Elektriğin araştırılmasının başlangıcından bu yana, Ewald Jurgen von Kleist ve Pieter van Muschenbroek, elektrik birikimi ve korunması sorununu çözmeyi ancak 1745'te başardı. Hollanda, Leiden'de oluşturulan cihaz, elektrik enerjisinin biriktirilmesini ve gerektiğinde kullanılmasını mümkün kıldı.
Leyden kavanozu - bir kapasitörün prototipi. Fiziksel deneylerde kullanılması, elektrik çalışmasını çok ileriye taşıdı ve bir elektrik akımı prototipi yaratmayı mümkün kıldı.
Kapasitör nedir
Elektrik yükünü ve elektriği toplamak bir kapasitörün temel amacıdır. Genellikle bu, birbirine mümkün olduğunca yakın yerleştirilmiş iki yalıtılmış iletkenden oluşan bir sistemdir. İletkenler arasındaki boşluk bir dielektrik ile doldurulur. İletkenlerde biriken yük farklı seçilir. Çekilecek zıt ücretlerin özelliği, daha fazla birikmesine katkıda bulunur. Dielektrik ikili bir rol üstlenir: dielektrik sabiti ne kadar büyük olursa, elektrik kapasitesi o kadar büyük olur, yükler engeli aşamaz venötralize.
Elektrik kapasitesi, bir kapasitörün şarj biriktirme yeteneğini karakterize eden ana fiziksel niceliktir. İletkenlere plaka denir, kapasitörün elektrik alanı aralarında yoğunlaşır.
Yüklü bir kapasitörün enerjisi, görünüşe göre, kapasitesine bağlı olmalıdır.
Elektrik kapasitesi
Enerji potansiyeli (büyük elektrik kapasiteli) kapasitörlerin kullanılmasını mümkün kılar. Yüklü bir kapasitörün enerjisi, kısa akım darbesi uygulanması gerektiğinde kullanılır.
Elektrik kapasitesi hangi miktarlara bağlıdır? Bir kondansatörü şarj etme işlemi, plakalarını bir akım kaynağının kutuplarına bağlayarak başlar. Bir plaka üzerinde biriken (değeri q olan) yük, kapasitörün yükü olarak alınır. Plakalar arasında yoğunlaşan elektrik alanı bir potansiyel farka sahiptir U.
Elektrik kapasitesi (C), bir iletken üzerinde yoğunlaşan elektrik miktarına ve alan voltajına bağlıdır: C=q/U.
Bu değer F (farad) cinsinden ölçülür.
Tüm Dünya'nın kapasitesi, boyutu yaklaşık bir dizüstü bilgisayar boyutunda olan bir kapasitörün kapasitesiyle karşılaştırılamaz. Biriken güçlü şarj araçlarda kullanılabilir.
Ancak, plakalarda sınırsız miktarda elektrik biriktirmenin bir yolu yoktur. Voltaj maksimum değere yükseldiğinde, kapasitör arızası meydana gelebilir. tabaklarnötralize edilerek cihaza zarar verebilir. Yüklü bir kapasitörün enerjisi tamamen onu ısıtmak için harcanır.
Enerji değeri
Kondansatörün ısınması, elektrik alanın enerjisinin iç alana dönüştürülmesinden kaynaklanmaktadır. Kondansatörün yükü hareket ettirmek için iş yapabilme yeteneği, yeterli bir elektrik kaynağının varlığını gösterir. Yüklü bir kapasitörün enerjisinin ne kadar yüksek olduğunu belirlemek için, onu boş altma sürecini düşünün. U gerilimli bir elektrik alanının etkisi altında, bir levhadan diğerine q yükü akar. Tanım olarak, alanın işi, potansiyel farkın ve yük miktarının çarpımına eşittir: A=qU. Bu oran sadece sabit bir voltaj değeri için geçerlidir, ancak kondansatör plakalarında boşalma sürecinde kademeli olarak sıfıra düşer. Hatalardan kaçınmak için, U/2.
ortalama değerini alıyoruz.
Elektrik kapasitesi formülümüzden: q=CU.
Buradan, yüklü bir kapasitörün enerjisi şu formülle belirlenebilir:
W=CU2/2.
Değeri ne kadar büyükse, elektrik kapasitesi ve voltajı o kadar yüksek olduğunu görüyoruz. Yüklü bir kapasitörün enerjisi nedir sorusuna cevap vermek için çeşitlerine dönelim.
Kapasitör türleri
Kondansatörün içinde yoğunlaşan elektrik alanının enerjisi, kapasitansı ile doğrudan ilişkili olduğundan ve kapasitörlerin çalışması tasarım özelliklerine bağlı olduğundan, çeşitli tipte depolama cihazları kullanılır.
- Plakaların şekline göre: düz, silindirik, küresel vb.e.
- Kapasitansı değiştirerek: sabit (kapasitans değişmez), değişken (fiziksel özellikleri değiştirerek kapasitansı değiştiririz), ayarlama. Kapasitansın değiştirilmesi, sıcaklık, mekanik veya elektriksel stres değiştirilerek gerçekleştirilebilir. Düzeltici kapasitörlerin kapasitansı, plakaların alanını değiştirerek değişir.
- Dielektrik türüne göre: gaz, sıvı, katı dielektrik.
- Dielektrik türüne göre: cam, kağıt, mika, metal-kağıt, seramik, çeşitli bileşimlerde ince katmanlı filmler.
Türüne bağlı olarak diğer kapasitörler de ayırt edilir. Yüklü bir kapasitörün enerjisi, dielektrik özelliklerine bağlıdır. Ana nicelik dielektrik sabiti olarak adlandırılır. Elektrik kapasitesi bununla doğru orantılıdır.
Plaka kondansatör
Elektrik yükünü toplamak için en basit cihazı düşünün - düz bir kapasitör. Bu, aralarında bir dielektrik katman bulunan iki paralel plakadan oluşan fiziksel bir sistemdir.
Plakaların şekli hem dikdörtgen hem de yuvarlak olabilir. Değişken bir kapasite elde etmeye ihtiyaç varsa, plakaları yarım disk şeklinde almak gelenekseldir. Bir plakanın diğerine göre dönüşü, plakaların alanında bir değişikliğe yol açar.
Bir plakanın alanının S'ye eşit olduğunu, plakalar arasındaki mesafenin d'ye eşit alındığını, dolgu maddesinin dielektrik sabitinin ε olduğunu varsayıyoruz. Böyle bir sistemin kapasitansı yalnızca kapasitörün geometrisine bağlıdır.
C=εε0S/d.
Düz kapasitörün enerjisi
Kondansatörün kapasitansının bir plakanın toplam alanı ile doğru orantılı ve aralarındaki mesafe ile ters orantılı olduğunu görüyoruz. Orantılılık katsayısı elektrik sabiti ε0'dir. Dielektrikin dielektrik sabitini artırmak, elektrik kapasitesini artıracaktır. Plakaların alanını az altmak, kapasitörlerin ayarlanmasını sağlar. Yüklü bir kapasitörün elektrik alanının enerjisi geometrik parametrelerine bağlıdır.
Hesaplama formülünü kullanın: W=CU2/2.
Yüklenmiş düz şekilli bir kapasitörün enerjisinin belirlenmesi aşağıdaki formüle göre yapılır:
W=εε0S U2/(2d).
Kapasitörleri Kullanma
Kapasitörlerin bir elektrik yükünü düzgün bir şekilde toplama ve onu yeterince hızlı bir şekilde verme yeteneği, teknolojinin çeşitli alanlarında kullanılmaktadır.
İndüktörlerle bağlantı, salınım devreleri, akım filtreleri, geri besleme devreleri oluşturmanıza olanak tanır.
Fotoğraf flaşları, neredeyse anında boşalmanın meydana geldiği şok tabancaları, güçlü bir akım darbesi oluşturmak için bir kapasitörün yeteneğini kullanır. Kondansatör bir doğru akım kaynağından şarj edilir. Kondansatörün kendisi devreyi kesen bir eleman görevi görür. Ters yönde deşarj, neredeyse anında düşük omik dirençli bir lamba aracılığıyla gerçekleşir. Bir şok tabancasında bu element insan vücududur.
Kapasitör veya pil
Birikmiş şarjı uzun süre tutabilme özelliği, onu bir bilgi deposu veya enerji deposu olarak kullanmak için harika bir fırsat verir. Bu özellik radyo mühendisliğinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Pili değiştirin, ne yazık ki kondansatör yapamıyor, çünkü deşarj olma özelliği var. Biriken enerji birkaç yüz joule geçmez. Pil, büyük miktarda elektriği uzun süre ve neredeyse kayıp olmadan depolayabilir.
