Электр энергиясы изилдене баштагандан бери 1745-жылы гана Эвальд Юрген фон Клейст жана Питер ван Мушенбрук аны топтоо жана сактоо маселесин чече алышкан. Лейденде (Голландия) түзүлгөн аппарат электр энергиясын топтоп, керек болгондо колдонууга мүмкүндүк берди.
Лейден банкасы - конденсатордун прототиби. Аны физикалык эксперименттерде колдонуу электр энергиясын изилдөөнү алда канча алдыга жылдырды, электр тогунун прототибин түзүүгө мүмкүндүк берди.
Конденсатор деген эмне
Электр зарядын жана электр энергиясын чогултуу - конденсатордун негизги максаты. Адатта, бул бири-бирине мүмкүн болушунча жакын жайгашкан эки изоляцияланган өткөргүчтөрдүн системасы. Өткөргүчтөрдүн ортосундагы боштук диэлектрик менен толтурулган. Өткөргүчтөргө топтолгон заряд башкача тандалат. Тартыла турган карама-каршы заряддардын касиети анын көбүрөөк топтолушуна өбөлгө түзөт. Диэлектрик кош роль ойнойт: диэлектрдик өтүмдүүлүк канчалык чоң болсо, электр сыйымдуулугу ошончолук чоң болот, заряддар тоскоолдукту жеңе албайт жананейтралдаштыруу.
Электр кубаттуулугу – конденсатордун зарядды топтоо жөндөмүн мүнөздөгөн негизги физикалык чоңдук. Өткөргүчтөр плиталар деп аталат, конденсатордун электр талаасы алардын ортосунда топтолгон.
Заряддалган конденсатордун энергиясы, сыягы, анын сыйымдуулугуна жараша болушу керек.
Электр кубаттуулугу
Энергия потенциалы (чоң электр кубаттуулугу) конденсаторлорду колдонууга мүмкүндүк берет. Заряддалган конденсатордун энергиясы кыска токтун импульсун колдонуу зарыл болгондо колдонулат.
Электр кубаттуулугу кандай чоңдуктарга көз каранды? Конденсаторду заряддоо процесси анын пластинкаларын ток булагынын уюлдарына туташтыруудан башталат. Конденсатордун заряды катары бир пластинкада топтолгон заряд (анын мааниси q) алынат. Пластиналардын ортосунда топтолгон электр талаасынын потенциалдык айырмасы бар U.
Электр кубаттуулугу (C) бир өткөргүчтө топтолгон электр энергиясынын көлөмүнө жана талаанын чыңалуусуна жараша болот: C=q/U.
Бул маани F (фарад) менен өлчөнөт.
Бүткүл Жердин кубаттуулугу конденсатордун сыйымдуулугу менен салыштырууга болбойт, анын көлөмү болжол менен блокноттун көлөмүнө барабар. Чогулган күчтүү зарядды унааларда колдонсо болот.
Бирок, плиталарга чексиз сандагы электр энергиясын топтоо мүмкүн эмес. Чыңалуу максималдуу мааниге жеткенде, конденсатор бузулушу мүмкүн. плиталарнейтралдаштырылган, бул аппаратка зыян келтириши мүмкүн. Заряддалган конденсатордун энергиясы толугу менен аны ысытууга сарпталат.
Энергетикалык баалуулук
Конденсатордун ысытуусу электр талаасынын энергиясынын ички энергияга айланышы менен шартталган. Конденсатордун зарядды жылдыруу үчүн иштөө жөндөмдүүлүгү электр энергиясынын жетиштүү запасы бар экендигин көрсөтөт. Заряддалган конденсатордун энергиясы канчалык жогору экенин аныктоо үчүн аны разряддоо процессин карап көрөлү. У чыңалуудагы электр талаасынын таасири астында бир пластинкадан экинчи пластинкага q заряды өтөт. Аныктама боюнча талаанын иши потенциалдар айырмасынын жана заряддын көлөмүнүн көбөйтүндүсүнө барабар: A=qU. Бул катыш туруктуу чыңалуунун мааниси үчүн гана жарактуу, бирок конденсатор пластинкаларында разряддоо процессинде ал акырындык менен нөлгө чейин төмөндөйт. Так эместиктерди болтурбоо үчүн биз анын орточо маанисин U/2 алабыз.
Электр сыйымдуулугу формуласынан бизде: q=CU.
Бул жерден заряддалган конденсатордун энергиясын формула менен аныктоого болот:
W=CU2/2.
Биз анын мааниси канчалык чоң болсо, электр кубаттуулугу жана чыңалуу ошончолук жогору экенин көрүп турабыз. Заряддалган конденсатордун энергиясы деген суроого жооп берүү үчүн алардын түрлөрүнө кайрылалы.
Конденсаторлордун түрлөрү
Конденсатордун ичинде топтолгон электр талаасынын энергиясы анын сыйымдуулугуна түздөн-түз байланыштуу болгондуктан, ал эми конденсаторлордун иштеши алардын конструкциялык өзгөчөлүктөрүнө жараша болгондуктан, сактоочу түзүлүштөрдүн ар кандай түрлөрү колдонулат.
- Пластинкалардын формасы боюнча: жалпак, цилиндрдик, сфералык ж.б.e.
- Сыйымдуулукту өзгөртүү менен: туруктуу (сийимдүүлүк өзгөрбөйт), өзгөрүлмө (физикалык касиеттерин өзгөртүү менен сыйымдуулукту өзгөртөбүз), тюнинг. Сыйымдуулукту өзгөртүү температураны, механикалык же электрдик стрессти өзгөртүү жолу менен жүргүзүлүшү мүмкүн. Триммердин конденсаторлорунун сыйымдуулугу плиталардын аянтын өзгөртүү менен өзгөрөт.
- Диэлектрик түрү боюнча: газ, суюк, катуу диэлектрик.
- Диэлектриктердин түрү боюнча: айнек, кагаз, слюда, металл-кагаз, керамикалык, ар кандай составдагы жука катмарлуу пленкалар.
Түрүнө жараша башка конденсаторлор да айырмаланат. Заряддалган конденсатордун энергиясы диэлектриктин касиеттерине жараша болот. Негизги чоңдук диэлектрдик өткөрүмдүүлүк деп аталат. Электр кубаттуулугу ага түз пропорционалдуу.
Плита конденсатор
Электр зарядын чогултуу үчүн эң жөнөкөй түзүлүштү - жалпак конденсаторду карап көрөлү. Бул эки параллелдүү пластинадан турган физикалык система, алардын ортосунда диэлектрдик катмар бар.
Плиталардын формасы тик бурчтуу да, тегерек дагы болушу мүмкүн. Эгерде өзгөрүлмө кубаттуулукту алуу зарылчылыгы болсо, анда пластиналарды жарым дисктер түрүндө алуу салтка айланган. Бир плитанын экинчисине салыштырмалуу айлануусу плиталардын аянтынын өзгөрүшүнө алып келет.
Бир пластинанын аянты S ге барабар деп ойлойбуз, плиталардын ортосундагы аралык d ге барабар кабыл алынат, толтургучтун диэлектрдик өткөргүчтүгү ε. Мындай системанын сыйымдуулугу конденсатордун геометриясына гана көз каранды.
C=εε0S/k.
Жалпак конденсатордун энергиясы
Биз конденсатордун сыйымдуулугу бир плитанын жалпы аянтына түз пропорционалдуу жана алардын ортосундагы аралыкка тескери пропорционал экенин көрөбүз. Пропорционалдуулук коэффициенти ε0 электр туруктуулугу. Диэлектриктин диэлектрик өтүмдүүлүгүн жогорулатуу электр кубаттуулугун жогорулатат. Пластинкалардын аянтын азайтуу конденсаторлорду тюнинг алууга мүмкүндүк берет. Заряддалган конденсатордун электр талаасынын энергиясы анын геометриялык параметрлерине көз каранды.
Эсептөө формуласын колдонуңуз: W=CU2/2.
Заряддалган жалпак формадагы конденсатордун энергиясын аныктоо төмөнкү формула боюнча жүргүзүлөт:
W=εε0S U2/(2к).
Конденсаторлорду колдонуу
Конденсаторлордун электр зарядын бир калыпта чогултуу жана аны тез арада берүү жөндөмү технологиянын ар кандай тармактарында колдонулат.
Индукторлор менен туташуу термелүү схемаларын, ток чыпкаларын, пикир алмашуу схемаларын түзүүгө мүмкүндүк берет.
Сүрөт жаркырап, дээрлик көз ирмемдик разряд пайда болгон таң калтыруучу мылтыктар кубаттуу ток импульсун түзүү үчүн конденсатордун жөндөмүн колдонушат. Конденсатор туруктуу ток булагынан заряддалат. Конденсатор өзү чынжырды үзүүчү элемент катары иштейт. карама-каршы багытта разряд дээрлик бир заматта төмөн Ом каршылык лампа аркылуу пайда болот. Укмуш мылтыкта бул элемент адамдын денеси.
Конденсатор же батарея
Топтолгон зарядды узак убакытка сактоо мүмкүнчүлүгү аны маалымат сактагыч же энергия сактоочу катары колдонууга сонун мүмкүнчүлүк берет. Бул касиет радиотехникада кеңири колдонулат.
Батарейканы алмаштырыңыз, тилекке каршы, конденсатор кубаты жетпейт, анткени анын заряды түгөнүп калуу өзгөчөлүгү бар. Топтолгон энергия бир нече жүз джоульдан ашпайт. Батарея көп көлөмдөгү электр энергиясын узак убакытка жана дээрлик жоготуусуз сактай алат.
