Dall'inizio dello studio dell'elettricità, fu solo nel 1745 che Ewald Jurgen von Kleist e Pieter van Muschenbroek riuscirono a risolvere il problema del suo accumulo e conservazione. Creato a Leiden, in Olanda, il dispositivo ha permesso di accumulare energia elettrica e utilizzarla quando necessario.
Vaso di Leida - un prototipo di condensatore. Il suo utilizzo negli esperimenti fisici ha avanzato lo studio dell'elettricità molto più avanti, ha permesso di creare un prototipo di corrente elettrica.
Cos'è un condensatore
Raccogliere carica elettrica ed elettricità è lo scopo principale di un condensatore. Di solito si tratta di un sistema di due conduttori isolati posizionati il più vicino possibile l'uno all' altro. Lo spazio tra i conduttori è riempito con un dielettrico. La carica accumulata sui conduttori viene scelta diversamente. La proprietà delle cariche opposte di essere attratte contribuisce alla sua maggiore accumulazione. Al dielettrico è assegnato un duplice ruolo: maggiore è la costante dielettrica, maggiore è la capacità elettrica, le cariche non possono superare la barriera eneutralizzare.
La capacità elettrica è la principale grandezza fisica che caratterizza la capacità di un condensatore di accumulare carica. I conduttori sono chiamati piastre, il campo elettrico del condensatore è concentrato tra di loro.
L'energia di un condensatore carico, a quanto pare, dovrebbe dipendere dalla sua capacità.
Capacità elettrica
Il potenziale energetico consente di utilizzare condensatori (di grande capacità elettrica). L'energia di un condensatore carico viene utilizzata quando è necessario applicare un breve impulso di corrente.
Da quali quantità dipende la capacità elettrica? Il processo di carica di un condensatore inizia collegando le sue piastre ai poli di una sorgente di corrente. La carica accumulata su una piastra (il cui valore è q) viene presa come carica del condensatore. Il campo elettrico concentrato tra le piastre ha una differenza di potenziale U.
La capacità elettrica (C) dipende dalla quantità di elettricità concentrata su un conduttore e dalla tensione di campo: C=q/U.
Questo valore è misurato in FA (farad).
La capacità dell'intera Terra non è paragonabile alla capacità di un condensatore, le cui dimensioni sono all'incirca le dimensioni di un notebook. La potente carica accumulata può essere utilizzata nei veicoli.
Tuttavia, non c'è modo di accumulare una quantità illimitata di elettricità sulle piastre. Quando la tensione sale al valore massimo, potrebbe verificarsi un guasto del condensatore. piattineutralizzato, che potrebbe danneggiare il dispositivo. L'energia di un condensatore carico viene completamente spesa per riscaldarlo.
Valore energetico
Il riscaldamento del condensatore è dovuto alla trasformazione dell'energia del campo elettrico in interno. La capacità del condensatore di svolgere il lavoro per spostare la carica indica la presenza di una sufficiente fornitura di elettricità. Per determinare quanto è alta l'energia di un condensatore carico, considera il processo di scaricarlo. Sotto l'azione di un campo elettrico di tensione U, una carica di q scorre da una piastra all' altra. Per definizione, il lavoro del campo è uguale al prodotto della differenza di potenziale per l'ammontare della carica: A=qU. Questo rapporto è valido solo per un valore di tensione costante, ma nel processo di scarica sulle piastre del condensatore, diminuisce gradualmente fino a zero. Per evitare imprecisioni, prendiamo il suo valore medio U/2.
Dalla formula della capacità elettrica abbiamo: q=CU.
Da qui, l'energia di un condensatore carico può essere determinata dalla formula:
W=CU2/2.
Vediamo che il suo valore è maggiore, maggiore è la capacità elettrica e la tensione. Per rispondere alla domanda su quale sia l'energia di un condensatore carico, passiamo alle loro varietà.
Tipi di condensatori
Poiché l'energia del campo elettrico concentrato all'interno del condensatore è direttamente correlata alla sua capacità e il funzionamento dei condensatori dipende dalle loro caratteristiche progettuali, vengono utilizzati vari tipi di dispositivi di accumulo.
- Secondo la forma delle piastre: piatte, cilindriche, sferiche, ecc.e.
- Modificando la capacità: costante (la capacità non cambia), variabile (cambiando le proprietà fisiche, cambiamo la capacità), tuning. La modifica della capacità può essere effettuata modificando la temperatura, lo stress meccanico o elettrico. La capacità dei condensatori trimmer varia cambiando l'area delle piastre.
- Di tipo dielettrico: gas, liquido, dielettrico solido.
- Per tipo di dielettrico: vetro, carta, mica, metallo-carta, ceramica, film a strato sottile di varie composizioni.
A seconda del tipo, si distinguono anche altri condensatori. L'energia di un condensatore carico dipende dalle proprietà del dielettrico. La grandezza principale è chiamata costante dielettrica. La capacità elettrica è ad essa direttamente proporzionale.
Condensatore a piastra
Considera il dispositivo più semplice per raccogliere la carica elettrica: un condensatore piatto. Questo è un sistema fisico di due piastre parallele, tra le quali c'è uno strato dielettrico.
La forma dei piatti può essere sia rettangolare che rotonda. Se è necessario ottenere una capacità variabile, è consuetudine prendere i piatti sotto forma di semidischi. La rotazione di una piastra rispetto all' altra porta a un cambiamento nell'area delle piastre.
Assumiamo che l'area di una lastra sia uguale a S, la distanza tra le lastre sia assunta uguale a d, la costante dielettrica del riempitivo sia ε. La capacità di un tale sistema dipende solo dalla geometria del condensatore.
C=εε0S/g.
Energia di un condensatore piatto
Vediamo che la capacità del condensatore è direttamente proporzionale all'area totale di una piastra e inversamente proporzionale alla distanza tra di loro. Il coefficiente di proporzionalità è la costante elettrica ε0. L'aumento della costante dielettrica del dielettrico aumenterà la capacità elettrica. Ridurre l'area delle piastre permette di ottenere condensatori di sintonia. L'energia del campo elettrico di un condensatore carico dipende dai suoi parametri geometrici.
Usa la formula di calcolo: W=CU2/2.
La determinazione dell'energia di un condensatore piatto carico viene effettuata secondo la formula:
W=εε0S U2/(2g).
Uso dei condensatori
La capacità dei condensatori di raccogliere senza problemi una carica elettrica e di distribuirla abbastanza rapidamente viene utilizzata in vari campi della tecnologia.
Il collegamento con gli induttori consente di creare circuiti oscillatori, filtri di corrente, circuiti di feedback.
Lampi fotografici, pistole stordenti, in cui si verifica una scarica quasi istantanea, utilizzano la capacità di un condensatore di creare un potente impulso di corrente. Il condensatore viene caricato da una sorgente di corrente continua. Il condensatore stesso agisce come un elemento che interrompe il circuito. La scarica nella direzione opposta avviene attraverso una lampada a bassa resistenza ohmica quasi istantaneamente. In una pistola stordente, questo elemento è il corpo umano.
Condensatore o batteria
La capacità di mantenere a lungo la carica accumulata offre una meravigliosa opportunità di usarla come deposito di informazioni o deposito di energia. Questa proprietà è ampiamente utilizzata nell'ingegneria radio.
Sostituisci la batteria, purtroppo il condensatore non riesce, perché ha la particolarità di essere scarico. L'energia accumulata non supera alcune centinaia di joule. La batteria può immagazzinare una grande quantità di elettricità per lungo tempo e quasi senza perdite.
