Energi af en opladet kondensator, brug af kondensatorer

Metaller er fremragende ledere af elektricitet. De leder elektricitet, fordi de har frie elektronbærere uden elektrisk ladning. Og hvis der skabes en potentialforskel i enderne, for eksempel af en kobbertråd ved hjælp af en konstant kilde til EMF, vil der opstå en elektrisk strøm i en sådan ledning - elektroner vil komme frem fra den negative terminal af EMF kilde - til sin positive terminal.

Tværtimod er dielektrikum ikke ledere af elektrisk strøm, da der ikke er nogen frie bærere af elektrisk ladning i dem. Positive og negative ladningsbærere i dielektrikum er forbundet og danner såkaldte elektriske dipoler, som i et eksternt elektrisk felt kun kan rotere, men ikke er i stand til at bevæge sig translationelt under påvirkning af et elektrisk felt.

Mere om dette: Forskelle mellem metaller og dielektrika, og Hvorfor dielektriske stoffer ikke leder elektricitet

Tag for eksempel et stykke dielektrikum i form af et PVC-rør (polyvinylchlorid er et dielektrikum).Dæk den ydre overflade af røret med husholdningsfilm og pak ganske enkelt mere sammenkrøllet folie ind, så det rører rørets indervægge hele vejen rundt.

Hvis vi nu tager EMF-kilden, siger vi batteri på 24 volt og forbinder den med den negative pol til den indvendige folie og den positive pol til den ydre, så vil begge dele af folien modtage en ladning af forskellige tegn fra batteriet og et elektrisk felt rettet udefra indefra vil virke i hele volumen af ​​PVC-rørvæggen.

Derfor vil de dielektriske molekyler (PVC) i dette elektriske felt vende sig, orientere sig efter det eksterne elektriske felt - dielektrikumet er polariseret så dets bestanddele molekyler vender deres negative sider udad - henholdsvis til den positive elektrode (til folien forbundet til batteriet plus), med deres positive sider - indad til den negative elektrode. Lad os fjerne batteriet.

Den positive ladning forbliver på den ydre folie, da den stadig holdes af de negativt ladede sider af PVC-molekylerne, der vender udad, og en negativ ladning på den indre, da den holdes af de positive sider af de dielektriske molekyler, som har vendt sig. indad. Alt skete i fuld overensstemmelse med loven om elektrostatik.

Hvis man nu lukker de ydre og indre dele af folien med en tang, så kan man i lukkeøjeblikket bemærke en lille gnist: de modsatte ladninger fra pladerne tiltrækker hinanden og forårsager en strøm gennem ledningen (tangen) og dielektrikumet vender tilbage til sin oprindelige neutrale tilstand.

Det er sikkert at sige, at i denne enhed, der består af et dielektrisk rør og to folieplader, når et batteri er tilsluttet det, en akkumulering af Elektrisk energi.

Enheder med en lignende konfiguration kaldes - et dielektrikum indesluttet mellem ledende plader isoleret fra hinanden elektriske kondensatorer.

Det er interessant:Kondensatorer og batterier - hvad er forskellen?

Historisk set blev den første prototype kondensator, Leiden Bank, opfundet i 1745 i Leiden af ​​den tyske fysiker Ewald Jürgen von Kleist og uafhængigt af den hollandske fysiker Peter van Muschenbrück.

Energien af ​​en opladet kondensator afhænger af spændingen (potentiale forskel mellem pladerne), som den er opladet til, da vi taler om den potentielle energi af modsatte ladninger på pladerne adskilt fra hinanden.

Derfor er denne energi lig med det arbejde, som disse ladningers elektriske felt vil udføre, når de tiltrækker hinanden (eller som kilden gjorde, da de blev adskilt under opladningen af ​​kondensatoren). Det elementære arbejde med at flytte en elementær del af ladningen fra en plade til en anden er lig med:

Kondensatorer med forskellige konfigurationer vil, når de oplades med den samme mængde ladning, opleve forskellige potentielle forskelle mellem pladerne. Det kan også siges, at for forskellige kondensatorer vil forskellige spændinger påført pladerne resultere i en kvantitativt forskellig ladning.

I praksis betyder det, at hver kondensator har en vis konstant værdi, en karakteristik, der kendetegner den pågældende kondensator, relateret til dens konfiguration, formen på pladerne, dielektrikumets dielektriske konstant osv. Denne parameter kaldes elektrisk kapacitet C. Ladningen på en kondensator q er relateret til potentialforskellen mellem dens plader U som følger:

Derfor kan udtrykket for den samlede energi af den ladede kondensator, når den er integreret, skrives som følger:

I dag bruges kondensatorer inden for forskellige områder af videnskab og teknologi: som elektrisk energilagringsenhed, som filtre til udjævning af bølger i strømforsyninger, under kontrol RC kredsløb af elektroniske enheder, i reaktiv effekt kompensation enheder, i induktionsinstallationer og radioenheder som en del af et oscillerende kredsløb, i kraftige impulsgeneratorer, i elektromagnetiske acceleratorer, i luftfugtighedsmålere osv.

For flere detaljer se her:Hvorfor bruges kondensatorer i elektriske kredsløb?