De energie van een geladen condensator - is het werk besteed aan zijn hoede.
uit de geschiedenis
De eerste condensator wordt beschouwd als een Leidse fles zijn. Het ontwikkelde zich onafhankelijk eens twee wetenschappers:
- Ewald Georg von Kleist (11 oktober 1745).
- Pieter van Musschenbroek (1745 - 1746 jaar).
Twee decennia later verscheen het licht elektroforus (1762), beschouwd als de eerste vlakke condensator. Dan waren er geen termen, rekenen opslagproblemen van weinig belang. nog Wetenschappers plezier geven statische lading. Bijvoorbeeld, van Pieter van Musschenbroek ervaren Leidse fles te ambitieus student, toen hij bleek een-half verlamd elektrische lading zijn.
Science niet vooruit te gaan, ook al is de hele wereld, waaronder Benjamin Franklin, is duwen locomotief. De huidige fase van de ontwikkeling van de natuurkunde begon met Alessandro Volta. Wetenschapper bewezen wordt aangetrokken en geïntrigeerd ontwerp elektroforusa. Geraspt rubber kan oneindig geladen metalen plaat. Op dat moment werd aangenomen dat de elektriciteit wordt overgedragen aan de vloeistoffen van de atmosfeer, en Volta dacht op dezelfde manier. Toen hij zag dat elektroforus in staat om de leiding wetenschapper slaan besloten om het aantal te tellen.
Het concept van de Volta
Als wetenschapper noten, reeds in 1778 kreeg hij een glimp van een potentiaalverschil, waarin hij opriep de spanning - spanning. Sinds 1775 Volta hecht capaciteit concept - Capacita, breidde zijn leraar Beccaria. Volta weet al dat elektroforus in staat om de leiding te accumuleren, noemt het apparaat een condensator, en besluit om de theorie van de praktijk te bevestigen. Anders - de verhouding van spanning en productieomvang (Quantita) lading te vinden.
Volta begon met de Leidse fles. Hij rekende het uit de statische generator en probeerde om de energie van de condensator te bepalen op drie manieren:
- Waargenomen verkregen vonk van de elektrische boog door verschillende ontwerpen Leyden potten gevuld met dezelfde spanning.
- Gemeten van het bedrag van de elektrostatische generatoren wrijving werk totdat de elektrometer metingen niet te laten groeien tot een bepaald niveau.
- Ontladen van een Leidse fles buiten en probeerde om ze te vergelijken produceerde een elektrische schok na verloop van tijd.
Alle bovenstaande heeft geleid onderzoekers vreemde bevindingen dat hoge Leidse fles ruime (onder identieke vierkanten elektroden en andere omstandigheden gelijk). Dit is waarschijnlijk gerelateerd aan de snelheid van de boogontlading in de lucht als gevolg van verschillen in de kromming van de oppervlakken. Volta ontlading kracht voor de elektrische stroom sneller stromende fluïdum de warmere (door gewaarwordingen) effect. Dientengevolge Volta vond dat de enige potentiaalverschil definieert het proces van ontstaan van schokken. Hij besloot dat de toelaatbare spanning op twee manieren gemeten:
- Nadat het bedrag van statische lading generator snelheid.
- Het vergelijken van het effect van elektrische schokken tijdens de ontlading van een Leidse fles.
Volta vond dat het opladen van de Leidse fles leeg of vol, shock is twee keer zo minder. Langzaam (1782) Volta kwam tot de conclusie dat de bovenstaande waarden tot elkaar: spanning x capaciteit ~ lading, in de moderne wereld lijkt een U C = q of C = q / U.
Volta geconcludeerd dat het vermogen van groter wanneer bij een lagere spanning hebben meer lading. Gevolgd door de conclusie dat de geaccumuleerde vloeistof recht evenredig met de oppervlakte van de platen van een condensator vlak. Die in overeenstemming is met de huidige formules. Volta samengevat kennis willekeurige geleider (geëxperimenteerd met stang Leyden potten). Door de afstand tussen de platen, vond de volgende:
C ~ S / d.
Wat eigenlijk een uitdrukking van de capaciteit van een condensator vlak. Volta verklaard door de aanwezigheid van een afhankelijkheid van de weerstand (resistentie) tussen de elektroden, waardoor de lucht. Door het veranderen van de afstand, deze instelling beheert in beide richtingen worden gevarieerd. Het is een beetje in tegenspraak met de moderne concepten, maar Volta hielp George Omu na 40 jaar om het verband tussen stroom en spanning te brengen.
In feite is de meting gedaan op basis van het werkveld, vertonen alleen door de condensator te laden. Het is duidelijk, dat de energiewaarde - een van de eerste fysieke kenmerken gebruikt voor analytische expressies te leiden.
meeteenheden
Energie en er wordt algemeen gemeten in joules, elektrische spanning en potentiaal - in volt.
Noemde volt potentiaalverschil, het verplaatsen van een eenheid positieve lading waartussen gewerkt wordt in 1 joule.
capaciteit van de condensator
hierboven, uitgedrukt Volta capaciteit condensator. De formule is nodig bij het berekenen van de energie. De richting van de krachtlijnen bepaald door Coulomb volgens aanwijzingen van een torsiebalans, waardoor uiteindelijk natuurkundige men zelf formule. Beccaria en Cavendish: Volta was dicht bij de introductie van het concept van de elektrische potentiaal, kan de vermelding van zijn mentors niet ontnemen. Dankzij de genoemde natuurkunde werden de mensen dicht om nauw samen te kijken naar magnetisme en elektriciteit.
Inzet van een elektrisch veld
Het elektrisch veld wordt potentiaal genoemd. Dit betekent dat het werk van zijn kracht is niet afhankelijk van het traject van de lading, uitsluitend op de energie van de eerste en laatste positie. Herinneren, volgens de definitie:
Elektrisch veld - deze zaak, waardoor elektrische ladingen met elkaar omgaan.
Een elektrisch veld wordt alleen toegepast op de elektrische ladingen. Gemaakt op twee manieren:
- Elektrische ladingen. Hoogspanningslijnen begint op positieve en eindigen met negatieve ladingen.
- Veranderend magnetisch veld. Dit levert een elektromagnetische golf die wordt gebruikt in een generator.
Als ze zeggen dat de straling apparaten beïnvloedt een persoon, en verwijst naar de magnetische en elektrische componenten. Vooral gevaarlijk is de eerste die is afgeschermd met grote moeite. Het elektrische veld wordt beschouwd in een schoolcursus fysica wordt stationair beschouwd en de sterkte van de lijnen evenwijdig zijn. Twee voorbeelden:
- Stel dat de lading beweegt langs de veldlijnen over een afstand l. Dan is het werk volgens de vereenvoudigde formule A = ƒ, waarbij F - de kracht die op de lading.
- Neem nu aan dat de heffing is verhuisd van het vorige punt op de bias. Zodat de projectie pad lb op het lichtnet is weer l. Een rechtlijnig gedeelte, de afbuighoek - V. Het werk wordt berekend met de formule rekening houdend met zowel geometrische relaties A = FlbcosB = Fl.
Deze eenvoudige kan eenvoudig worden toegepast op elke vorm van spanningslijnen. Dit alles betekent dat in een elektrisch veld werk niet afhankelijk van het traject en dus gelijk aan het verschil veldpotentialen: A = P1 - P2. De formule is toepasbaar voor elk gebied. Om expressie te passen, is het concept elektrische potentiaal als de vermogenseenheid positieve lading - f = f / q1. Vervolgens formule te werken daar anders over.
Elektrische spanning tussen twee punten wordt het potentiaalverschil tussen hen. Vermenigvuldigen van deze waarde door de hoeveelheid lading als specifieke waarde, krijgen we: A = (F1 - F2) q = q U. De spanning over het veld magnitude is:
p = q / 4 pi ε r,
waarin q - hoeveelheid lading genererende veld; ε - diëlektrische constante van het medium (lucht of vacuüm eenheid); Pi = 3,14; r - afstand van de punt van de lading. De formule is niet geschikt voor alle gevallen zijn voorbeeldig. Aanvaardbare toegepast om de lading verdeeld over het oppervlak van de bol en punten die buiten liggen van het oppervlak.
De veldsterkte van de vlakcondensator
In de natuurkunde is de aandacht altijd aan het voorbeeld van een vlakke condensator uitgevoerd, het gebeurt gewoon. Gebied vlakcondensator precies als hierboven beschreven.
Laat op de platen is er een bepaalde lading. Het is duidelijk dat het bedrag van het is hetzelfde, maar verschillende borden. Werkzaamheden ladingsoverdracht tussen de elektroden gelijk is aan A = Fd, waarbij een gemiddelde spleetbreedte d. Formule rechtstreeks leidt tot een intensiteit vanwege: A = E = qd U q (cm. hierboven). Bijgevolg kunnen we E = U / d schrijven.
De veldsterkte wordt de kracht waarmee de eenheid op een puntlading.
De energie van de geladen condensator
Overweeg nu hoe energie te berekenen tijdens het opladen van de condensator. We moeten de formule potentieel gecreëerd door een puntlading herinneren. Te zien is dat lineair afneemt afstand. Maar in dit geval, de eerste en positieve lading op de tweede plaat en de tweede negatieve en tegenover. Zoals de beweging in de richting van de belastingslijn gaf de volgende afbeelding:
- positieve lading potentieel druppels.
- Potentiële negatieve lading toeneemt.
En de snelheid van verandering is hetzelfde. Bijgevolg is de vlakke condensator tussen de platen van het potentiaalveld verandert niet. Nu bedenk, waaruit het hangt. Indien de onderzochte hoeveelheden constant behalve lading opgezameld op de platen na bekrachtiging. Dus de potentiële neemt geleidelijk toe en lineair afhankelijk van de lading, met niet meer belangrijk schema juiste proces. Het blijkt een rechte lijn.
Dit betekent dat in eerste instantie de potentiaal nul is, en vervolgens stijgt tot een bepaalde limiet. Een grafiek van het aantal potentiële lasten zouden een rechte lijn (tijd gaat exposant). Nu verklaren waarom de conclusies werden gemaakt:
- Het is bekend dat de energie die wordt uitgedrukt door het werk besteed.
- Dus, is het toegestaan de formule W = U q schrijven. Het lijkt makkelijk, omdat de lading is gerelateerd aan de capaciteit, maar wat is de spanning? Er wordt aan herinnerd dat de condensator exponentieel toeneemt tijdens het opladen. Neem de tijd integraal? Natuurkundigen hebben al het probleem opgelost.
- De potentiaal (spanning) is lineair afhankelijk van de lading, concluderen we dat de totale werking van middeling is dat wanneer een rechte lijn naar de deling verminderd met 2.
Het resultaat: W = U q / 2. Nu vervangen hier de uitdrukking verkregen Alessandro Volta en uit: W = C U2 / 2. Het resulterende expressieplasmide en gebruikt in berekeningen.
maat voor de energie van een geladen condensator
Het berekenen van de kracht filterschakelingen en andere elektrische filters staat het probleem van het bepalen van de waarden. Het lijkt voldoende de formule van de resonantiekring, maar eenvoud is misleidend. Het is gemakkelijk om te controleren of hetzelfde antwoord correspondeert met een reeks waarden. Welke te kiezen?
Hoe groter de stroombron vermogensinrichting, zal de grotere energie hier plaats tijdseenheid. Voor condensator is afhankelijk van de spanning en de capaciteit van een vierkant, een gasklep - door de elektrische stroom en inductie. Hoorzitting enkele periode schommelingen dit cijfer is gemakkelijk te binden aan de macht als de verrichte werkzaamheden per tijdseenheid.
Als gevolg hiervan zal de ingenieur kunnen zeggen ongeveer hoe groot capaciteit nodig is in een bepaald geval. De berekening wordt eerst uitgevoerd door de energie van een geladen condensator.
Soortgelijke optreedt in één circuit. Condensatoren worden gebruikt voor het filteren en galvanische scheiding nodig om makkelijk de gewenste frequentie en ruim zijn, niet een knelpunt in het systeem.
