքի աղբյուրից: Կոնդենսատորն ինքնին հանդես է գալիս որպես մի տարր, որը խախտում է միացումը: Հակառակ ուղղությամբ արտանետումը տեղի է ունենում գրեթե ակնթարթորեն ցածր օմիկ դիմադրության լամպի միջոցով: Խլացուցիչ հրացանի մեջ այս տարրը մարդու մարմինն է:

Կոնդենսատոր կամ մարտկոց

Կուտակված լիցքը երկար պահելու ունակությունը հրաշալի հնարավորություն է տալիս այն օգտագործել որպես տեղեկատվության կամ էներգիայի պահեստ։ Այս հատկությունը լայնորեն օգտագործվում է ռադիոտեխնիկայում:

Փոխեք մարտկոցը, ցավոք, կոնդենսատորը չի կարողանում, քանի որ այն ունի լիցքաթափվելու առանձնահատկություն։ Կուտակված էներգիան չի գերազանցում մի քանի հարյուր ջոուլը։ Մարտկոցը կարող է երկար ժամանակ և գրեթե առանց կորստի կուտակել մեծ քանակությամբ էլեկտրաէներգիա։