L'energia di un condensatore carico - è il lavoro speso per la sua carica.
dalla storia
Il primo condensatore è considerato come una bottiglia di Leida. Si è sviluppato in modo indipendente una volta due scienziati:
- Ewald Georg von Kleist (11 Ottobre 1745).
- Pieter van Musschenbroek (1745 - 1746 anni).
elektroforus due decenni dopo la luce apparve (1762), considerato come il primo condensatore planare. Poi non c'erano termini, la carica questioni di scarso interesse di stoccaggio. Gli scienziati ma divertente danno carica statica. Ad esempio, van Pieter van Leyden Musschenbroek sperimentato vaso troppo ambizioso studente, quando si rivelò essere una carica elettrica semi-paralizzato.
La scienza non è andato avanti, anche se il mondo, tra cui Benjamin Franklin, non spingendo locomotiva. La fase attuale di sviluppo della fisica è iniziato con Alessandro Volta. Scienziato dimostrato è attratto e incuriosito il design elektroforusa. gomma grattugiato potrebbe piastra metallica indefinitamente carica. A quel tempo, è stato ipotizzato che l'elettricità viene trasferito ai fluidi dell'atmosfera, e Volta pensò simile. Vedendo che elektroforus in grado di memorizzare scienziato carica ha deciso di contare il numero.
Il concetto di Volta
Come osserva scienziato, già nel 1778 ha ottenuto un assaggio di una differenza di potenziale, che ha chiamato la tensione - tensione. Dal 1775 aderisce Volta capacità concept - capacita, esteso il suo maestro Beccaria. Volta sa già che elektroforus in grado di accumulare carica, chiama il dispositivo di un condensatore, e decide di confermare la teoria della pratica. In caso contrario - per trovare il rapporto di tensione, la capacità e il volume di carica (quantita).
Volta è iniziata con la bottiglia di Leida. Ha caricato dal generatore statico e cercato di determinare l'energia del condensatore in tre modi:
- Osservata scintilla ottenuto dell'arco elettrico da vari disegno Bottiglia di Leida praticati con la stessa tensione.
- Misurata la quantità di lavoro generatori attrito elettrostatico finché i valori elettrometro non sono cresciuti ad un certo livello.
- Scaricata una bottiglia di Leida all'aperto e trovato a confrontarli prodotto una scossa elettrica dopo tempo.
Tutto quanto sopra ha portato i ricercatori a strani risultati che alto un vaso capiente Leida (sotto quadrati identici elettrodi e parità di altre condizioni). Questo è probabilmente legato alla velocità della scarica ad arco in aria a causa di differenze nella curvatura delle superfici. forza scarico Volta legata alla corrente elettrica il fluido che scorre veloce, l'effetto più caldo (da sensazioni). Come risultato, Volta trovato, che l'unica differenza potenziale definisce il processo di emergenza di shock. Ha deciso che la tensione ammissibile misurata in due modi:
- Dopo la quantità di velocità generatore di carica statica.
- Confrontando l'effetto di shock elettrico durante la scarica di una bottiglia di Leida.
Volta trovato che la carica della bottiglia di Leida vuoto completo, shock è due volte più meno. Lentamente (1782) Volta è giunto alla conclusione che i valori di cui sopra in relazione tra loro: la tensione x capacità di ~ di carico, nel mondo moderno si presenta come un U C = q o C = q / U.
Volta concluso che la capacità di una maggiore dove ad una tensione inferiore contenere più carica. Seguita dalla conclusione che la quantità di liquido accumulato è direttamente proporzionale all'area delle armature di un condensatore piano. Che è coerente con le formule correnti. Volta sintetizzato conoscenza per conduttore arbitraria (sperimentato vasi aste Leyden). Variando la distanza tra le piastre, trovato il seguente:
C ~ S / d.
Ciò che è effettivamente espressione della capacità di un condensatore piano. Volta spiegato dalla presenza di una dipendenza della resistenza (resistenza) tra gli elettrodi, cioè l'aria. Variando la distanza, questa impostazione riesce ad essere variato in entrambe le direzioni. E 'un po' incoerente con i concetti moderni, ma Volta aiutato George Omu dopo 40 anni per portare la relazione tra corrente e tensione.
Infatti, la misurazione viene effettuata sulla base del campo di lavoro, mostre dovuto solo per caricare il condensatore. È ovvio che detto valore energetico è - una delle prime caratteristiche fisiche utilizzate per derivare espressioni analitiche.
unità di misura
Energia e lavoro è generalmente misurata in joule, tensione elettrica e potenziale - in volt.
Si chiama volt differenza di potenziale, quando si sposta una carica positiva apparecchio tra cui il lavoro viene eseguito in 1 joule.
capacità del condensatore
Mostrato sopra, espressa condensatore capacità Volta. La formula sarà necessaria per il calcolo dell'energia. La direzione delle linee di forza determinata dalla Coulomb, secondo le indicazioni di una bilancia di torsione, consentendo fisici eventualmente portare propria formula. Volta era vicino alla introduzione del concetto di potenziale elettrico, non può privare la menzione dei suoi mentori: Beccaria e Cavendish. Grazie alle persone citate fisica è diventato a stretto contatto per guardare da vicino al magnetismo ed elettricità.
Impiego di un campo elettrico
Il campo elettrico si chiama potenziale. Ciò significa che il lavoro della sua forza non dipende dalla traiettoria della carica, sulla sola energia della posizione iniziale e finale. Ricordiamo, secondo la definizione:
Campo elettrico - questa materia, per cui le cariche elettriche interagiscono.
Un campo elettrico viene applicato solo su cariche elettriche. Creata in due modi:
- cariche elettriche. Linee elettriche iniziano il positivo e terminano con cariche negative.
- La modifica del campo magnetico. Questo produce un'onda elettromagnetica che viene utilizzato in un generatore.
Quando si dice che i dispositivi di radiazione colpisce una persona, e si riferisce ai componenti magnetici ed elettrici. Particolarmente pericoloso è il primo che viene proiettato con grande difficoltà. Il campo elettrico viene considerata in una scuola corso di fisica, è considerata stazionaria e la forza delle sue linee sono parallele. Due esempi:
- Supponiamo che l'carica si muove lungo le linee di campo da una distanza l. Allora il lavoro è sotto la formula semplificata A = Fl, dove F - la forza che agisce sulla carica.
- Ora supponiamo che la carica si è spostato dal punto precedente in sbieco. In modo che il percorso lb proiezione sulla linea di alimentazione è di nuovo l. Una porzione rettilinea, l'angolo di deflessione - V. L'opera è calcolata con la formula tenendo conto sia le relazioni geometriche A = FlbcosB = Fl.
Questo semplice caso è facile da applicare a qualsiasi forma di linee di tensione. Queste cose significa che in un lavoro di campo elettrico non dipende traiettoria e, quindi, pari ai potenziali di campo differenza: A = P1 - P2. La formula è applicabile per qualsiasi campo. Per adattarsi espressione, introdotto il concetto di potenziale elettrico come unità di alimentazione di carica positiva - f = f / q1. Allora la formula di lavoro prende una vista differente.
Tensione elettrica tra due punti è chiamata la differenza di potenziale tra di loro. Moltiplicando detto valore della quantità di carica come valore specifico, otteniamo: A = (F1 - F2) q = q U. Il potenziale attraverso la grandezza di campo è:
p = q / 4 pi ε r,
in cui q - quantità di campo di generazione di carica; ε - costante dielettrica del mezzo (aria o vuoto viene unità); Pi = 3.14; r - distanza del punto da detta carica. La formula non è adatto per tutti i casi, sono esemplari. Accettabile applicato alla carica distribuiti sulla superficie della sfera, ei punti che si trovano al di fuori di detta superficie.
L'intensità di campo del condensatore piatta
In fisica, il corrispettivo è sempre condotta sulla esempio di un condensatore piano, semplicemente accade. condensatore piatto campo corrisponde esattamente a quello sopra descritto.
Lasciate sulle piastre v'è una certa carica. Ovviamente, la quantità di esso è lo stesso, ma segni diversi. Lavoro sul trasferimento di carica tra gli elettrodi è uguale a A = F d, in cui una larghezza gap medio d. Formula conduce direttamente ad un'intensità causa di: A = E q d = U q (cm. sopra). Di conseguenza, possiamo scrivere che E = U / d.
L'intensità del campo mostra la forza con cui l'unità funziona a una carica puntiforme.
L'energia del condensatore caricato
Consideriamo ora come calcolare l'energia durante la carica del condensatore. Abbiamo bisogno di ricordare potenziale formula creata da una carica punto. Si può notare che decresce linearmente distanze. Ma in questo caso, il primo e positivo carica è situato su una seconda piastra e il secondo fronte negativo e situato. Pertanto, mentre il movimento nella direzione della linea di forza indicata la seguente immagine:
- carica positiva potenziali gocce.
- I potenziali di carica aumenta negativi.
E il tasso di variazione è la stessa. Di conseguenza, il condensatore piatta tra le piastre del campo potenziale non cambia. Ora ricordate, da cui dipende. Nel caso in cui le quantità sono indagate costante tranne carica accumulata sulle piastre dopo eccitazione. Quindi il potenziale sta aumentando gradualmente e linearmente dipendente dalla carica, con non più importante processo programma adeguato. Si scopre una linea retta.
Ciò significa che inizialmente il potenziale è zero, e quindi aumenta ad un certo limite. Un grafico del numero di potenziali oneri sarebbe una linea retta (il tempo passa espositore). Ora, spiegano il motivo per cui le conclusioni sono state fatte:
- E 'noto che l'energia è espressa dal lavoro speso.
- Quindi, è consentito scrivere la formula W = U q. Sembra facile, perché la carica è legata alla capacità, ma che cosa è la tensione? Si ricorda che il condensatore è in crescita esponenziale durante la carica. Prendete il tempo integrale? I fisici hanno già risolto il problema.
- Il potenziale (tensione) è linearmente dipendente dalla carica, concludiamo che il funzionamento complessivo di media è che quando una retta si riduce alla divisione per 2.
Il risultato: W = U q / 2. Ora sostituite qui l'espressione ottenuta Alessandro Volta, e fuori: W = C U2 / 2. L'espressione risultante e utilizzato nei calcoli.
misura dell'energia di un condensatore caricato
Nel calcolare i circuiti di filtro di potenza e altri filtri elettrici sorge il problema di determinare i tagli. Sembra sufficiente prendere la formula del circuito risonante frequenza, ma la semplicità è ingannevole. È facile verificare che la stessa risposta corrisponde a un insieme di valori. Quale scegliere?
La maggiore fonte di alimentazione, dispositivo di potenza, la maggiore energia qui avviene nell'unità di tempo. Per il condensatore dipende dalla tensione e la capacità di un quadrato, per una valvola a farfalla - dalla corrente elettrica e induttanza. Sentite fluttuazioni uniperiodali questa figura è facile da legare al potere come il lavoro svolto per unità di tempo.
Come risultato, il tecnico potrà dire approssimativamente la grande capacità necessaria in un caso particolare. Il calcolo viene effettuato inizialmente con l'energia di un condensatore caricato.
Simile si verifica in qualsiasi circuito. Condensatori vengono usati per filtrare e isolamento galvanico sono tenuti a superare facilmente la frequenza desiderata ed essere capiente, non diventare un collo di bottiglia nel sistema.
