Energien af ​​den ladede kondensator

Energien af ​​en opladet kondensator - er det arbejde brugt på sin ladning.

fra historie

Den første kondensator anses for at være en leydnerflaske. Det udviklede uafhængigt når to forskere:

1. Ewald Georg von Kleist (11 oktober 1745).
2. Pieter van Musschenbroek (1745 - 1746 år).

To årtier senere lyset optrådte elektroforus (1762), der betragtes som den første plane kondensator. Så var der ingen vilkår, ladningslagring spørgsmål af ringe interesse. Forskere alligevel sjovt at give statisk elektricitet. For eksempel van Pieter van Musschenbroek oplevet leydnerflaske for ambitiøs studerende, da han viste sig at være et halvt lammet elektrisk ladning.

Science ikke gå fremad, selvom verden, herunder Benjamin Franklin, betyder skubber lokomotiv. Den nuværende fase af udviklingen af ​​fysikken begyndte med Alessandro Volta. Forsker bevist tiltrækkes og fascineret design elektroforusa. Revet gummi kunne ubestemt tid ladet metalplade. På det tidspunkt blev det antaget, at elektricitet overføres til væskerne i atmosfæren, og Volta tænkte på lignende måde. Se, at elektroforus stand til at lagre ladning videnskabsmand har besluttet at tælle antallet.

Begrebet Volta

Som videnskabsmand noter, der allerede i 1778 fik han et glimt af en potentiel forskel, som han kaldte spændinger - spændinger. Siden 1775 Volta klæber kapacitans koncept - capacita, forlænget sin lærer Beccaria. Volta kender allerede, at elektroforus stand til at akkumulere ladning, kalder enheden en kondensator, og beslutter sig for at bekræfte teorien om praksis. Ellers - at finde forholdet mellem spænding, kapacitet og volumen (quantità) ladning.

Volta begyndte med leydnerflaske. Han opkrævet det fra den statiske generator og forsøgte at bestemme energien i kondensatoren på tre måder:

1. Observeret opnåede gnist af den elektriske lysbue ved forskellige design leydnerflaske ladede med den samme spænding.
2. Målt størrelsen af ​​den elektrostatiske generatorer friktion arbejde indtil elektrometer aflæsninger ikke vokset til et vist niveau.
3. Udledt en leydnerflaske udendørs og forsøgte at sammenligne dem produceret et elektrisk stød på gang.

Alt det ovenstående har ført forskere til mærkelige fund, at høj en leydnerflaske funktionalitet (under identiske kvadrater elektroder og andet lige). Dette er sandsynligvis relateret til hastigheden af ​​bueudladningen i luften på grund af forskelle i krumningen af ​​overflader. Volta udledning kraft forbundet med den elektriske strøm hurtigere strømmende fluid, jo varmere (ved fornemmelser) virkning. Som et resultat, Volta fandt det, at den eneste potentielle forskel definerer processen med fremkomsten af ​​chok. Han besluttede, at den tilladte spænding målt på to måder:

1. Efter mængden af ​​statisk elektricitet generator hastighed.
2. Sammenligning af virkningen af ​​elektrisk stød under udledning af en leydnerflaske.

Volta fandt, at opladning af leydnerflaske tømt for fuld, chok er dobbelt så mindre. Langsomt (1782) Volta kom til den konklusion, at ovennævnte værdier relaterer sig til hinanden: spænding x kapacitet ~ belastning, i den moderne verden ligner en U C = q eller C = k / U.

Volta konkluderer, at kapaciteten er større, hvor ved en lavere spænding holde mere opladning. Efterfulgt af den konklusion, at mængden af ​​akkumuleret væske er direkte proportional med arealet af pladerne i et plan kondensator. Hvilket er i overensstemmelse med gældende formler. Volta sammenfattet viden til vilkårlig leder (eksperimenteret med stænger Leyden krukker). Ved at variere afstanden mellem pladerne, fandt følgende:

C ~ S / d.

Hvad er faktisk et udtryk for kapaciteten af ​​et plan kondensator. Volta forklares ved tilstedeværelsen af ​​en afhængighed af resistens (modstand) mellem elektroderne, hvilket betyder luften. Ved at ændre afstanden, denne indstilling formår at variere i begge retninger. Det er lidt i modstrid med de moderne begreber, men Volta hjalp George Omu efter 40 år for at bringe forholdet mellem strøm og spænding.

Faktisk er målingen færdig baseret på arbejdet marken, at udstille kun på grund oplade kondensatoren. Det er indlysende, at sagde energiindholdet er - en af ​​de første fysiske egenskaber, der anvendes til at udlede analytiske udtryk.

måleenheder

Energi og arbejde er generelt målt i joule, elektriske spænding og potentiale - i volt.

Det kaldes volt spændingsforskel, når du flytter en enhed positiv ladning mellem hvilke arbejdet udføres i 1 joule.

kapaciteten af ​​kondensatoren

ovenfor vist, udtrykt Volta kapacitet kondensator. Formlen skal bruges, når beregning af energiindholdet. Retningen af ​​kraftlinierne bestemt ved Coulomb ifølge tegn på torsionsvægt, så fysikere vinder bringe egen formel. Beccaria og Cavendish: Volta var tæt på indførelsen af ​​begrebet elektrisk potentiale, kan omtalen af ​​hans mentorer ikke fratage. Takket være de nævnte fysik folk blev nøje at se nærmere på magnetisme og elektricitet.

Beskæftigelsen af ​​et elektrisk felt

Det elektriske felt kaldes potentiale. Det betyder, at arbejdet med hans styrke ikke afhænger af den bane af afgiften, alene på energien i den indledende og afsluttende stilling. Recall, ifølge definitionen:

Elektrisk felt - denne sag, hvorved elektriske ladninger interagere.

Et elektrisk felt anvendes kun på elektriske ladninger. Lavet på to måder:

1. Elektriske ladninger. Power Line starter på det positive og ender med negative ladninger.
2. Skiftende magnetfelt. Dette frembringer en elektromagnetisk bølge, der benyttes i en generator.

Når de siger, at den stråling indretninger påvirker en person, og henviser til de magnetiske og elektriske komponenter. Specielt farligt er den første, som er afskærmet med stort besvær. Det elektriske felt betragtes i en skole løbet af fysik, anses det stationære og styrken af ​​dens parallelle strækninger. To eksempler på:

1. Antag de charge bevæger sig langs feltlinierne med en afstand l. Derefter arbejdet er under den forenklede formel A = Fl, hvor F - den kraft, der virker på ladningen.
2. Nu antager, at afgiften er flyttet fra det foregående punkt på skrå. Så at fremspringet sti lb på højspændingsledning er igen l. En retlinet stykke, afbøjningsvinklen - V. Arbejdet beregnes ved hjælp af formlen under hensyntagen til såvel geometriske relationer A = FlbcosB = Fl.

Denne enkle tilfælde er let at anvende for enhver form for spænding linjer. Disse ting betyder, at et elektrisk felt arbejde ikke afhænger af bane og dermed lig med den forskel feltpotentialer: A = P1 - P2. Formlen er anvendeligt til et felt. At tilpasse ekspression, indført begrebet elektrisk potentiale som kraftenheden af ​​positiv ladning - f = f / q1. Så formlen til arbejde tager en anden opfattelse.

Elektrisk spænding mellem to punkter kaldes potentielle forskel mellem dem. Multiplicere nævnte værdi ved mængden af ​​ladning som den specifikke værdi, får vi: A = (F1 - F2) q = U q. Potentialet over marken størrelsesorden er:

p = q / 4 pi ε r,

hvor q - mængde ladning genererende område; ε - dielektriske konstant af mediet (luft eller vakuum er enhed); Pi = 3,14; r - afstand af punktet fra denne afgift. Formlen er ikke egnet til alle tilfælde er eksempler. Acceptabel påføres ladningen fordelt på overfladen af ​​kuglen, og punkter, der ligger uden for overfladen.

Feltstyrken af ​​den flade kondensator

I fysik, er vederlaget altid gennemført på eksemplet med et fly kondensator, det bare sker. Felt flad kondensator svarer nøjagtigt til den ovenfor beskrevne.

Lad på pladerne er der en vis afgift. Det er klart, at mængden af ​​det er de samme, men forskellige tegn. Arbejde på ladningsoverførsel mellem elektroderne er lig med A = F d, hvor en gennemsnitlig spaltebredde d. Formel fører direkte til en intensitet på grund af: A = E q d = ​​U q (cm. ovenfor). Derfor kan vi skrive, at E = U / d.

Feltstyrken viser den kraft, hvormed enheden arbejder i et punkt afgift.

Energien af ​​den ladede kondensator

Nu overveje, hvordan man beregner energi under opladning af kondensator. Vi er nødt til at huske formel potentiale skabt af en punkt afgift. Det kan ses, at det lineært aftager afstand. Men i dette tilfælde er den første og positive ladning placeret på en anden plade og den anden negativ og ligger overfor. Derfor, som bevægelsen i retning af kraftlinje indikerede følgende billede:

1. positiv ladning potentielle dråber.
2. Potentielle negativ ladning stiger.

Og graden af ​​ændring er den samme. Følgelig udgør den flade kondensator mellem pladerne i den potentielle felt ikke. Husk nu, hvorfra det afhænger af. I tilfælde de undersøgte mængder er konstant undtagen akkumuleret på pladerne efter aktivering gebyr. Så potentialet er gradvist stigende og lineært afhængig af ladning, med ikke længere vigtigt tidsplan ordentlig proces. Det viser en lige linje.

Dette betyder, at potentialet oprindeligt er nul, og derefter stiger til en vis grænse. En graf over antallet af potentielle afgifter ville være en lige linie (tiden går udstiller). Nu forklare, hvorfor konklusionerne blev foretaget:

1. Det er kendt, at energien er udtrykt ved det arbejde, brugt.
2. Så er det tilladt at skrive formlen W = U q. Det ser let, fordi afgiften er relateret til kapaciteten, men hvad er den spænding? Der erindres om, at kondensatoren vokser eksponentielt under opladning. Tag dig tid integral? Fysikere har allerede løst problemet.
3. Potentialet (spændingen) er lineært afhængig af ladning, konkluderer vi, at den samlede drift af gennemsnitsberegning er, at når en lige linje reduceres til division med 2.

Resultatet: W = U q / 2. Nu erstatte her udtrykket opnåede Alessandro Volta, og ud: W = C U2 / 2. Det resulterende ekspressionsplasmid og anvendes i beregningerne.

mål for energien af ​​en opladet kondensator

Ved beregning af magt filter kredsløb og andre elektriske filtre står problemet med bestemmelse betegnelserne. Det synes tilstrækkeligt at tage formlen af ​​frekvensen resonanskredsen, men enkelhed er vildledende. Det er let at kontrollere, at det samme svar svarer til et sæt af værdier. Hvilke at vælge?

Jo større strømkilde, magt enhed, jo større energi her foregår i tidsenhed. For kondensator er afhængig af spænding og kapacitans af et kvadrat, for en drossel - af den elektriske strøm og induktans. Hearing enkelt periode udsving dette tal er let at binde til magten som den udføres per tidsenhed arbejde.

Som et resultat, vil ingeniøren kunne sige omtrent hvor stor kapacitet er påkrævet i en bestemt sag. Beregningen foretages først ved energien af ​​en opladet kondensator.

Tilsvarende forekommer i ethvert kredsløb. Kondensatorer anvendes til at filtrere og galvanisk isolation skal let passere den ønskede frekvens og være rummelig, ikke at blive en flaskehals i systemet.