Energia unui condensator încărcat - este munca cheltuită pentru taxa lui.
din istorie
Primul condensator este considerat a fi un borcan Leyden. Acesta a dezvoltat în mod independent, o dată doi oameni de știință:
- Ewald Georg von Kleist (11 octombrie 1745).
- Pieter van Musschenbroek (1745 - 1746 ani).
elektroforus Două decenii mai târziu a apărut lumina (1762), considerat ca fiind primul condensator plan. Apoi, nu au existat termeni, taxa problemele de stocare de puțin interes. Oamenii de știință încă distractiv da taxa statică. De exemplu, van Pieter van Leyden Musschenbroek experimentat borcan elev prea ambițios, atunci când el sa dovedit a fi o sarcină electrică paralizat jumătate.
Știința nu a mers mai departe, chiar dacă lumea, inclusiv Benjamin Franklin, nu împinge locomotiva. Stadiul actual de dezvoltare a fizicii a început cu Alessandro Volta. Om de știință au dovedit este atras si intrigat de design elektroforusa. cauciuc maruntit ar putea încărcat pe termen nelimitat placă de metal. La acea vreme, sa presupus că energia electrică este transferată la fluidele din atmosferă, și Volta gândit în mod similar. Văzând că elektroforus capabil de a stoca om de știință taxa a decis să contoriza numărul.
Conceptul de Volta
După cum notează om de știință, deja în 1778 el a primit o bucatica de o diferență de potențial, pe care a numit tensiune - tensiune. Deoarece 1775 Volta aderă conceptul de capacitate - capacità, a extins profesorul lui Beccaria. Volta știe deja că elektroforus în măsură să acumuleze sarcină, dispozitivul solicită un condensator, și decide să confirme teoria practicii. În caz contrar, - pentru a găsi relația dintre tensiune, capacitatea și volumul (quantita) taxa.
Volta a început cu borcanul Leyden. El încărcat de la generatorul static și a încercat să determine energia condensatorului în trei moduri:
- scânteii Observat obținută a arcului electric prin proiectare diverse borcane Leyden încărcate cu aceeași tensiune.
- Măsurată valoarea electrostatică munca generatoare de frecare până când citirile electrometru nu au crescut la un anumit nivel.
- Evacuate un borcan Leyden în aer liber și a încercat să le compare a produs un șoc electric după timp.
Toate cele de mai sus a condus cercetatorii la descoperiri ciudate, care au ridicat un încăpător borcan Leyden (sub pătrate identice electrozi și celelalte condiții fiind egale). Acest lucru este probabil legată de viteza de descărcare în arc în aer din cauza diferențelor în curbura suprafețelor. forța de descărcare Volta legată de curentul electric fluidul mai repede curge, mai cald (prin senzații) efect. Ca rezultat, Volta a constatat, că singura diferență potențială definește procesul de apariție a șocului. El a decis că tensiunea admisibilă măsurată în două moduri:
- După valoarea vitezei statice generatorului de încărcare.
- Comparând efectul de șoc electric în timpul descărcării unui borcan Leyden.
Volta a constatat că încărcarea borcanul Leyden gol de plin, de șoc este de două ori mai puțin. Încet (1782), Volta a ajuns la concluzia că valorile de mai sus sunt legate între ele: tensiune x capacitate ~ încărcare, în lumea modernă arată ca un U C = q sau C = q / U.
Volta a concluzionat că capacitatea mai mare în cazul în care, la o tensiune mai mică dețin mai mult de încărcare. Urmată concluzia că cantitatea de lichid acumulat este direct proporțională cu suprafața plăcilor unui condensator plan. Ceea ce este în concordanță cu formulele actuale. Volta cuprinse cunoștințe pentru conductor arbitrar (experimentat cu borcane tije Leyden). Prin variația distanței dintre plăci, a constatat următoarele:
C ~ S / d.
Ce este de fapt o expresie a capacității unui condensator plan. Volta explicat prin prezența unei dependență de rezistență (rezistență) între electrozi, adică aerul. Prin schimbarea distanței, această setare reușește să fie variat în ambele direcții. Este un pic în contradicție cu conceptele moderne, dar Volta a ajutat George OMU după 40 de ani pentru a aduce relația dintre curent și tensiune.
De fapt, măsurarea se face pe baza câmpul muncii, prezintă doar din cauza pentru a încărca condensator. Este evident că a spus valoare energetică este - una dintre primele caracteristici fizice utilizate pentru a deriva expresii analitice.
unități de măsură
Energia și locul de muncă, în general, se măsoară în jouli, tensiune electrică și potențial - în volți.
Se numește diferență de potențial V, atunci când se deplasează o unitate de sarcină pozitivă între care se lucrează în 1 Joule.
capacitatea condensatorului
Arătat mai sus, și-a exprimat capacitatea de Volta condensator. Formula va fi necesară atunci când se calculează energia. Direcția liniilor de forță determinată de Coulomb, potrivit indicațiilor unui echilibru de torsiune, care permite fizicienii aduce în cele din urmă formulă proprie. Volta a fost aproape de introducerea conceptului de potențial electric, nu poate lipsi mentiunii mentorilor săi: Beccaria și Cavendish. Datorită oamenilor fizica menționate au devenit strâns să se uite cu atenție la magnetism și electricitate.
Angajarea unui câmp electric
Câmpul electric este numit potențial. Acest lucru înseamnă că lucrarea puterea lui nu depinde de traiectoria taxei, exclusiv pe energia poziției inițiale și finale. Să ne amintim, conform definiției:
Câmpul electric - această chestiune, prin care sarcinile electrice interacționează.
Un câmp electric este aplicat numai pe sarcini electrice. Creat în două moduri:
- sarcini electrice. Liniile electrice începe pozitive și se termină cu sarcini negative.
- Schimbarea câmpului magnetic. Aceasta produce o undă electromagnetică, care este utilizat într-un generator.
Când se spune că dispozitivele de radiații afectează o persoană, și se referă la componentele magnetice și electrice. Deosebit de periculos este primul care este cercetat cu mare dificultate. Câmpul electric este considerat într-un curs de școală de fizică, este considerat staționar și puterea liniilor sale sunt paralele. Două exemple:
- Să presupunem că se deplasează de încărcare de-a lungul liniilor de câmp cu o distanță L. Apoi, lucrarea este sub simplificat formula A = Fl, unde F - forța care acționează asupra taxei.
- Acum, să presupunem că taxa a fost mutat de la punctul anterior de pe prejudecată. Așa că lb calea de proiecție pe linia de alimentare este din nou l. O porțiune rectilinie, unghiul de deviere - V. Lucrarea se calculează cu formula: luând în considerare atât relațiile geometrice A = FlbcosB = Fl.
Acest caz simplu este ușor de aplicat la orice formă de linii de tensiune. Aceste lucruri înseamnă că, într-o lucrare câmp electric nu depinde de traiectoria și, prin urmare, egală cu potențialul de câmp diferența: A = P1 - P2. Formula este aplicabilă pentru orice domeniu. Pentru a se adapta exprimare, a introdus conceptul de potențial electric ca unitate de putere de sarcină pozitivă - f = f / q1. Apoi formula la locul de muncă are o opinie diferită.
Tensiunea electrică între două puncte se numește diferența de potențial dintre ele. Înmulțiți valoarea declarat de cantitatea de sarcină ca valoare specifică, obținem: A = (F1 - F2) q = U q. Potențialul peste amploarea câmp este:
p = q / 4 pi ε r,
în care q - cantitatea de câmp generatoare de încărcare; ε - constanta dielectrică a mediului (aer sau vid este unitate); Pi = 3.14; r - distanța punctului de șarja. Formula nu este potrivit pentru toate cazurile, sunt exemplare. Acceptabil aplicat taxa distribuite pe suprafața sferei, și puncte care se află în afara acestei suprafețe.
Puterea câmpului condensatorului plat
În fizică, luarea în considerare este întotdeauna realizat pe exemplul unui condensator plan, doar se întâmplă. Câmpul capacitor plat corespunde exact celei descrise mai sus.
Lăsați pe plăcile există o anumită taxă. Evident, valoarea este același lucru, dar diferite semne. Lucrările privind transferul de sarcină între electrozi este egală cu A = F d, în care un decalaj mediu lățime d. Formula conduce direct la o intensitate din cauza: A = E q d = U q (cm. de mai sus). In consecinta, putem scrie că E = U / d.
Intensitatea câmpului arată forța cu care unitatea funcționează la un punct de încărcare.
Energia condensatorului încărcat
Acum, ia în considerare modul de calculare a energiei în timpul încărcării condensatorului. Trebuie să ne amintim potențialul creat de formula un punct de încărcare. Se poate observa că scade distanța liniar. Dar, în acest caz, prima și pozitiv taxa este situat pe o a doua placă, iar al doilea opus negativ și localizat. Prin urmare, pe măsură ce mișcarea în direcția liniei de forță indicată următoarea imagine:
- taxa potențial pozitiv picături.
- Potențiale creșteri sarcină negativă.
Iar rata de schimbare este aceeași. În consecință, condensatorul plat între plăcile câmpului potențial nu se schimbă. Acum amintesc, din care depinde. În cazul în care cantitățile investigate sunt constante, cu excepția taxa acumulate pe plăcile după energizare. Deci, potențialul este în creștere treptat și liniar dependent de taxa, cu nu mai importante proces adecvat de program. Se pare o linie dreaptă.
Acest lucru înseamnă că, inițial, potențialul este zero, iar apoi crește la o anumită limită. Un grafic al numărului de potențiale taxe ar fi o linie dreaptă (timpul trece expozant). Acum, explică de ce au fost făcute concluzii:
- Este cunoscut faptul că energia este exprimată prin munca depus.
- Deci, este permis să se scrie formula W = U q. Se pare ușor, pentru că taxa este legată de capacitatea, dar ceea ce este tensiunea? Se reamintește faptul că condensator este în creștere exponențial în timpul încărcării. Ia timp integrala? Fizicienii au rezolvat deja problema.
- Potențialul (tensiune) este liniar dependent de taxa, putem concluziona că operațiunea generală de calculare a mediei este că, atunci când o linie dreaptă este redusă la diviziunea de 2.
Rezultatul: W = U q / 2. Acum substitui aici expresia obținută Alessandro Volta și afară: W = C U2 / 2. Expresia rezultată și utilizată în calcule.
măsură a energiei unui condensator încărcat
La calcularea circuitelor de filtrare de putere și alte filtre electrice reprezintă problema determinării cultelor. Se pare a fi suficientă pentru a lua formula circuitului rezonant de frecvență, dar simplitatea este înșelătoare. Este ușor de verificat că același răspuns corespunde unui set de valori. Ce să aleg?
Cu cât sursa de alimentare, dispozitiv de putere, mai multă energie aici are loc în unitatea de timp. Pentru condensator depinde de tensiune și capacitate de un pătrat, pentru o acceleratie - de curentul electric și inductanța. Audierea fluctuații singură perioadă această cifră este ușor de a lega la putere ca lucrările efectuate pe unitatea de timp.
Ca urmare, inginerul va putea spune aproximativ cât de mare capacitate este necesară într-un caz particular. Calculul se realizează inițial de energia unui condensator încărcat.
Similar se produce în orice circuit. Condensatoarele sunt utilizate pentru a filtra și izolarea galvanică sunt necesare pentru a trece cu ușurință frecvența dorită și să fie încăpător, să nu devină o piedică în sistem.
