Цахилгаан эрчим хүчийг судалж эхэлснээс хойш зөвхөн 1745 онд Эвальд Юрген фон Клейст, Питер ван Мушенбрук нар түүнийг хуримтлуулах, хадгалах асуудлыг шийдэж чадсан юм. Голландын Лейден хотод бүтээгдсэн уг төхөөрөмжийг цахилгаан эрчим хүчээ хуримтлуулж, шаардлагатай үед ашиглах боломжтой болгосон.
Лейден сав - конденсаторын загвар. Үүнийг физик туршилтанд ашигласнаар цахилгаан гүйдлийн судалгааг нэлээд урагшлуулж, цахилгаан гүйдлийн эх загварыг бүтээх боломжтой болсон.
Конденсатор гэж юу вэ
Цахилгаан цэнэг болон цахилгааныг цуглуулах нь конденсаторын гол зорилго юм. Ихэвчлэн энэ нь бие биенээсээ аль болох ойрхон байрладаг хоёр тусгаарлагдсан дамжуулагчийн систем юм. Дамжуулагчийн хоорондох зай нь диэлектрикээр дүүрдэг. Дамжуулагч дээр хуримтлагдсан цэнэгийг өөр өөрөөр сонгоно. Татагдах эсрэг цэнэгийн шинж чанар нь түүний илүү их хуримтлалд хувь нэмэр оруулдаг. Диэлектрик нь давхар үүрэг гүйцэтгэдэг: диэлектрик тогтмол байх тусам цахилгаан хүчин чадал их байх тусам цэнэг нь саад бэрхшээлийг даван туулж чадахгүй.саармагжуулах.
Цахилгаан багтаамж нь конденсаторын цэнэгийг хуримтлуулах чадварыг тодорхойлдог физикийн үндсэн хэмжигдэхүүн юм. Дамжуулагчийг ялтсууд гэж нэрлэдэг бөгөөд конденсаторын цахилгаан орон нь тэдгээрийн хооронд төвлөрдөг.
Цэнэглэсэн конденсаторын энерги нь түүний багтаамжаас хамаарах бололтой.
Цахилгааны хүчин чадал
Эрчим хүчний чадавхи нь (их хэмжээний цахилгаан багтаамжтай) конденсаторуудыг ашиглах боломжтой болгодог. Богино гүйдлийн импульс хэрэглэх шаардлагатай үед цэнэглэгдсэн конденсаторын энергийг ашигладаг.
Цахилгааны хүчин чадал ямар хэмжигдэхүүнээс хамаарах вэ? Конденсаторыг цэнэглэх үйл явц нь түүний хавтангуудыг одоогийн эх үүсвэрийн туйлуудтай холбох замаар эхэлдэг. Нэг хавтан дээр хуримтлагдсан цэнэгийг (түүний утга нь q) конденсаторын цэнэг болгон авна. Хавтануудын хооронд төвлөрсөн цахилгаан орон нь U боломжит зөрүүтэй байна.
Цахилгааны хүчин чадал (C) нь нэг дамжуулагч дээр төвлөрсөн цахилгааны хэмжээ ба талбайн хүчдэлээс хамаарна: C=q/U.
Энэ утгыг F (фарад)-аар хэмждэг.
Бүх дэлхийн хүчин чадлыг конденсаторын багтаамжтай харьцуулах аргагүй бөгөөд хэмжээ нь тэмдэглэлийн дэвтэрийн хэмжээтэй. Хуримтлагдсан хүчирхэг цэнэгийг тээврийн хэрэгсэлд ашиглах боломжтой.
Гэсэн хэдий ч хавтан дээр хязгааргүй хэмжээний цахилгаан хуримтлуулах арга байхгүй. Хүчдэл хамгийн их утга хүртэл өсөхөд конденсаторын эвдрэл үүсч болно. хавтансаармагжуулсан бөгөөд энэ нь төхөөрөмжийг гэмтээж болзошгүй. Цэнэглэгдсэн конденсаторын энерги нь түүнийг халаахад бүрэн зарцуулагддаг.
Эрчим хүчний үнэ цэнэ
Конденсаторыг халаах нь цахилгаан орны энергийг дотоод энерги болгон хувиргасантай холбоотой юм. Конденсаторын цэнэгийг хөдөлгөх ажил хийх чадвар нь хангалттай цахилгаан хангамж байгааг илтгэнэ. Цэнэглэгдсэн конденсаторын энерги хэр өндөр болохыг тодорхойлохын тулд түүнийг цэнэггүй болгох үйл явцыг авч үзье. U хүчдэлийн цахилгаан орны үйл ажиллагааны дор q цэнэг нэг хавтангаас нөгөө хавтан руу урсана. Тодорхойлолтоор бол талбайн ажил нь потенциалын зөрүү ба цэнэгийн хэмжээний үржвэртэй тэнцүү байна: A=qU. Энэ харьцаа нь зөвхөн тогтмол хүчдэлийн утгын хувьд хүчинтэй боловч конденсаторын ялтсуудыг цэнэглэх явцад аажмаар тэг болж буурдаг. Алдаа гаргахгүйн тулд бид дундаж утгыг U/2-ыг авна.
Цахилгаан багтаамжийн томьёогоос: q=CU.
Эндээс цэнэгтэй конденсаторын энергийг дараах томъёогоор тодорхойлж болно:
W=CU2/2.
Түүний утга их байх тусам цахилгааны хүчин чадал, хүчдэл өндөр болохыг бид харж байна. Цэнэглэгдсэн конденсаторын энерги гэж юу вэ гэсэн асуултад хариулахын тулд тэдгээрийн төрлүүдийг авч үзье.
Конденсаторын төрөл
Конденсатор дотор төвлөрсөн цахилгаан талбайн энерги нь түүний багтаамжаас шууд хамааралтай, конденсаторуудын ажиллагаа нь дизайны онцлогоос хамаардаг тул төрөл бүрийн хадгалах төхөөрөмжийг ашигладаг.
- Хавтангийн хэлбэрийн дагуу: хавтгай, цилиндр, бөмбөрцөг гэх мэт.д.
- Багтаамжийг өөрчилснөөр: тогтмол (багтаамж өөрчлөгдөхгүй), хувьсах (физик шинж чанарыг өөрчилснөөр бид багтаамжийг өөрчилдөг), тааруулах. Температур, механик эсвэл цахилгаан стрессийг өөрчлөх замаар багтаамжийг өөрчлөх боломжтой. Trimmer конденсаторын багтаамж нь хавтангийн талбайг өөрчилснөөр өөр өөр байдаг.
- Диэлектрик төрлөөр: хий, шингэн, хатуу диэлектрик.
- Диэлектрикийн төрлөөр: шил, цаас, гялтгануур, металл цаас, керамик, янз бүрийн найрлагатай нимгэн давхаргатай хальс.
Төрлөөс нь хамаараад бусад конденсаторуудыг мөн ялгадаг. Цэнэглэгдсэн конденсаторын энерги нь диэлектрикийн шинж чанараас хамаарна. Үндсэн хэмжигдэхүүнийг диэлектрик тогтмол гэж нэрлэдэг. Цахилгаан хүчин чадал нь үүнтэй шууд пропорциональ байна.
Хавтан конденсатор
Цахилгаан цэнэгийг цуглуулах хамгийн энгийн төхөөрөмж болох хавтгай конденсаторыг авч үзье. Энэ нь хоёр зэрэгцээ хавтангаас бүрдэх физик систем бөгөөд тэдгээрийн хооронд диэлектрик давхарга байдаг.
Хавтангийн хэлбэр нь тэгш өнцөгт болон дугуй хэлбэртэй байж болно. Хэрэв хувьсах хүчин чадлыг олж авах шаардлагатай бол ялтсуудыг хагас диск хэлбэрээр авах нь заншилтай байдаг. Нэг хавтанг нөгөөтэй харьцуулахад эргүүлэх нь ялтсуудын талбайн өөрчлөлтөд хүргэдэг.
Бид нэг хавтангийн талбайг S-тэй тэнцүү, ялтсуудын хоорондох зайг d-тэй тэнцүү, дүүргэгчийн диэлектрик тогтмолыг ε гэж үздэг. Ийм системийн багтаамж нь зөвхөн конденсаторын геометрээс хамаарна.
C=εε0S/d.
Хавтгай конденсаторын энерги
Конденсаторын багтаамж нь нэг хавтангийн нийт талбайтай шууд пропорциональ, тэдгээрийн хоорондох зайтай урвуу хамааралтай болохыг бид харж байна. Пропорциональ байдлын коэффициент нь цахилгаан тогтмол ε0 юм. Диэлектрикийн диэлектрик тогтмолыг нэмэгдүүлэх нь цахилгаан хүчин чадлыг нэмэгдүүлнэ. Хавтануудын талбайг багасгах нь конденсаторыг тааруулах боломжийг танд олгоно. Цэнэглэгдсэн конденсаторын цахилгаан талбайн энерги нь түүний геометрийн параметрээс хамаарна.
Тооцоолох томъёог ашиглана уу: W=CU2/2.
Цэнэглэсэн хавтгай хэлбэрийн конденсаторын энергийг тодорхойлохдоо:
томъёогоор гүйцэтгэнэ.
W=εε0S U2/(2d).
Конденсатор ашиглах
Конденсаторын цахилгаан цэнэгийг жигд цуглуулж, хангалттай хурдан өгөх чадварыг технологийн янз бүрийн салбарт ашигладаг.
Индуктортой холболт нь хэлбэлзлийн хэлхээ, гүйдлийн шүүлтүүр, санал хүсэлтийн хэлхээ үүсгэх боломжийг олгоно.
Зургийн гялбаа, гэнэтийн цэнэг алддаг буу нь конденсаторын тусламжтайгаар хүчирхэг гүйдлийн импульс үүсгэдэг. Конденсатор нь шууд гүйдлийн эх үүсвэрээс цэнэглэгддэг. Конденсатор нь өөрөө хэлхээг таслах элементийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Эсрэг чиглэлд урсах нь бага ом эсэргүүцэлтэй чийдэнгээр бараг тэр даруй тохиолддог. Суурь бууны энэ элемент нь хүний бие юм.
Конденсатор эсвэл зай
Хуримтлагдсан цэнэгээ удаан хадгалах чадвар нь түүнийг мэдээллийн сан эсвэл эрчим хүчний хадгалалт болгон ашиглах гайхалтай боломжийг олгодог. Энэ өмчийг радио инженерчлэлд өргөн ашигладаг.
Зайгаа солих, харамсалтай нь конденсатор нь цэнэггүй болох онцлогтой тул чадахгүй байна. Хуримтлагдсан энерги нь хэдэн зуун жоулаас хэтрэхгүй. Батерей нь их хэмжээний цахилгааныг удаан хугацаанд, бараг алдагдалгүй хадгалах боломжтой.
