Energia nabitého kondenzátora

Energia nabitého kondenzátora - je práca vynaložené na jeho cene.

z histórie

Prvý kondenzátor je považovaný za Leyden jar. To sa vyvíjalo nezávisle raz dvoch vedcov:

1. Ewald Georg von Kleist (11.10.1745).
2. Pieter van Musschenbroek (1745 - 1746 rok).

O dve desaťročia neskôr sa objavilo svetlo elektroforus (1762), považovanej za prvý rovinného kondenzátora. Potom tam boli žiadne termíny, poplatok za problematiku ukladania dát z malého záujmu. Zatiaľ vedci zábavné dať statický náboj. Napríklad van Pieter van Musschenbroek skúsený Leyden poháre príliš ambiciózny študentov, keď sa ukázalo, že jedna polovica-ochrnutý elektrický náboj.

Science nešiel dopredu, hoci na celom svete, vrátane Benjamina Franklina, sa tlačí lokomotívu. Súčasná etapa vývoja fyziky začal Alessandro Volta. Vedec dokázal je priťahovaný a zaujalo dizajnu elektroforusa. Strúhané kaučuk mohol neobmedzene dlho nabitý kovovú platňu. V tej dobe sa predpokladalo, že elektrina sa prevádza na tekutinách atmosféry, a myslel Volta podobne. Vidieť, že elektroforus schopná uložiť poplatok vedca rozhodli spočítať.

koncept Volta

Vzhľadom k tomu, vedec poznámok, už v roku 1778 dostal záblesk rozdielu potenciálu, ktorý on volal ťah - ťah. Vzhľadom k tomu, 1775 Volta priľne kapacitné koncept - capacity, napriahol učiteľa Beccaria. Volta už vie, že elektroforus schopné akumulovať náboj, volá zariadenia kondenzátor, a rozhodne ponechať teóriu praxe. V opačnom prípade - nájsť vzťah napätia, kapacity a objemu (Quantity) náboje.

Volta začal s Leyden poháre. On to nabité zo statického generátora a snažil sa zistiť, energia kondenzátora tromi spôsobmi:

1. Pozorovaný získať iskra z elektrického oblúka rôznymi konštrukčnými Leyden pohárov nabitých s rovnakým napätím.
2. Meraná množstvo elektrostatického generátory trecie prácu až do elektromera čítania nerástli na určitú úroveň.
3. Vybavili Leyden pohári vonku a snažil sa im zrovnať produkoval úraz elektrickým prúdom po dobu.

Všetky vyššie uvedené viedli výskumníkov k podivné zistenie, že vysoká Leyden poháre priestranný (za rovnakých štvorcov elektród a ostatné podmienky sú rovnaké). To pravdepodobne súvisí s rýchlosťou oblúkového výboja vo vzduchu kvôli rozdielom v zakrivenie povrchu. Volta výboj sily spojené s elektrickým prúdom tým rýchlejšie prúdiacej kvapaliny, teplejšie (o pocitoch) účinok. Ako výsledok, Volta našiel to, že jediný rozdiel potenciálov definuje proces vzniku šoku. Usúdil, že prípustné napätie meria dvoma spôsobmi:

1. Po množstve statické rýchlosti nabíjania generátora.
2. Porovnávajúca účinok úrazu elektrickým prúdom pri vypúšťaní Leyden pohára.

Volta zistené, že spoplatnenie Leyden pohári prázdnu plný šok je dvakrát menej. Pomaly (1782) Volta dospel k záveru, že vyššie uvedené hodnoty sa vzťahujú k sebe navzájom: napätie x kapacity ~ zaťaženie, v modernom svete vyzerá ako U C = Q alebo C = Q / U.

Volta dospel k záveru, že kapacita väčšia, ak pri nižšom napätí držať väčší náboj. Nasledoval záveru, že množstvo akumulované kvapaliny je priamo úmerná ploche dosiek roviny kondenzátora. Čo je v súlade so súčasnými vzorcami. Volta zhrnuté poznatky k ľubovoľnému vodičmi (experimentoval s tyčou Leyden pohárov). Zmenou vzdialenosti medzi doskami, nájdené nasledujúce:

C ~ S / d.

Čo je vlastne vyjadrením kapacity rovinného kondenzátora. Volta vysvetliť prítomnosťou závislosti odporu (rezistencia) medzi elektródami, čo znamená, že vzduch. Zmenou vzdialenosti, toto nastavenie dokáže byť menený v oboch smeroch. Je to trochu v rozpore s moderným poňatie, ale Volta pomáhal George omu po 40 rokoch, aby vzťah medzi prúdom a napätím.

V skutočnosti, meranie je vykonávané na základe pracovnej oblasti vykazujú len kvôli nabitie kondenzátora. Je zrejmé, že uvedené energetická hodnota - jeden z prvých fyzikálnych vlastností použitých na odvodenie analytických výrazov.

jednotky merania

Energia a práca sa zvyčajne meria v jouloch, elektrického napätia a potenciálu - vo voltoch.

Vyzvala volt potenciálny rozdiel, keď sa pohybuje jednotkovú kladný náboj, medzi ktorými práce sa vykonáva v 1 joulov.

kapacita kondenzátora

je uvedené vyššie, vyjadrený Volta kondenzátorom. Pri výpočte energie bude potrebné vzorec. Smer pôsobenia silových čiar určuje Coulomb, podľa indikácie rovnováhy torznej, čo fyzici nakoniec priniesť vlastný vzorec. Volta bol blízko k zavedeniu konceptu elektrického potenciálu, nemôže zbaviť zmienku o jeho radcov: Beccaria a Cavendish. Vďaka ľuďom, spomínaných fyziky sa stal úzko pozorne pozerať na magnetizmu a elektriny.

Zamestnávanie elektrickom poli

Elektrické pole sa nazýva potenciál. To znamená, že práca jeho sily nezávisí na trajektóriu poplatku, len na energiu počiatočné a koncovej polohe. Pripomeňme, podľa definície:

Elektrické pole - to záležitosť, ktorou sa elektrické náboje komunikovať.

Elektrické pole je aplikované len na elektrických nábojov. Vytvorený dvoma spôsobmi:

1. Elektrické náboje. Elektrické vedenie začína na pozitívne a skončiť s negatívnymi nábojmi.
2. Zmena magnetického poľa. To vytvára elektromagnetické vlny, ktorá je použitá v generátore.

Keď hovoria, že prostriedky žiarenie postihnuté osoby, a odkazuje na magnetických a elektrických komponentov. Zvlášť nebezpečné je prvý, ktorý je premietaný s veľkými ťažkosťami. Elektrické pole je považovaný v školskom kurzu fyziky, je to stacionárne a sila jeho línie sú rovnobežné. Dva príklady:

1. Predpokladajme, že náboj pohybuje pozdĺž siločiar o vzdialenosť l. Potom je práca v rámci zjednodušeného vzorca A = Fl, kde F - sila pôsobiaca na náboj.
2. Teraz predpokladajme, že obvinenia bola presunutá z predchádzajúceho bodu na zaujatosť. Takže výstupok cesta lb na elektrickom vedení je opäť l. Priamočiaru časť, je uhol vychýlenia - V. Práca sa vypočíta podľa vzorca, ktorý počíta ako geometrické vzťahy A = FlbcosB = Fl.

Tento jednoduchý prípad je ľahko aplikovateľný na akúkoľvek formu ťažných liniek. Tieto veci znamená, že v elektrickom poli práce nezávisí na dráhe, a tým aj sa rovná rozdielu potenciálov pole: A = P1 - P2. Vzorec platí pre akékoľvek oblasti. Pre prispôsobenie expresie, predstavil poňatie elektrický potenciál ako napájací jednotky kladného náboja - f = f / Q1. Potom vzorec pre prácu má iný názor.

Elektrické napätie medzi dvoma bodmi je nazývaná potenciálny rozdiel medzi nimi. Vynásobením uvedenú hodnotu o výške poplatku ako konkrétna hodnota, dostávame: A = (F1 - F2), q = U q. Potenciál cez pole veľkosť je:

p = q / 4 pi ε r,

kde q - množstvo náboja oblasti energie; ε - dielektrická konštanta média (vzduch alebo vákuum je jednota); Pi = 3,14; r - vzdialenosť bodu od nálože. Vzorec nie je vhodný pre všetky prípady, sú iba príkladné. Prijateľné aplikuje na náboje distribuované na povrchu gule, a body, ktoré ležia mimo uvedenej plochy.

Intenzita poľa plochého kondenzátora

Vo fyzike, úvaha je vždy vykonávaná na príklade rovinného kondenzátora, proste sa to stane. Pole byt kondenzátor presne zodpovedá vyššie popísaným postupom.

Pozrime sa na doskách existuje určitý náboj. Je zrejmé, že množstvo to je rovnaké, ale rôzne príznaky. Práce na prenose náboja medzi elektródami je rovná A = F D, kde stredná medzera šírke d. Vzorec priamo vedie do intenzity vzhľadom k: A = E Q d = U q (cm. vyššie). V dôsledku toho môžeme napísať, že e = U / d.

Sila poľa ukazuje silu, ktorú jednotka pracuje pri bodového náboja.

Energia nabitého kondenzátora

Teraz zvážiť, ako vypočítať energie pri nabíjaní kondenzátora. Musíme mať na pamäti, vzorec potenciál vytvorené pomocou bodového náboja. Je možné vidieť, že sa znižuje lineárne vzdialenosť. Ale v tomto prípade, prvý a kladný náboj je umiestnený na druhej doske a druhá negatívne a nachádza naproti. Preto, ako pohyb v smere čiary sily je uvedené nasledujúci obrázok:

1. Kladný náboj potenciálny kvapky.
2. Prípadné negatívny náboj zvyšuje.

A rýchlosť zmeny je rovnaký. V dôsledku toho je plochá kondenzátor medzi doskami potenciálneho poľa nemení. Teraz pamätať, z ktorých záleží. V prípade, že skúmané veličiny sú konštantné, s výnimkou náboja nahromadené na doskách po obnovení napájania. Takže potenciál sa postupne zvyšuje a lineárne závislá na starosti, bez toho aby už dôležitého plánu riadneho procesu. Ukazuje priamku.

To znamená, že najprv je potenciál nulový, a potom sa zvyšuje do určitej výšky. Graf počtu potenciálnych nákladov by priamka (čas beží vystavovateľ). Teraz vysvetliť, prečo boli tieto závery:

1. Je známe, že energia je vyjadrená v práci vynaloženú.
2. Tak, že je prípustné napísať vzorec W = U q. Vyzerá to ľahké, pretože poplatok sa týka kapacity, ale to, čo je napätie? Je potrebné pripomenúť, že kondenzátor rastie exponenciálne v priebehu nabíjania. Urobte si čas integrálne? Fyzici už vyriešili problém.
3. Potenciál (napätie) je lineárne závislý na náboji, sme došli k záveru, že celkový prevádzka priemerovanie je, že keď je priamka redukuje na delenie 2.

Výsledok: W = U q / 2. Teraz nahradiť tu expresiu získané Alessandro Volta a von: W = C U2 / 2. Vzniknutý expresné a použité pri výpočtoch.

Miera energie nabitého kondenzátora

Pri výpočte výkone filtračných obvodov a ďalšie elektrické filtre stojí problém určovaní nominálnych hodnôt. Zdá sa, že stačí, aby sa vzorec rezonančného obvodu kmitočtu, ale jednoduchosť je klamná. Je ľahké overiť, že rovnaká odpoveď zodpovedá sade hodnôt. Ktorý si vybrať?

Čím väčšia je napájací zdroj, napájanie zariadení, tým väčšiu energiu tu koná za jednotku času. U kondenzátora závisí od napätia a kapacitné štvorca, pre plyn - elektrickým prúdom a indukčnosti. Sluchu jednotlivé výkyvy dobových tento údaj možno ľahko uviazať k moci ako vykonanú prácu za jednotku času.

V dôsledku toho bude inžinier môcť povedať, približne, aká veľká kapacita je potrebné v konkrétnom prípade. Výpočet sa vykonáva spočiatku energiou nabitého kondenzátora.

Podobne ako sa vyskytuje v každom okruhu. Kondenzátory sú využívané na filtrovanie a galvanické oddelenie sa požaduje, aby ľahko zložiť požadovanú frekvenciu a byť priestranná, aby sa nestala prekážkou v systéme.