Energie nabitého kondenzátoru

Energie nabitého kondenzátoru - je práce vynaložené na jeho ceně.

z historie

První kondenzátor je považován za Leyden jar. To se vyvíjelo nezávisle jednou dvou vědců:

1. Ewald Georg von Kleist (11.10.1745).
2. Pieter van Musschenbroek (1745 - 1746 rok).

O dvě desetiletí později se objevilo světlo elektroforus (1762), považované za první rovinného kondenzátoru. Pak tam byly žádné termíny, poplatek za problematiku ukládání dat z malého zájmu. Zatím vědci zábavné dát statický náboj. Například van Pieter van Musschenbroek zkušený Leyden sklenice příliš ambiciózní studenty, když se ukázalo, že jedna polovina-ochrnutý elektrický náboj.

Science nešel dopředu, přestože na celém světě, včetně Benjamina Franklina, se tlačí lokomotivu. Současná etapa vývoje fyziky začal Alessandro Volta. Vědec dokázal je přitahován a zaujalo designu elektroforusa. Strouhané kaučuk mohl neomezeně dlouho nabitý kovovou desku. V té době se předpokládalo, že elektřina se převádí na tekutinách atmosféry, a myslel Volta podobně. Vidět, že elektroforus schopna uložit poplatek vědce rozhodli spočítat.

Koncept Volta

Vzhledem k tomu, vědec poznámek, již v roce 1778 dostal záblesk rozdílu potenciálu, který on volal tah - tah. Vzhledem k tomu, 1775 Volta přilne kapacitní koncept - capacita, napřáhl učitele Beccaria. Volta už ví, že elektroforus schopny akumulovat náboj, volá zařízení kondenzátor, a rozhodne potvrdit teorii praxe. V opačném případě - najít vztah napětí, kapacity a objemu (quantita) náboje.

Volta začal s Leyden sklenice. On to nabité ze statického generátoru a snažil se zjistit, energie kondenzátoru třemi způsoby:

1. Pozorovaný získat jiskra z elektrického oblouku různými konstrukčními Leyden sklenic nabitých se stejným napětím.
2. Měřená množství elektrostatického generátory třecí práci až do elektroměru čtení nerostly na určitou úroveň.
3. Vyřídily Leyden sklenici venku a snažil se jim srovnat produkoval úraz elektrickým proudem po dobu.

Všechny výše uvedené vedly výzkumníky k podivné zjištění, že vysoká Leyden sklenice prostorný (za stejných čtverců elektrod a ostatní podmínky jsou stejné). To pravděpodobně souvisí s rychlostí obloukového výboje ve vzduchu kvůli rozdílům v zakřivení povrchu. Volta výboj síly spojené s elektrickým proudem tím rychleji proudící kapaliny, teplejší (o pocitech) účinek. Jako výsledek, Volta našel to, že jediný rozdíl potenciálů definuje proces vzniku šoku. Usoudil, že přípustné napětí měří dvěma způsoby:

1. Po množství statické rychlosti nabíjení generátoru.
2. Porovnávající účinek úrazu elektrickým proudem při vypouštění Leyden sklenice.

Volta zjištěno, že zpoplatnění Leyden sklenici prázdnou plný šok je dvakrát méně. Pomalu (1782) Volta dospěl k závěru, že výše uvedené hodnoty se vztahují k sobě navzájem: napětí x kapacity ~ zatížení, v moderním světě vypadá jako U C = Q nebo C = Q / U.

Volta dospěl k závěru, že kapacita větší, pokud při nižším napětí držet větší náboj. Následoval závěru, že množství akumulované kapaliny je přímo úměrná ploše desek roviny kondenzátoru. Což je v souladu se současnými vzorci. Volta shrnuty poznatky k libovolnému vodiči (experimentoval s tyčí Leyden sklenic). Změnou vzdálenosti mezi deskami, nalezeno následující:

C ~ S / d.

Co je vlastně vyjádřením kapacity rovinného kondenzátoru. Volta vysvětlit přítomností závislosti odporu (rezistence) mezi elektrodami, což znamená, že vzduch. Změnou vzdálenosti, toto nastavení dokáže být měněn v obou směrech. Je to trochu v rozporu s moderním pojetí, ale Volta pomáhal George omu po 40 letech, aby vztah mezi proudem a napětím.

Ve skutečnosti, měření je prováděno na základě pracovní oblasti vykazují jen kvůli nabití kondenzátoru. Je zřejmé, že uvedené energetická hodnota - jeden z prvních fyzikálních vlastností použitých k odvození analytických výrazů.

jednotky měření

Energie a práce se obvykle měří v joulech, elektrického napětí a potenciálu - ve voltech.

Vyzvala volt potenciální rozdíl, když se pohybuje jednotkovou kladný náboj, mezi nimiž práce se provádí v 1 joulů.

Kapacita kondenzátoru

je uvedeno výše, vyjádřený Volta kondenzátorem. Při výpočtu energie bude potřeba vzorec. Směr působení silových čar určuje Coulomb, podle indikace rovnováhy torzní, což fyzici nakonec přinést vlastní vzorec. Volta byl blízko k zavedení konceptu elektrického potenciálu, nemůže zbavit zmínku o jeho rádců: Beccaria a Cavendish. Díky lidem, zmíněných fyziky se stal úzce pozorně dívat na magnetismu a elektřiny.

Zaměstnávání elektrickém poli

Elektrické pole se nazývá potenciál. To znamená, že práce jeho síly nezávisí na trajektorii poplatku, pouze na energii počáteční a koncové poloze. Připomeňme, podle definice:

Elektrické pole - to záležitost, kterou se elektrické náboje komunikovat.

Elektrické pole je aplikováno pouze na elektrických nábojů. Vytvořen dvěma způsoby:

1. Elektrické náboje. Elektrické vedení začíná na pozitivní a skončit s negativními náboji.
2. Změna magnetického pole. To vytváří elektromagnetické vlny, která je použita v generátoru.

Když říkají, že prostředky záření postižené osoby, a odkazuje na magnetických a elektrických komponentů. Zvláště nebezpečné je první, který je promítán s velkými obtížemi. Elektrické pole je považován ve školním kurzu fyziky, je to stacionární a síla jeho linie jsou rovnoběžné. Dva příklady:

1. Předpokládejme, že náboj pohybuje podél siločar o vzdálenost l. Pak je práce v rámci zjednodušeného vzorce A = Fl, kde F - síla působící na náboj.
2. Nyní předpokládejme, že obvinění byla přesunuta z předchozího bodu na zaujatost. Takže výstupek cesta lb na elektrickém vedení je opět l. Přímočarou část, je úhel vychýlení - V. Práce se vypočte podle vzorce, který počítá jak geometrické vztahy A = FlbcosB = Fl.

Tento jednoduchý případ je snadno aplikovatelný na jakoukoli formu tažných linek. Tyto věci znamená, že v elektrickém poli práce nezávisí na dráze, a tím i se rovná rozdílu potenciálů pole: A = P1 - P2. Vzorec platí pro jakékoliv oblasti. Pro přizpůsobení exprese, představil pojetí elektrický potenciál jako napájecí jednotky kladného náboje - f = f / Q1. Pak vzorec pro práci má jiný názor.

Elektrické napětí mezi dvěma body je nazývána potenciální rozdíl mezi nimi. Vynásobením uvedenou hodnotu o výši poplatku jako konkrétní hodnota, dostáváme: A = (F1 - F2), q = U q. Potenciál přes pole velikost je:

p = q / 4 pi ε r,

kde q - množství náboje oblasti energie; ε - dielektrická konstanta média (vzduch nebo vakuum je jednota); Pi = 3,14; r - vzdálenost bodu od nálože. Vzorec není vhodný pro všechny případy, jsou pouze příkladné. Přijatelné aplikuje na náboje distribuované na povrchu koule, a body, které leží mimo uvedené plochy.

Intenzita pole plochého kondenzátoru

Ve fyzice, úvaha je vždy prováděna na příkladě rovinného kondenzátoru, prostě se to stane. Pole byt kondenzátor přesně odpovídá výše popsaným postupem.

Podívejme se na deskách existuje určitý náboj. Je zřejmé, že množství to je stejné, ale různé příznaky. Práce na přenosu náboje mezi elektrodami je rovna A = F D, kde střední mezera šířce d. Vzorec přímo vede do intenzity vzhledem k: A = E Q d = U q (cm. výše). V důsledku toho můžeme napsat, že e = U / d.

Síla pole ukazuje sílu, kterou jednotka pracuje při bodového náboje.

Energie nabitého kondenzátoru

Nyní zvážit, jak vypočítat energie při nabíjení kondenzátoru. Musíme mít na paměti, vzorec potenciál vytvořené pomocí bodového náboje. Je možné vidět, že se snižuje lineárně vzdálenost. Ale v tomto případě, první a kladný náboj je umístěn na druhé desce a druhá negativní a nachází naproti. Proto, jak pohyb ve směru čáry síly je uvedeno následující obrázek:

1. Kladný náboj potenciální kapky.
2. Případné negativní náboj zvyšuje.

A rychlost změny je stejný. V důsledku toho je plochá kondenzátor mezi deskami potenciálního pole nemění. Nyní pamatovat, ze kterých záleží. V případě, že zkoumané veličiny jsou konstantní, s výjimkou náboje nahromaděné na deskách po obnovení napájení. Takže potenciál se postupně zvyšuje a lineárně závislá na starosti, aniž by již důležitého plánu řádného procesu. Ukazuje přímku.

To znamená, že nejprve je potenciál nulový, a pak se zvyšuje do určité výše. Graf počtu potenciálních nákladů by přímka (čas běží vystavovatel). Nyní vysvětlit, proč byly tyto závěry:

1. Je známo, že energie je vyjádřena v práci vynaloženou.
2. Tak, že je přípustné napsat vzorec W = U q. Vypadá to snadné, protože poplatek se týká kapacity, ale to, co je napětí? Je třeba připomenout, že kondenzátor roste exponenciálně v průběhu nabíjení. Udělejte si čas integrální? Fyzikové již vyřešili problém.
3. Potenciál (napětí) je lineárně závislý na náboji, jsme došli k závěru, že celkový provoz průměrování je, že když je přímka redukuje na dělení 2.

Výsledek: W = U q / 2. Nyní nahradit zde expresi získané Alessandro Volta a ven: W = C U2 / 2. Vzniklý expresní a použity při výpočtech.

Míra energie nabitého kondenzátoru

Při výpočtu výkonu filtračních obvodů a další elektrické filtry stojí problém určování nominálních hodnot. Zdá se, že stačí, aby se vzorec rezonančního obvodu kmitočtu, ale jednoduchost je klamná. Je snadné ověřit, že stejná odpověď odpovídá sadě hodnot. Který si vybrat?

Čím větší je napájecí zdroj, napájení zařízení, tím větší energii zde koná za jednotku času. U kondenzátoru závisí na napětí a kapacitní čtverce, pro plyn - elektrickým proudem a indukčnosti. Sluchu jednotlivé výkyvy dobových tento údaj lze snadno uvázat k moci jako vykonanou práci za jednotku času.

V důsledku toho bude inženýr moci říci, přibližně, jak velká kapacita je zapotřebí v konkrétním případě. Výpočet se provádí zpočátku energií nabitého kondenzátoru.

Podobně jako se vyskytuje v každém okruhu. Kondenzátory jsou využívány k filtrování a galvanické oddělení se požaduje, aby snadno složit požadovanou frekvenci a být prostorná, aby se nestala překážkou v systému.