Energien av den ladede kondensatoren

Energien til et ladet kondensator - er arbeidet brukt på hans kostnad.

fra historien

Den første kondensatoren blir ansett for å være en leidnerflaske. Det utviklet uavhengig gang til to forskere:

1. Ewald Georg von Kleist (11 oktober 1745).
2. Pieter van Musschenbroek (1745 - 1746 årene).

To år senere lyset vist elektroforus (1762), som anses som den første plane kondensatoren. Da var det ikke vilkår, lade oppbevaring av liten interesse. Forskere likevel morsomt gi statisk elektrisitet. For eksempel van Pieter van Musschenbroek opplevd leidnerflaske for ambisiøs student, da han viste seg å være en halv lammet elektrisk ladning.

Vitenskap gikk ikke videre, selv om verden, inkludert Benjamin Franklin, ikke skyve lokomotiv. Den nåværende stadium i utviklingen av fysikk begynte med Alessandro Volta. Forsker beviste er tiltrukket og fascinert utforming elektroforusa. Revet gummi kan det uendelige ladet metallplate. På den tiden ble det antatt at strømmen overføres til fluidene i atmosfæren, og Volta tenkte på lignende måte. Ser at elektroforus stand til å lagre ladning vitenskapsmann besluttet å telle antall.

Konseptet av Volta

Som vitenskaps notater, allerede i 1778 fikk han et glimt av en potensialforskjell, som han kalte spenning - spenning. Siden 1775 Volta følger kapasitans konsept - capacita, utvidet sin lærer Beccaria. Volta vet allerede at elektroforus stand til å akkumulere ladning, kaller enheten en kondensator, og bestemmer seg for å bekrefte teorien om praksis. Ellers - for å finne forholdet mellom spenning, kapasitet og volum (quantita) ladning.

Volta begynte med leidnerflaske. Han belastet den fra statisk generator og prøvde å bestemme energien i kondensatoren på tre måter:

1. Observert oppnådd gnist av den elektriske lysbue ved forskjellige utførelses leidnerflaske ladet med samme spenning.
2. Målte mengden av elektrogeneratorer friksjon jobbe til de elektro målingene ikke vokse til et visst nivå.
3. En utladnings leidnerflaske utendørs og forsøkte å sammenligne dem produsert et elektrisk støt etter tid.

Alle de ovennevnte har ført forskerne til fremmede funn om at høy en leidnerflaske romslig (under identiske kvadrater elektroder og andre betingelser er like). Dette er sannsynligvis relatert til hastigheten av lysbueutladningen i luften på grunn av forskjeller i krumning av overflater. Volta utladning kraft er knyttet til den elektriske strøm som den raskere strømmende fluidet, jo varmere (etter en følelse) effekt. Som et resultat, Volta funnet den, at den eneste potensielle forskjellen definerer prosessen med fremveksten av sjokk. Han bestemte seg for at den tillatte spenningen måles på to måter:

1. Etter at mengden av statisk ladning generatorhastigheten.
2. Sammenligning av effekten av elektriske støt under utladning av en leidnerflaske.

Volta oppdaget at du lader leidnerflaske tom for fullt, er sjokk dobbelt så mindre. Sakte (1782) Volta kom til den konklusjon at verdiene ovenfor forholder seg til hverandre: spenning x kapasitet ~ belastning, i den moderne verden ser ut som en U C = q eller C = q / U.

Volta konkluderte med at den kapasitet som er større der ved en lavere spenning holder mer ladning. Etterfulgt av den konklusjon at mengden av akkumulert væske er direkte proporsjonal med arealet av platene i en plan kondensator. Som er konsistent med gjeldende formler. Volta oppsummert kjennskap til vilkårlig leder (eksperimentert med stenger leidnerflaske). Ved å variere avstanden mellom platene, fant følgende:

C ~ S / d.

Hva er faktisk et uttrykk av kapasiteten til en plan kondensator. Volta forklares ved tilstedeværelsen av en avhengighet av motstand (motstand) mellom elektrodene, noe som betyr at luften. Ved å endre den avstand, klarer denne innstillingen kan varieres i begge retninger. Det er litt uforenlig med moderne konsepter, men Volta hjalp George Omu etter 40 år for å bringe forholdet mellom strøm og spenning.

Faktisk er målingen gjøres basert på arbeidet felt, for å oppviser bare på grunn lade kondensatoren. Det er åpenbart at sa energiverdi er - en av de første fysiske egenskaper som brukes til å utlede analytiske uttrykk.

måleenheter

Energi og arbeid måles generelt i joule, elektrisk spenning og potensial - i volt.

Det kalles volt potensialforskjell, ved flytting av en enhet positiv ladning mellom hvilke arbeidet utføres i en joule.

kondensatorens kapasitans

Vist ovenfor, uttrykt Volta kapasitet kondensator. Formelen vil være nødvendig ved beregning av energien. Retningen på kraftlinjene bestemt ved Coulomb, i henhold til indikasjoner på en vridnings balanse, slik at fysikere til slutt bringe egen formel. Volta var nær innføringen av begrepet elektrisk potensial, kan ikke frata omtale av hans mentorer: Beccaria og Cavendish. Takket være de personene som er nevnt fysikk ble tett for å se nøye på magnetisme og elektrisitet.

Ansettelse av et elektrisk felt

Det elektriske feltet kalles potensial. Det betyr at arbeidet med hans styrke er ikke avhengig av banen til kostnad, utelukkende på energien i første og siste posisjon. Husker, i henhold til definisjonen:

Elektrisk felt - denne saken, der elektriske ladninger samhandle.

Et elektrisk felt påføres bare på elektriske ladninger. Laget på to måter:

1. Elektriske ladninger. Kraftlinjer begynne på positive og slutte med negative ladninger.
2. Vekslende magnetisk felt. Dette frembringer en elektromagnetisk bølge som er brukt i en generator.

Når de si at stråle-organ påvirker en person, og refererer til de magnetiske og elektriske komponenter. Spesielt farlig er den første som er skjermet med store vanskeligheter. Det elektriske feltet blir vurdert i en skole løpet av fysikk, anses det stasjonært, og styrken av de to linjene er parallelle. To eksempler:

1. Anta ladnings beveger seg langs feltlinjene ved en avstand l. Da det arbeides med den forenklede formel A = F, hvor F - den kraft som virker på ladningen.
2. Nå antar at anklagen har flyttet fra forrige punkt på bias. Slik at utspringet bane lb på kraftlinjen er igjen l. En rettlinjet parti, avbøyningsvinkelen - V. Arbeidet er beregnet ved formelen ta hensyn til både geometriske forhold A = FlbcosB = Fl.

Denne enkle tilfelle er lett å gjelde en hvilken som helst form for spenning linje. Disse tingene vil si at i et elektrisk felt arbeid ikke er avhengig av banen og således lik forskjellen feltpotensialer: A = P1 - P2. Formelen er anvendelig for et hvilket som helst felt. For å tilpasse seg uttrykk, innført begrepet elektrisk potensial som i effektenheten positiv ladning - f = f / q1. Deretter formelen til arbeid tar et annet syn.

Elektrisk spenning mellom to punkter kalles potensialforskjell mellom dem. Ved å multiplisere nevnte verdi av mengden av ladning som den bestemte verdien, får vi: A = (F1 - F2) q = U q. Potensialet på tvers av feltet omfanget er:

p = q / 4 pi ε r,

hvor q - ladningsmengde genererer felt; ε - dielektrisitetskonstant for mediet (luft eller vakuum er enhet); Pi = 3,14; r - avstand for punktet fra nevnte ladning. Formelen er ikke egnet for alle tilfeller, er eksempler. Akseptabel påført ladning fordelt på overflaten av kulen, og punkter som ligger utenfor nevnte overflate.

Feltstyrken til den flate kondensatoren

I fysikk, er vederlaget alltid utført på eksempel på et fly kondensator, det bare skjer. Felt flat kondensator nøyaktig svarer til det som er beskrevet ovenfor.

La på platene er det en viss kostnad. Selvfølgelig, hvor mye av det er de samme, men forskjellige tegn. Arbeidet med ladningsoverføring mellom elektrodene er lik A = F d, karakterisert ved at en midlere spaltebredde d. Formel fører direkte til en intensitet på grunn av: A = E q d = ​​U q (cm. ovenfor). Følgelig kan vi skrive at E = U / d.

Feltstyrken viser den kraft med hvilken enheten opererer ved et punkt ladning.

Energien av den ladede kondensatoren

Nå vurdere hvordan man skal beregne energi under lading av kondensatoren. Vi må huske formel potensial skapt av et punkt kostnad. Det kan sees at den synker lineært avstand. Men i dette tilfellet er den første og positiv ladning lokalisert på en andre plate, og den andre negativ og ligger på motsatt side. Derfor, som en bevegelse i retning av kraftlinjen antydet følgende bilde:

1. positiv ladning potensielle dråper.
2. Potensielle negativt ladete øker.

Og endringstakten er den samme. Følgelig har ikke flat kondensator mellom platene i det potensielle feltet endres ikke. Nå husker, som det avhenger. Dersom de undersøkte mengder er konstante, bortsett fra akkumulerte ladning på platene etter energiseringen. Så potensialet er gradvis økende og lineært avhengig av kostnad, med ikke lenger viktig tidsplan skikkelig prosess. Det viser en rett linje.

Dette betyr at i utgangspunktet potensialet er null, og deretter økes til en viss grense. En graf over antall potensielle kostnader vil være en rett linje (tiden går utstiller). Nå forklare hvorfor de konklusjoner ble gjort:

1. Det er kjent at energien er uttrykt ved arbeidet oppbrukt.
2. Så er det tillatt å skrive formelen W = U q. Det ser lett, fordi avgiften er knyttet til kapasitet, men hva er spenningen? Det minnes om at kondensatoren vokser eksponentielt under lading. Ta deg tid integrert? Fysikere har allerede løst problemet.
3. Potensialet (spenning) er lineært avhengig av kostnad, konkluderer vi med at den totale driften av midlingen er at når en rett linje er redusert til delingen av to.

Resultatet: W = U Q / 2. Nå erstatte her uttrykket oppnådde Alessandro Volta, og ut: W = C U2 / 2. Den resulterende uttrykk og som brukes i beregningene.

mål på energi av en ladet kondensator

Ved beregning av effektfilterkretser og andre elektriske filtre står problemet med å bestemme de benevnelser. Det synes tilstrekkelig til å ta med formelen for den frekvens avstemte krets, men enkelhet er villedende. Det er lett å kontrollere at det samme svaret tilsvarer et sett av verdier. Hvilken du skal velge?

Jo større strømkilden, kraftinnretningen, jo større energi her finner sted i tidsenhet. For kondensator er avhengig av spenningen og kapasitansen til en firkant, for en strupe - av den elektriske strøm og induktans. Høring enkelt periode svingninger denne figuren er lett å binde til kraft som arbeidet som er utført per tidsenhet.

Som et resultat, vil teknikeren kunne si omtrent hvor stor kapasitet som kreves i en bestemt sak. Beregningen utføres ved å begynne med den energi av en ladet kondensator.

Lignende forekommer i noen krets. Kondensatorer benyttes for å filtrere og galvanisk isolasjon er nødvendig for å lett passere den ønskede frekvens og for å være rommelig, for ikke å bli en flaskehals i systemet.