Энергия конденсатора
Энергия конденсатора
Конденсаторы являются неотъемлемой частью электрических цепей. В большинстве случаев они работают, используя такие понятия, как емкость и рабочее напряжение. Эти параметры являются базовыми.
Различные типы конденсаторов
В некоторых случаях, чтобы более полно понять работу вышеперечисленных элементов, необходимо понять, что означает энергия заряженного конденсатора, как она рассчитывается и от чего зависит.
Определение понятия энергии
Самый простой способ рассуждать — это использовать плоские конденсаторы. Его конструкция основана на двух металлических пластинах, разделенных тонким слоем диэлектрика.
Если вы подключаете конденсатор к источнику напряжения, необходимо обратить внимание на следующее:
- Разделение зарядов на пластинах с помощью электрического поля требует определенной работы. По закону сохранения энергии эта работа равна энергии заряженного конденсатора;
- Противоположно заряженные пластины притягиваются друг к другу. В этом случае энергия заряда конденсатора равна работе, затраченной на сближение пластин друг с другом.
Эти соображения приводят нас к выводу, что формулу энергии заряженного конденсатора можно получить несколькими способами.
Вывод формулы
Энергию для зарядки плоского конденсатора проще всего определить по работе, совершаемой при сближении пластин.
Рассмотрим притяжение единичного заряда одной из пластин на другую:
в формуле q0 — величина заряда, а E — напряженность поля пластины.
Поскольку напряженность электрического поля определяется следующим выражением:
- q——значение заряда,
- ε0 — — электрическая постоянная,
- S – площадь пластины,
Формулу притяжения можно записать так:
Читайте также статью: Как вырастить детки гладиолусов
Для всех зарядов силы взаимодействия между пластинами равны:
Работа, совершаемая по сближению пластин, равна силе взаимодействия, умноженной на пройденное расстояние. Следовательно, энергия заряженного конденсатора определяется следующим выражением:
важный! В данном выражении положение пластины должно быть другим. Запись только одного значения d означает, что конечный результат будет полностью сходящимся, то есть d2=0.
Учитывая предыдущее выражение, можем написать:
Известно, что емкость плоского конденсатора определяется следующим выражением:
Видео: Энергия заряженного конденсатора (видео 15) | Введение в электрические цепи | Электротехника
Таким образом, энергия определяется как:
Полученное выражение неудобно, поскольку создает определенные трудности при определении заряда пластин. К счастью, заряд, емкость и напряжение строго связаны:
Выражение теперь принимает вполне понятный вид:
Полученное выражение применимо к конденсаторам любого типа, а не только к плоским, и позволяет легко определить накопленную энергию в любой момент времени. Емкость указана на корпусе и является постоянной величиной. В крайнем случае, его легко измерить специальными приборами. С помощью вольтметра измерьте напряжение с необходимой точностью. Кроме того, конденсаторы склонны к неполному заряду (понижению напряжения), что снижает запасенную энергию.
Для чего необходимо знать энергию
В большинстве случаев при использовании в цепях конденсаторов понятие энергии не используется. Это особенно относится к схемам и фильтрам установки времени и частоты. Но в некоторых областях требуется использование устройств хранения энергии. Самый яркий пример – фотографическая вспышка. В накопительном конденсаторе энергия от источника питания накапливается относительно медленно – несколько секунд, но разряд происходит практически сразу через электроды лампы-вспышки.
Конденсаторы, как и батареи, хранят электрический заряд, но между этими компонентами существует множество различий. Батареи имеют гораздо большую емкость, чем конденсаторы, но последние могут выделять энергию практически мгновенно. Лишь в последнее время, с появлением ионных резисторов, это различие удалось в некоторой степени устранить.
Какова приблизительная энергетическая ценность? Например, как уже упоминалось, вы можете выполнять вычисления с использованием флэш-памяти. Предположим, что напряжение источника питания составляет 300 В, а емкость накопительного конденсатора — 1000 мкФ. При полной зарядке значение энергии составляет 45 Дж, что является значительной величиной. Прикосновение к клеммам компонентов, находящихся под напряжением, может привести к несчастному случаю.
Важно! Принудительный разряд путем замыкания клемм металлическим предметом может привести к выходу оборудования из строя. Энергия, накопленная в конденсаторе, может мгновенно расплавить выводы внутри компонента и повредить его.
Читайте также статью: Почему переменный ток опаснее постоянного
