L'énergie d'un condensateur chargé - est le travail consacré à sa charge.
de l'histoire
Le premier condensateur est considéré comme un pot de Leyden. Il a développé indépendamment une fois deux scientifiques:
- Ewald Georg von Kleist (11 Octobre 1745).
- Pieter van Musschenbroek (1745 - 1746 années).
Deux décennies plus tard, la lumière est apparue elektroforus (1762), considéré comme le premier condensateur plan. Ensuite, il n'y avait pas de termes, charge les problèmes de stockage de peu d'intérêt. Les scientifiques donnent encore du plaisir charge statique. Par exemple, van Pieter van Leyden Musschenbroek pot étudiant expérimenté trop ambitieux, quand il est avéré être une charge électrique paralysé la moitié.
La science n'a pas aller de l'avant, même si le monde, y compris Benjamin Franklin, ne pousse la locomotive. Le stade actuel de développement de la physique a commencé par Alessandro Volta. Scientifique prouvé est attirée et intriguée elektroforusa design. caoutchouc râpé pourrait chargé indéfiniment plaque métallique. À ce moment-là, on a supposé que l'électricité est transférée aux fluides de l'atmosphère, et Volta pensait la même façon. Voyant que elektroforus capable de stocker scientifique de charge a décidé de compter le nombre.
Le concept de la Volta
Comme les notes scientifiques, déjà en 1778, il a eu un aperçu d'une différence de potentiel, qu'il a appelé la tension - tension. Depuis 1775 Volta adhère concept capacité - Capacita, étendu son professeur Beccaria. Volta sait déjà que elektroforus en mesure d'accumuler une charge, appelle le dispositif un condensateur, et décide de confirmer la théorie de la pratique. Dans le cas contraire - pour trouver la relation de la tension, la capacité et le volume (quantita) frais.
Volta a commencé avec la bouteille de Leyde. Il le chargea du générateur statique et a essayé de déterminer l'énergie du condensateur de trois façons:
- étincelle observée obtenue de l'arc électrique par divers conception bouteilles de Leyde chargées avec la même tension.
- Mesuré la quantité des générateurs électrostatiques travail de friction jusqu'à ce que les lectures de l'électromètre ne pousse pas à un certain niveau.
- extérieur apuré une Leyden et essayé jarre de les comparer a produit un choc électrique après le temps.
Tous ci-dessus a conduit les chercheurs à des résultats étranges que haut un grand pot de Leyden (sous les électrodes carrés identiques et d'autres conditions étant égales par ailleurs). Ceci est probablement lié à la vitesse de la décharge d'arc dans l'air en raison de différences dans la courbure des surfaces. Volta force de décharge liée au courant électrique le plus rapide du fluide en écoulement, l'effet plus chaud (par sensations). En conséquence, Volta a trouvé que la seule différence de potentiel définit le processus d'émergence de choc. Il a décidé que la tension admissible mesurée de deux manières:
- Après la quantité de vitesse du générateur de charge statique.
- En comparant l'effet de choc électrique lors de la décharge d'une bouteille de Leyde.
Volta a conclu qu'exiger le pot vide Leyden de plein, le choc est deux fois plus moins. Lentement (1782) Volta est venu à la conclusion que les valeurs ci-dessus se rapportent les uns aux autres: tension x capacité ~ charge, dans le monde moderne ressemble à un U C = q ou C = q / U.
Volta a conclu que la capacité d'une plus grande où à une tension inférieure tient plus la charge. Suivie de la conclusion que la quantité de liquide accumulée est directement proportionnelle à la surface des plaques d'un condensateur plan. Ce qui est conforme aux formules actuelles. Volta résumé des connaissances de conducteur quelconque (expérimenté avec des tiges bouteilles de Leyde). En faisant varier la distance entre les plaques, a trouvé ce qui suit:
C ~ S / d.
Ce qui est en fait une expression de la capacité d'un condensateur plan. Volta expliquée par la présence d'une dépendance de la résistance (résistance) entre les électrodes, ce qui signifie l'air. En changeant la distance, ce paramètre parvient à varier dans les deux sens. Il est un peu en contradiction avec les concepts modernes, mais Volta a aidé George Omu après 40 ans pour que la relation entre le courant et la tension.
En fait, la mesure est effectuée sur la base du champ de travail, exposition seulement en raison de charger le condensateur. Il est évident que ladite valeur énergétique est - l'une des premières caractéristiques physiques utilisées pour obtenir des expressions analytiques.
les unités de mesure
L'énergie et le travail est généralement mesurée en joules, tension électrique et potentiel - en volts.
Il a appelé volt différence de potentiel, lors du déplacement d'une charge positive de l'unité entre lesquelles le travail est effectué en 1 joule.
capacité du condensateur
Ci-dessus, exprimé condensateur de capacité Volta. La formule sera nécessaire lors du calcul de l'énergie. La direction des lignes de force déterminée par Coulomb, selon les indications d'une balance de torsion, ce qui permet des physiciens éventuellement apporter de la formule. Volta était proche de l'introduction du concept de potentiel électrique, ne peut pas priver la mention de ses mentors: Beccaria et Cavendish. Merci aux personnes mentionnées la physique est devenue étroitement à examiner de près le magnétisme et l'électricité.
Emploi d'un champ électrique
Le champ électrique est appelé potentiel. Cela signifie que le travail de sa force ne dépend pas de la trajectoire de la charge, uniquement sur l'énergie de la position initiale et finale. Rappelons, selon la définition:
champ électrique - cette question, par laquelle des charges électriques interagissent.
Un champ électrique est appliqué uniquement sur les charges électriques. Créé de deux façons:
- Les charges électriques. Les lignes électriques commencent positive et se terminent par des charges négatives.
- Changement de champ magnétique. Ceci produit une onde électromagnétique qui est utilisée dans un générateur.
Quand ils disent que les dispositifs de rayonnement affecte une personne et fait référence aux composants électriques et magnétiques. Particulièrement dangereux est le premier qui est projeté avec une grande difficulté. Le champ électrique est considéré dans un cours de l'école de la physique, il est considéré comme stationnaire et la force de ses lignes parallèles. Deux exemples:
- Supposons que la charge se déplace le long des lignes de champ par une distance l. Ensuite, le travail est sous la formule simplifiée A = Fl, où F - la force agissant sur la charge.
- Maintenant, supposons que la charge est passé du point précédent sur le biais. De sorte que le trajet de projection lb sur la ligne d'alimentation est de nouveau l. Une partie rectiligne, l'angle de déviation - V. Le travail est calculé par la formule prenant en compte les relations géométriques A = FlbcosB = Fl.
Ce cas simple est facile à appliquer à toutes les lignes de tension de forme. Ces choses signifie que dans un travail de champ électrique ne dépend pas de la trajectoire et, par conséquent, égal aux potentiels de champ de différence: A = P1 - P2. La formule est applicable à tout domaine. Pour adapter expression, introduit la notion de potentiel électrique que l'unité de puissance de charge positive - f = f / q1. Ensuite, la formule de travail prend une autre vue.
La tension électrique entre deux points est appelée la différence de potentiel entre eux. Multiplier ladite valeur par la quantité de charge en tant que valeur spécifique, on obtient: A = (F1 - F2) q = U q. Le potentiel à travers l'amplitude du champ est:
p = q / 4 pi ε r,
dans lequel q - quantité de matière de génération de charge; ε - constante diélectrique du milieu (air ou le vide est l'unité); Pi = 3,14; r - distance du point à partir de ladite charge. La formule ne convient pas à tous les cas, sont exemplaires. Acceptable appliquée à la charge répartie sur la surface de la sphère, et les points qui se trouvent à l'extérieur de ladite surface.
L'intensité du champ du condensateur plat
En physique, l'examen est toujours effectué sur l'exemple d'un condensateur plan, il se trouve. Champ condensateur plat correspondant exactement à celui décrit ci-dessus.
Laissez sur les plaques il y a une certaine charge. De toute évidence, le montant de celui-ci est le même, mais des signes différents. Les travaux sur le transfert de charge entre les électrodes est égale à A = F d, dans lequel une largeur moyenne écart d. Formule conduit directement à une intensité due à: A = E q d q = U (cm. ci-dessus). Par conséquent, on peut écrire que E = U / d.
L'intensité du champ indique la force avec laquelle l'appareil fonctionne à une charge ponctuelle.
L'énergie du condensateur chargé
Considérons maintenant comment calculer l'énergie pendant la charge du condensateur. Nous devons nous rappeler le potentiel de la formule créée par une charge ponctuelle. On peut voir que la distance diminue linéairement. Mais dans ce cas, la charge première et positive est située sur une seconde plaque et la seconde face de négatif et situé. Par conséquent, comme le mouvement dans la direction de la ligne de force indiqué le tableau suivant:
- charges positives gouttes potentielles.
- charge négative potentielle augmente.
Et le taux de changement est le même. Par conséquent, le condensateur plat entre les plaques du champ potentiel ne change pas. Maintenant, rappelez-vous, dont il dépend. Si les quantités étudiées sont constantes, sauf charge accumulée sur les plaques après la mise sous tension. Le potentiel augmente progressivement et dépend linéairement de la charge, sans processus approprié de calendrier plus importante. Il tourne une ligne droite.
Cela signifie que d'abord le potentiel est égal à zéro, puis augmente jusqu'à une certaine limite. Un graphique du nombre de charges possibles serait une ligne droite (le temps passe exposant). Maintenant, expliquent pourquoi les conclusions ont été faites:
- On sait que l'énergie est exprimée par le travail dépensé.
- Ainsi, il est permis d'écrire la formule W = U q. Il semble facile, parce que la charge est liée à la capacité, mais quelle est la tension? Il est rappelé que le condensateur croît de façon exponentielle pendant la charge. Prenez le temps d'intégration? Les physiciens ont déjà résolu le problème.
- Le potentiel (tension) dépend linéairement de la charge, nous concluons que le fonctionnement global de la moyenne est que lorsqu'une ligne droite est réduite à la division par 2.
Le résultat: W = U q / 2. remplacer maintenant ici l'expression obtenue Alessandro Volta, et sur: W = C U2 / 2. L'expression résultante et utilisée dans les calculs.
mesure de l'énergie d'un condensateur chargé
Lors du calcul des circuits de filtrage de puissance et d'autres filtres électriques se trouve le problème de la détermination des dénominations. Il semble suffisante pour prendre la formule du circuit oscillant de fréquence, mais la simplicité est trompeuse. Il est facile de vérifier que la même réponse correspond à un ensemble de valeurs. Lequel choisir?
Plus la source d'alimentation, dispositif de puissance, la plus grande énergie prend ici place dans le temps de l'unité. Pour condensateur est dépendant de la tension et de la capacité d'un carré, d'un papillon des gaz - par le courant électrique et de l'inductance. En entendant les fluctuations de la période unique, ce chiffre est facile à attacher au pouvoir que le travail effectué par unité de temps.
En conséquence, l'ingénieur sera en mesure de dire à peu près combien grande capacité est nécessaire dans un cas particulier. Le calcul est effectué d'abord par l'énergie d'un condensateur chargé.
Similaire se produit dans un circuit. Les condensateurs sont utilisés pour filtrer et l'isolement galvanique sont tenus de passer facilement la fréquence désirée et d'être d'une grande capacité, pour ne pas devenir un goulot d'étranglement dans le système.
