La energía de un condensador cargado - es el trabajo gastado en su cargo.
de la historia
El primer condensador se considera que es una botella de Leyden. Se desarrolló de forma independiente una vez que dos científicos:
- Ewald Georg von Kleist (11 octubre 1745).
- Pieter van Musschenbroek (1745 - 1746 años).
elektroforus dos décadas más tarde apareció la luz (1762), considerado como el primer condensador plano. Entonces no había términos, cobrar los problemas de almacenamiento de poco interés. Los científicos aún divertido dan carga estática. Por ejemplo, van Pieter van Leyden Musschenbroek experimentó frasco estudiante demasiado ambicioso, cuando resultó ser una carga eléctrica de media paralizada.
La ciencia no seguir adelante, a pesar de que el mundo, incluyendo Benjamin Franklin, no empujar la locomotora. La etapa actual de desarrollo de la física comenzó con Alessandro Volta. Científico demostró es atraído e intrigado elektroforusa diseño. caucho rallado indefinidamente podría cargada placa de metal. En ese momento, se asumió que la electricidad es transferido a los fluidos de la atmósfera, y Volta pensó de manera similar. Al ver que elektroforus capaz de almacenar carga científico decidió contar el número.
El concepto de la Volta
Como señala el científico, ya en 1778 tuvo un vistazo de una diferencia de potencial, que llamó la tensión - tensión. Desde 1775 Volta adhiere concepto de capacitancia - capacita, extendió su maestro Beccaria. Volta ya sabe que elektroforus capaz de acumular carga, llama al dispositivo de un condensador, y decide confirmar la teoría de la práctica. De lo contrario - para encontrar la relación de la tensión, la capacidad y el volumen de carga (quantita).
Volta comenzó con la botella de Leyden. Denunció que desde el generador estático y trató de determinar la energía del condensador de tres maneras:
- Observada chispa obtenido del arco eléctrico por diversos diseño Leyden frascos cargados con el mismo voltaje.
- Midió la cantidad de la electrostática trabajo generadores de fricción hasta que las lecturas electrómetro no crecieron a un cierto nivel.
- Descargo de una botella de Leyden aire libre y tratado de comparar los produjo una descarga eléctrica después de un tiempo.
Todo lo anterior ha llevado a los investigadores a conclusiones extrañas que un amplio alta botella de Leyden (menores de electrodos cuadrados idénticos y en igualdad de condiciones). Esto está probablemente relacionado con la velocidad de la descarga de arco en el aire debido a las diferencias en la curvatura de las superficies. fuerza de descarga Volta vinculado a la corriente eléctrica que fluye el fluido más rápido, el efecto más caliente (por sensaciones). Como resultado, Volta encontró, que la única diferencia de potencial define el proceso de aparición de shock. Se decidió que la tensión admisible mide de dos maneras:
- Después de la cantidad de revoluciones del generador de carga estática.
- Al comparar el efecto de una descarga eléctrica durante la descarga de una botella de Leyden.
Volta encontró que la carga de la botella de Leyden vacío de la plena, shock es dos veces menos. Poco a poco (1782) Volta llegó a la conclusión de que los valores anteriores se relacionan entre sí: la tensión x ~ capacidad de carga, en el mundo moderno se parece a una T = q C o C = q / U.
Volta llegó a la conclusión de que la capacidad del mayor cuando a un voltaje menor mantenga más carga. Seguido por la conclusión de que la cantidad de líquido acumulada es directamente proporcional al área de las placas de un condensador plano. Lo cual es consistente con las fórmulas actuales. Volta resume el conocimiento para el conductor arbitraria (experimentado con frascos de barras de Leyden). Al variar la distancia entre las placas, que se encuentra lo siguiente:
C ~ S / d.
Lo que en realidad es una expresión de la capacidad de un condensador plano. Volta explica por la presencia de una dependencia de la resistencia (resistencia) entre los electrodos, es decir, el aire. Al cambiar la distancia, este ajuste se las arregla para ser variada en ambas direcciones. Es un poco inconsistente con los conceptos modernos, pero Volta ayudó a George Omu después de 40 años para que la relación entre la corriente y la tensión.
De hecho, la medición se realiza basándose en el campo de trabajo, exhiben solamente debido a la carga del condensador. Es obvio que dicho valor de energía es - una de las primeras características físicas utilizadas para derivar expresiones analíticas.
las unidades de medida
Energía y trabajo generalmente se mide en julios, tensión eléctrica y potencial - en voltios.
Se llama voltios diferencia de potencial, cuando se mueve una unidad de carga positiva entre las que el trabajo se realiza en 1 joule.
capacitancia del condensador
Mostrado anteriormente, expresado Volta condensador de capacidad. será necesaria la fórmula para el cálculo de la energía. La dirección de las líneas de fuerza determinada por Coulomb, de acuerdo con las indicaciones de una balanza de torsión, permitiendo que los físicos finalmente llevar propia fórmula. Volta estaba cerca de la introducción del concepto de potencial eléctrico, no se puede privar a la mención de sus mentores: Beccaria y Cavendish. Gracias a la gente de la física mencionados se convirtió estrechamente a mirar de cerca para el magnetismo y la electricidad.
El empleo de un campo eléctrico
El campo eléctrico se denomina potencial. Esto significa que el trabajo de su fuerza no depende de la trayectoria de la carga, únicamente en la energía de la posición inicial y final. Recordemos, de acuerdo con la definición:
Campo eléctrico - esta materia, por lo que las cargas eléctricas interactuar.
Un campo eléctrico se aplica sólo en cargas eléctricas. Creado de dos maneras:
- Las cargas eléctricas. Las líneas eléctricas comienzan en positivo y terminan con cargas negativas.
- Cambio de campo magnético. Esto produce una onda electromagnética que se utiliza en un generador.
Cuando dicen que los dispositivos de radiación afecta a una persona, y se refiere a los componentes magnéticos y eléctricos. Especialmente peligrosa es la primera que se proyectó con gran dificultad. El campo eléctrico se considera en un curso de la física, se considera estacionario y la fuerza de sus líneas son paralelas. Dos ejemplos:
- Supongamos que la carga se mueve a lo largo de las líneas de campo por una distancia l. Entonces el trabajo está bajo la fórmula simplificada A = Fl, donde F - la fuerza que actúa sobre la carga.
- Supongamos ahora que la carga se ha movido desde el punto anterior al bies. Por lo que la ruta lb proyección sobre la línea de alimentación es de nuevo l. Una porción rectilínea, el ángulo de deflexión - V. El trabajo se calcula por la fórmula teniendo en cuenta tanto las relaciones geométricas A = FlbcosB = Fl.
Este caso simple es fácil de aplicar a cualquier forma de líneas de tensión. Estas cosas significa que en un trabajo de campo eléctrico no depende de la trayectoria y, por lo tanto, igual a la diferencia de los potenciales de campo: A = P1 - P2. La fórmula es aplicable a cualquier campo. Para adaptar la expresión, introdujo el concepto de potencial eléctrico como la unidad de potencia de carga positiva - f = f / Q1. Entonces la fórmula para trabajo toma un punto de vista diferente.
tensión eléctrica entre dos puntos se llama la diferencia de potencial entre ellos. Multiplicando dicho valor por la cantidad de carga que el valor específico, se obtiene: A = (F1 - F2) q = U q. El potencial a través de la magnitud del campo es:
p = q / 4 pi r ε,
en el que q - cantidad de campo de generación de cargas; ε - constante dieléctrica del medio (aire o de vacío es la unidad); Pi = 3,14; r - distancia del punto de dicha carga. La fórmula no es adecuado para todos los casos, son ejemplares. Aceptable aplica a la carga distribuida en la superficie de la esfera, y de puntos que se encuentran fuera de dicha superficie.
La intensidad de campo del condensador plano
En la física, la consideración siempre se lleva a cabo en el ejemplo de un condensador plano, simplemente sucede. Campo condensador plano corresponde exactamente a la descrita anteriormente.
Deje en las placas hay una cierta carga. Obviamente, la cantidad de la misma es el mismo, pero diferente signo. El trabajo en la transferencia de carga entre los electrodos es igual a A = F d, en la que un hueco anchura media d. Fórmula conduce directamente a una intensidad debido a: A = E q d = U q (cm. más arriba). En consecuencia, podemos escribir que E = T / d.
La intensidad de campo muestra la fuerza con la que la unidad funciona a una carga puntual.
La energía del condensador cargado
Consideremos ahora cómo calcular la energía durante la carga del condensador. Debemos recordar potencial de fórmula creado por una carga puntual. Se puede observar que disminuye linealmente a distancia. Pero en este caso, la primera y la carga positiva se encuentra en un segundo plato y el segundo frente negativo y situado. Por lo tanto, como el movimiento en la dirección de la línea de fuerza se indica la siguiente imagen:
- carga positiva potenciales gotas.
- Los aumentos potenciales carga negativa.
Y la tasa de cambio es el mismo. En consecuencia, el condensador plano entre las placas del campo de potencial no cambia. Ahora recuerde, de la que depende. En caso de que las cantidades investigados son constantes excepto carga acumulada en las placas después de la energización. Por lo que el potencial está aumentando de forma gradual y linealmente dependiente de la carga, sin proceso adecuado cronograma ya importante. Resulta una línea recta.
Esto significa que, inicialmente, el potencial es cero, y luego aumenta a un cierto límite. Un gráfico del número de cargas potenciales sería una línea recta (que pasa el tiempo expositor). Ahora explican por qué se hicieron las conclusiones:
- Se sabe que la energía se expresa por el trabajo realizado.
- Por lo tanto, es permisible para escribir la fórmula W = U q. Parece fácil, ya que la carga está relacionada con la capacidad, pero lo que es la tensión? Se recuerda que el condensador está creciendo exponencialmente durante la carga. Tome el tiempo integral? Los físicos ya han resuelto el problema.
- El potencial (voltaje) es linealmente dependiente de la carga, se concluye que el funcionamiento global de promediación es que cuando una línea recta se reduce a la división por 2.
El resultado: W = U q / 2. Ahora sustituye aquí la expresión obtenida Alessandro Volta, y fuera: W = C U2 / 2. La expresión resultante y se utiliza en los cálculos.
medida de la energía de un condensador cargado
En el cálculo de los circuitos de filtro de potencia y otros filtros eléctricos se encuentra el problema de determinar las denominaciones. Parece suficiente para tomar la fórmula del circuito resonante de frecuencia, pero la simplicidad es engañosa. Es fácil verificar que la misma respuesta corresponde a un conjunto de valores. ¿Cuál elegir?
Cuanto mayor sea la fuente de alimentación, dispositivo de potencia, mayor será la energía que aquí se lleva a cabo en la unidad de tiempo. Para condensador depende de la tensión y la capacitancia de un cuadrado, para un acelerador - por la corriente eléctrica y la inductancia. Al oír fluctuaciones solo período esta cifra es fácil de atar al poder como el trabajo realizado por unidad de tiempo.
Como resultado, el ingeniero será capaz de decir aproximadamente la gran capacidad que se requiere en un caso particular. El cálculo se lleva a cabo inicialmente por la energía de un condensador cargado.
Similar ocurre en cualquier circuito. Los condensadores se utilizan para filtrar y se requiere aislamiento galvánico para pasar fácilmente la frecuencia deseada y ser de gran capacidad, para no convertirse en un cuello de botella en el sistema.
