A energia do capacitor carregado

A energia de um capacitor carregado - é o trabalho gasto em seu cargo.

da história

O primeiro condensador é considerada como sendo uma garrafa de Leyden. É desenvolvido de forma independente uma vez que dois cientistas:

1. Ewald Georg von Kleist (11 de outubro de 1745).
2. Pieter van Musschenbroek (1745 - 1746 anos).

Duas décadas mais tarde apareceram a luz elektroforus (1762), considerado como o primeiro condensador planar. Então não havia termos, charge problemas de armazenamento de pouco interesse. Os cientistas ainda divertido dar carga estática. Por exemplo, van Pieter van Musschenbroek experimentado Leyden jar estudante ambicioso demais, quando ele acabou por ser uma carga elétrica paralisou metade.

Ciência não ir para a frente, mesmo que o mundo, incluindo Benjamin Franklin, não empurrando locomotiva. O atual estágio de desenvolvimento da física começou com Alessandro Volta. Cientista provou é atraído e intrigado elektroforusa design. borracha ralado podia indefinidamente carregada placa de metal. Nessa altura, foi assumido que a electricidade é transferido para os fluidos da atmosfera, e Volta pensado de forma semelhante. Vendo que elektroforus capaz de armazenar cientista encarregado decidiu contar o número.

O conceito da Volta

Como observa o cientista, já em 1778 ele conseguiu um vislumbre de uma diferença de potencial, que ele chamou de tensão - tensão. Desde 1775 Volta adere conceito capacitância - Capacita, estendeu seu professor Beccaria. Volta já sabe que elektroforus capaz de acumular carga, chama o dispositivo de um capacitor, e decide confirmar a teoria da prática. Caso contrário - para encontrar a relação de tensão, capacidade e volume de carga (quantita).

Volta começou com a garrafa de Leyden. Ele cobrado-lo a partir do gerador estático e tentou determinar a energia do capacitor de três maneiras:

1. faísca obtido observada do arco eléctrico, por design de várias garrafas de Leyden carregadas com a mesma tensão.
2. Medido a quantidade de trabalho a geradores de atrito electrostática até as leituras Electrometer não cresceram para um certo nível.
3. Descarregada uma garrafa de Leyden ao ar livre e tentou comparar os produziu um choque elétrico após o tempo.

Todos os itens acima levou os investigadores a resultados estranhos que alta um espaçoso garrafa de Leyden (sob eletrodos quadrados idênticos e outras condições são iguais). Isto está provavelmente relacionado com a velocidade da descarga de arco no ar devido a diferenças na curvatura das superfícies. Volta força de descarga ligado à corrente eléctrica o fluido de escoamento mais rápido, o efeito mais quente (por sensações). Como resultado, Volta encontrado, que a única diferença de potencial define o processo de surgimento de choque. Ele decidiu que a tensão permissível medida de duas maneiras:

1. Após a quantidade de velocidade do gerador carga estática.
2. Comparando-se o efeito de um choque eléctrico durante a descarga de uma garrafa de Leyden.

Volta descobriram que o carregamento da garrafa de Leyden vazio de cheio, choque é duas vezes menos. Lentamente (1782) Volta chegou à conclusão de que os valores acima referem-se uns aos outros: a tensão x ~ capacidade de carga, no mundo moderno parece com um L C = Q ou C = Q / U.

Volta concluiu que a capacidade da maior onde a uma voltagem mais baixa segurar mais carga. Seguido pela conclusão de que a quantidade de fluido acumulado é directamente proporcional à área das placas de um condensador plano. Que é consistente com as fórmulas atuais. Volta resumidos conhecimento ao condutor arbitrário (experiências com frascos de hastes de Leiden). Variando a distância entre as placas, encontrado o seguinte:

C ~ S / d.

O que é realmente uma expressão da capacidade de um capacitor avião. Volta explicado pela presença de uma dependência da resistência (resistência) entre os eléctrodos, o que significa que o ar. Ao alterar a distância, essa configuração consegue ser variada em ambas as direções. É um pouco inconsistente com os conceitos modernos, mas Volta ajudou George Omu após 40 anos para trazer a relação entre corrente e tensão.

Na verdade, a medição é feita com base no trabalho de campo, exposição apenas devido ao carregar o capacitor. É óbvio que disse valor energético é - uma das primeiras características físicas usadas para derivar expressões analíticas.

unidades de medida

Energia e trabalho geralmente é medido em joules, tensão elétrica e potencial - em volts.

É chamado volts diferença de potencial, ao mover uma carga positiva unidade entre os quais o trabalho é realizado em 1 joule.

capacitância do condensador

Mostrado acima, expressa Volta condensador de capacidade. A fórmula será necessária para o cálculo da energia. A direcção das linhas de força determinada por Coulomb, de acordo com as indicações de uma balança de torção, permitindo que os físicos, eventualmente, levar própria fórmula. Volta estava perto da introdução do conceito de potencial elétrico, não pode privar a menção de seus mentores: Beccaria e Cavendish. Graças às pessoas mencionadas física tornou-se perto para olhar de perto para o magnetismo ea eletricidade.

Emprego de um campo elétrico

O campo elétrico é chamado de potencial. Isto significa que o trabalho de sua força não depende da trajetória da carga, apenas com a energia da posição inicial e final. Recordar, de acordo com a definição:

Campo elétrico - este assunto, por que cargas elétricas interagir.

Um campo elétrico é aplicado apenas em cargas elétricas. Criado de duas maneiras:

1. As cargas elétricas. As linhas de energia início em positivo e acabar com cargas negativas.
2. Alterar campo magnético. Isto produz uma onda electromagnética que é utilizado num gerador.

Quando eles dizem que os dispositivos de radiação afeta uma pessoa, e refere-se aos componentes eléctricos e magnéticos. Especialmente perigoso é o primeiro que é exibido com grande dificuldade. O campo eléctrico é considerado num curso de ensino da física, considera-se estacionária e a força das suas linhas são paralelas. Dois exemplos:

1. Suponhamos que a carga se move ao longo das linhas do campo por uma distância l. Em seguida, o trabalho é sob a fórmula simplificada A = Fl, onde F - a força que actua sobre a carga.
2. Agora vamos supor que a carga se moveu a partir do ponto anterior sobre o preconceito. De modo que o caminho lb projecção sobre a linha de alimentação é novamente l. Uma porção rectilínea, o ângulo de deflexão - V. O trabalho é calculada pela fórmula levando em conta ambas as relações geométricas A = FlbcosB = FL.

Este caso simples é fácil de aplicar-se a qualquer forma de linhas de tensão. Essas coisas significa que, em um trabalho de campo eléctrico não depende da trajetória e, portanto, igual aos potenciais de campo diferença: A = P1 - P2. A fórmula é aplicável para qualquer campo. Para adaptar expressão, introduziu o conceito de potencial elétrico como a unidade de potência de carga positiva - f = f / Q1. Em seguida, a fórmula para o trabalho tem uma visão diferente.

tensão elétrica entre dois pontos é chamado a diferença de potencial entre eles. Multiplicando referido valor pela quantidade de carga como o valor específico, obtemos: A = (F1 - F2) q = U q. O potencial do outro lado da magnitude campo é:

p = q / 4 pi r ε,

em que Q - quantidade de campo geradores de carga; ε - constante dieltrica do meio (ar ou vácuo é a unidade); Pi = 3,14; r - distância do ponto da referida carga. A fórmula não é adequado para todos os casos, são exemplares. Aceitável aplicada à carga distribuída sobre a superfície da esfera, e os pontos que se encontram do lado de fora da dita superfície.

A força do campo do condensador plano

Na física, a consideração é sempre realizada no exemplo de um capacitor de avião, apenas acontece. Campo capacitor plana corresponde exatamente ao descrito acima.

Vamos sobre as placas há uma certa carga. Obviamente, a quantidade do que é o mesmo, mas diferentes sinais. O trabalho sobre a transferência de carga entre os eléctrodos é igual a A = F d, em que uma diferença média largura d. Fórmula leva directamente a uma intensidade devido a: A = E = d q q L (centímetros. acima). Consequentemente, podemos escrever que E = U / d.

A força do campo mostra a força com a qual o aparelho funciona a uma carga pontual.

A energia do capacitor carregado

Agora, considere como calcular a energia durante o carregamento do capacitor. Precisamos lembrar potencial fórmula criado por uma carga pontual. Pode ser visto que ela diminui linearmente à distância. Mas neste caso, o primeiro e positivo carga está localizada em uma segunda placa ea segunda oposto negativo e localizado. Portanto, como o movimento no sentido da linha de força indicou o seguinte quadro:

1. carga positiva potenciais gotas.
2. Potenciais aumentos de carga negativa.

E a taxa de mudança é o mesmo. Consequentemente, o capacitor plana entre as placas do campo potencial não muda. Agora lembre-se, a partir do qual depende. No caso das quantidades investigados são constantes com excepção carga acumulada nas placas depois de energização. Assim, o potencial está a aumentar gradualmente e linearmente dependente da carga, sem mais importante processo adequado programação. Acontece uma linha reta.

Isto significa que, inicialmente, o potencial é zero, e depois aumenta até um certo limite. Um gráfico do número de cargas potenciais seria uma linha reta (o tempo passa expositor). Agora explicar por que as conclusões foram feitas:

1. Sabe-se que a energia é expressa pelo trabalho despendido.
2. Assim, é permitido escrever a fórmula W = U q. Parece fácil, porque a carga está relacionada com a capacidade, mas qual é a tensão? Recorde-se que o capacitor está crescendo exponencialmente durante o carregamento. Aproveite o tempo integral? Os físicos já ter resolvido o problema.
3. O potencial (tensão) é linearmente dependente da carga, conclui-se que a operação global de cálculo da média é que quando uma linha recta é reduzida para a divisão por dois.

O resultado: W = U Q / 2. Agora substituir aqui a expressão obtida Alessandro Volta, e para fora: W = C U2 / 2. A expressão resultante e usado nos cálculos.

medida da energia de um capacitor carregado

Ao calcular os circuitos de filtro de energia e outros filtros elétricos ergue-se o problema de determinar as denominações. Ele parece ser suficiente para tomar a fórmula de circuito de ressonância à frequência, mas a simplicidade é enganadora. É fácil verificar que a mesma resposta corresponde a um conjunto de valores. Qual escolher?

Quanto maior for a fonte de alimentação, dispositivo de poder, maior energia aqui tem lugar na unidade de tempo. Para condensador é dependente da voltagem e da capacitância de um quadrado, de um regulador de pressão - pela corrente eléctrica e a indutância. Ouvindo flutuações único período este número é fácil de empate ao poder como o trabalho realizado por unidade de tempo.

Como resultado, o engenheiro será capaz de dizer aproximadamente quanto de grande capacidade é necessária em um caso particular. O cálculo é realizado inicialmente pela energia de um capacitor carregado.

Semelhante ocorre em qualquer circuito. Condensadores são usados ​​para filtrar e isolamento galvânico são obrigados a passar facilmente a frequência desejada e a ser volumosos, e não para se tornar um gargalo no sistema.