Енергија напуњеног кондензатора, употреба кондензатора

Метали су одлични проводници струје. Они проводе струју јер имају слободне носаче електрона без електричног набоја. А ако се потенцијална разлика створи на крајевима, на пример, бакарне жице уз помоћ константног извора ЕМФ-а, тада ће се у таквој жици појавити електрична струја - електрони ће изаћи из негативног терминала ЕМФ-а. извор - до његовог позитивног терминала.

Напротив, диелектрици нису проводници електричне струје, јер у њима нема слободних носилаца електричног набоја. Носиоци позитивног и негативног наелектрисања у диелектрицима су међусобно повезани и формирају такозване електричне диполе, који у спољашњем електричном пољу могу само да ротирају, али нису у стању да се транслационо крећу под утицајем електричног поља.

Више о овоме: Разлике између метала и диелектрика, и Зашто диелектрици не проводе струју

Узмите, на пример, комад диелектрика у облику ПВЦ цеви (поливинилхлорид је диелектрик).Покријте спољну површину тубе прозирном фолијом и једноставно упакујте у још згужвану фолију унутра тако да додирује унутрашње зидове цеви свуда около.

Ако сада узмемо ЕМФ извор, рецимо батерија од 24 волта и спојите га негативним полом са унутрашњом фолијом и позитивним полом са спољашњом, тада ће оба дела фолије добити наелектрисање различитих знакова од батерије и електрично поље усмерено споља изнутра ће делују у целој запремини зида ПВЦ цеви .

Дакле, у овом електричном пољу, диелектрични молекули (ПВЦ) ће се окренути, оријентисати се према спољашњем електричном пољу — диелектрик је поларизован тако да њени саставни молекули окрећу своје негативне стране ка споља — односно ка позитивној електроди (на фолију спојену на батерију плус), са својим позитивним странама — ка унутра, ка негативној електроди. Хајде да извадимо батерију.

Позитивно наелектрисање остаје на спољној фолији, јер га и даље држе негативно наелектрисане стране молекула ПВЦ-а окренуте ка споља, а негативно на унутрашњој, пошто га држе позитивне стране диелектричних молекула, које су окренуте. унутра. Све се догодило у потпуном складу са законом електростатике.

Ако сада затворите спољни и унутрашњи део фолије клештима, онда у тренутку затварања можете приметити малу искру: супротна наелектрисања са плоча се привлаче и изазивају струју кроз жицу (клешта) и диелектрик. враћа у првобитно неутрално стање.

Може се слободно рећи да се у овом уређају, који се састоји од диелектричне цеви и две фолијске плоче, када се на њега прикључи батерија, акумулација Електрична енергија.

Уређаји са сличном конфигурацијом називају се - диелектрик затворен између проводних плоча изолованих једна од друге електрични кондензатори.

Занимљиво је:Кондензатори и батерије - у чему је разлика?

Историјски гледано, први прототип кондензатора, Лајденску банку, изумео је 1745. године у Лајдену немачки физичар Евалд Јирген фон Клајст и независно холандски физичар Петер ван Мушенбрик.

Енергија наелектрисаног кондензатора зависи од напона (разлике потенцијала између плоча) на који је наелектрисан, будући да је реч о потенцијалној енергији супротних наелектрисања на плочама одвојеним једна од друге.

Дакле, ова енергија је једнака раду који ће извршити електрично поље ових наелектрисања када се привлаче једно друго (или који је извршио извор када су се раздвојили током пуњења кондензатора). Елементарни рад померања елементарног дела наелектрисања са једне плоче на другу једнак је:

Кондензатори различитих конфигурација, када су напуњени истом количином наелектрисања, искусиће различите потенцијалне разлике између плоча. Такође се може рећи да ће за различите кондензаторе различити напони примењени на плоче резултирати квантитативно различитим наелектрисањем.

У пракси, то значи да сваки кондензатор има одређену константну вредност, карактеристику која карактерише тај конкретни кондензатор, у вези са његовом конфигурацијом, обликом плоча, диелектричком константом диелектрика итд. Овај параметар се зове електрични капацитет Ц. Наелектрисање кондензатора к је повезано са разликом потенцијала између његових плоча У на следећи начин:

Према томе, израз за укупну енергију напуњеног кондензатора, једном интегрисан, може се написати на следећи начин:

Данас се кондензатори користе у различитим областима науке и технологије: као уређаји за складиштење електричне енергије, као филтери за углађивање таласа у изворима напајања, током управљања РЦ кола електронских уређаја, у уређајима за компензацију реактивне снаге, у индукционим инсталацијама и радио уређајима као део осцилационог кола, у снажним генераторима импулса, у електромагнетним акцелераторима, у мерилима влажности ваздуха итд.

За више детаља погледајте овде:Зашто се кондензатори користе у електричним колима?