المكثف. طاقة مكثف مشحونة

منذ بداية دراسة الكهرباء لحلهاكانت مسألة تراكم والحفاظ عليها فقط في 1745 ايوالد يورغن فون كلايست وبيتر فان موشنبروك. تم إنشاؤه في جهاز Leyden الهولندي المسموح به لتجميع الطاقة الكهربائية واستخدامها عند الضرورة.

بنك ليدن هو نموذج أولي للمكثف. وقد أدى استخدامها في التجارب الفيزيائية إلى تقدم دراسة الطاقة الكهربائية إلى الأمام ، مما أتاح إمكانية إنشاء نموذج أولي لتيار كهربائي.

ما هو مكثف

جمع الشحنة الكهربائية والكهرباء -الغرض الرئيسي من مكثف. عادة ما يكون نظام من اثنين من الموصلات المعزولة تقع في أقرب وقت ممكن لبعضها البعض. تمتلئ المسافة بين الموصلات مع عازل. يتم تحديد الرسوم المتراكمة على الموصلات بتهمة مختلفة. جذب الملكية على عكس الرسوم التي ساهمت في زيادة تراكمها. للعزل دور مزدوج: كلما زاد ثابت العزل الكهربائي ، كلما زادت القدرة الكهربائية ، لا يمكن للتهابات التغلب على الحاجز وتصبح محايدًا.

السعة الكهربائية هي الكمية الفيزيائية الرئيسية التي تميز قدرة المكثف على تجميع الشحنة. تسمى الموصلات الصفائح ، الحقل الكهربائي لمراكز المكثف فيما بينها.

طاقة مكثف مشحون ، على ما يبدو ، يجب أن تعتمد على السعة.

القدرة الكهربائية

إمكانات الطاقة تجعل من الممكن استخدام المكثفات (السعة الكهربائية الكبيرة). يتم استخدام طاقة المكثف المشحون ، عند الضرورة ، لتطبيق نبضة تيار قصيرة.

ما هي قيم السعة الكهربائية؟ تبدأ عملية شحن المكثف بتوصيل لوحاته بأقطاب المصدر الحالي. يتم أخذ الشحنة المتراكمة على لوح واحد (القيمة التي هي q) على أنها شحنة المكثف. المجال الكهربائي ، يتركز بين الأطباق ، لديه فرق محتمل U.

تعتمد السعة الكهربائية (C) على كمية الكهرباء المركزة على موصل واحد ، والجهد الكهربائي: C = q / U.

يتم قياس هذه القيمة في ф (фарадах).

لا تسير سعة الأرض كلها مقارنة بسعة المكثف ، والتي تكون قيمتها تقريبًا من الكمبيوتر الدفتري. يمكن استخدام الشحنة القوية المتراكمة في الهندسة.

ومع ذلك ، لتراكم مبلغ غير محدودالكهرباء على لوحات غير ممكن. عندما يرتفع الجهد إلى القيمة القصوى ، قد يحدث انهيار مكثف. يتم تحييد اللوحات ، مما قد يؤدي إلى تلف الجهاز. طاقة المكثف المشحون في هذه الحالة تذهب تمامًا إلى التدفئة.

قيمة الطاقة

ومن المقرر أن التدفئة المكثف لتحويل طاقة المجال الكهربائي إلى الحقل الداخلي. تشير قدرة المكثف على أداء العمل لتحريك الشحنة إلى توفر إمدادات كافية من الكهرباء. ولتحديد حجم طاقة المكثف المشحون ، دعنا ننظر في عملية تفريغه. في إطار عمل حقل كهربائي بواسطة الجهد الكهربائي U ، تتدفق شحنة q من لوحة إلى أخرى. بحكم التعريف، حقل العملية يساوي ناتج فرق الجهد عبر كمية المسؤول: A = تشو. هذه العلاقة هي صالحة فقط لقيمة الجهد المستمر، ولكن في عملية التفريغ لوحات مكثف هو انخفاض تدريجي في الصفر لها. لتجنب الأخطاء ، دعنا نأخذ متوسط ​​القيمة U / 2.

من الصيغة الخاصة بالقدرة الكهربائية ، لدينا: q = CU.

ومن ثم يمكن تحديد طاقة مكثف مشحون بواسطة الصيغة:

W = CU²/ 2.

نرى أن حجمه أكبر ، كلما زادت السعة الكهربائية والجهد. للإجابة على سؤال حول ما يعادل طاقة مكثف مشحون ، دعونا ننتقل إلى أصنافها.

أنواع المكثفات

منذ طاقة المجال الكهربائي ،تركز بشكل مكثف داخل المكثف ، وترتبط مباشرة بسعتها ، ويعتمد تشغيل المكثفات على ميزات التصميم الخاصة بهم ، واستخدام أنواع مختلفة من أجهزة التخزين.

1. وفقا لشكل اللوحات: مسطحة ، أسطوانية ، كروية ، إلخ.
2. عن طريق تغيير السعة: الثوابت (السعة لا تتغير) ، المتغيرات (تغيير الخصائص الفيزيائية ، تغيير السعة) ، التشذيب. يمكن إجراء تغيير السعة عن طريق تغيير درجة الحرارة أو الجهد الميكانيكي أو الكهربائي. تختلف السعة الكهربائية للمكثفات الانتهازية مع مساحة الصفائح.
3. حسب نوع العازل: الغاز ، السائل ، مع عازل صلب.
4. حسب نوع العازل: الزجاج ، الورق ، الميكا ، المعدن ، السيراميك ، الأغشية الرقيقة من الأفلام ذات التكوينات المختلفة.

اعتمادا على نوع متميز وغيرهالمكثفات. تعتمد طاقة المكثف المشحون على خصائص العازل الكهربائي. وتسمى الكمية الرئيسية السماحية العازلة. القدرة الكهربائية تتناسب طرديا مع ذلك.

مكثف مسطح

النظر في أبسط جهاز لجمع الشحنة الكهربائية - مكثف مسطح. هذا نظام فيزيائي من لوحين متوازيين ، بينهما طبقة عازلة.

شكل لوحات يمكن أن يكون مستطيلا ، والجولة. إذا كانت هناك حاجة للحصول على سعة متغيرة ، يتم أخذ الألواح على شكل أقراص نصف. يؤدي تحويل أحد الوجوه بالنسبة إلى الآخر إلى تغيير في مساحة الصفائح.

نفترض أن مساحة لوحة واحدة تساويS ، يفترض أن المسافة بين لوحات يساوي د ، السماحية من الحشو هو ε. تعتمد السعة الكهربائية لمثل هذا النظام فقط على هندسة المكثف.

C = εε₀دإ / د.

طاقة مكثف مسطح

نرى أن قدرة المكثف تتناسب طرديا مع المساحة الكلية للوحة واحدة وتتناسب عكسيا مع المسافة بينهما. معامل التناسب هو ثابت كهربائي ε₀. زيادة السماحيةالعازل سوف يزيد من الطاقة الكهربائية. إن تقليل مساحة اللوحات يجعل من الممكن الحصول على مكثفات ضبط. تعتمد طاقة المجال الكهربائي لمكثف مشحون على معلماته الهندسية.

نستخدم صيغة الحساب: W = CU²/ 2.

يتم تحديد طاقة مكثف مشحون لشكل مستوٍ وفقًا للصيغة:

W = εε₀س يو²/ (2 د).

استخدام المكثفات

قدرة المكثفات على جمع الشحنة الكهربائية بسلاسة والتخلي عنها بسرعة كافية في مختلف مجالات التكنولوجيا.

اتصال مع المحاثات يسمح بإنشاء دوائر متذبذبة ، المرشحات الحالية ، والدوائر ردود الفعل.

Flashbulbs ، الصدمات الكهربائية ، والذي يحدثالتفريغ لحظية تقريبا ، واستخدام قدرة مكثف لخلق نبض الحالية القوية. يتم شحن المكثف من مصدر طاقة التيار المستمر. يعمل المكثف نفسه كعنصر يمزق الدائرة. يحدث التفريغ في الاتجاه المعاكس من خلال مصباح مقاومة أومي صغير على الفور. في الصدمة الكهربائية ، هذا العنصر هو جسم الإنسان.

مكثف أو بطارية

القدرة على تخزين المتراكمةتوفر الشحنة فرصة ممتازة لاستخدامها كوسيلة تخزين أو تخزين طاقة. في الهندسة اللاسلكية تستخدم هذه الخاصية على نطاق واسع.

لاستبدال البطارية ، للأسف ، لا المكثففي دولة ، حيث أن لديها التفرد في التفريغ. الطاقة المتراكمة بها لا تتجاوز عدة مئات من الجول. يمكن للبطارية توفير كمية كبيرة من الكهرباء لفترة طويلة وعمليًا دون خسارة.