ელექტროენერგიის შესწავლის დაწყებიდან მხოლოდ 1745 წელს მოახერხეს ევალდ იურგენ ფონ კლაისტმა და პიტერ ვან მუშენბროკმა მისი დაგროვებისა და შენარჩუნების პრობლემის გადაჭრა. ჰოლანდიაში, ლეიდენში შექმნილმა მოწყობილობამ შესაძლებელი გახადა ელექტრო ენერგიის დაგროვება და საჭიროების შემთხვევაში მისი გამოყენება.
ლეიდენის ქილა - კონდენსატორის პროტოტიპი. მისმა გამოყენებამ ფიზიკურ ექსპერიმენტებში გააუმჯობესა ელექტროენერგიის შესწავლა, რამაც შესაძლებელი გახადა ელექტრო დენის პროტოტიპის შექმნა.
რა არის კონდენსატორი
ელექტრული მუხტისა და ელექტროენერგიის შეგროვება კონდენსატორის მთავარი დანიშნულებაა. ჩვეულებრივ, ეს არის ორი იზოლირებული დირიჟორის სისტემა, რომელიც მდებარეობს ერთმანეთთან რაც შეიძლება ახლოს. გამტარებს შორის სივრცე ივსება დიელექტრიკით. გამტარებზე დაგროვილი მუხტი არჩეულია სხვაგვარად. მოზიდული საპირისპირო მუხტების თვისება ხელს უწყობს მის უფრო დიდ დაგროვებას. დიელექტრიკს ენიჭება ორმაგი როლი: რაც უფრო დიდია დიელექტრიკული მუდმივი, მით მეტია ელექტრული სიმძლავრე, მუხტები ვერ გადალახავს ბარიერს დაგანეიტრალება.
ელექტრული სიმძლავრე არის ძირითადი ფიზიკური რაოდენობა, რომელიც ახასიათებს კონდენსატორის უნარს დააგროვოს მუხტი. გამტარებს ეწოდება ფირფიტები, კონდენსატორის ელექტრული ველი კონცენტრირებულია მათ შორის.
დამუხტული კონდენსატორის ენერგია, როგორც ჩანს, მის სიმძლავრეზე უნდა იყოს დამოკიდებული.
ელექტრული სიმძლავრე
ენერგეტიკული პოტენციალი შესაძლებელს ხდის (დიდი ელექტრული სიმძლავრის) კონდენსატორების გამოყენებას. დამუხტული კონდენსატორის ენერგია გამოიყენება, როდესაც საჭიროა მოკლე დენის პულსის გამოყენება.
რა რაოდენობებზეა დამოკიდებული ელექტრო სიმძლავრე? კონდენსატორის დატენვის პროცესი იწყება მისი ფირფიტების დენის წყაროს ბოძებთან შეერთებით. ერთ ფირფიტაზე დაგროვილი მუხტი (რომლის ღირებულებაა q) აღებულია კონდენსატორის მუხტად. ფირფიტებს შორის კონცენტრირებულ ელექტრულ ველს აქვს პოტენციური სხვაობა U.
ელექტრული სიმძლავრე (C) დამოკიდებულია ერთ გამტარზე კონცენტრირებულ ელექტროენერგიის რაოდენობაზე და ველის ძაბვაზე: C=q/U.
ეს მნიშვნელობა იზომება F-ში (ფარადებში).
მთელი დედამიწის სიმძლავრე არ არის შედარებული კონდენსატორის სიმძლავრესთან, რომლის ზომა დაახლოებით ნოუთბუქის ზომაა. დაგროვილი ძლიერი მუხტის გამოყენება შესაძლებელია მანქანებში.
თუმცა, თეფშებზე შეუზღუდავი რაოდენობის ელექტროენერგიის დაგროვების საშუალება არ არსებობს. როდესაც ძაბვა იზრდება მაქსიმალურ მნიშვნელობამდე, შეიძლება მოხდეს კონდენსატორის ავარია. ფირფიტებიგანეიტრალება, რამაც შეიძლება დააზიანოს მოწყობილობა. დამუხტული კონდენსატორის ენერგია მთლიანად იხარჯება მის გაცხელებაზე.
ენერგეტიკული ღირებულება
კონდენსატორის გათბობა გამოწვეულია ელექტრული ველის ენერგიის შინაგანად გადაქცევით. კონდენსატორის უნარი შეასრულოს სამუშაო მუხტის გადასატანად, მიუთითებს ელექტროენერგიის საკმარისი მიწოდების არსებობაზე. იმის დასადგენად, თუ რამდენად მაღალია დამუხტული კონდენსატორის ენერგია, განიხილეთ მისი განმუხტვის პროცესი. U ძაბვის ელექტრული ველის მოქმედებით q-ის მუხტი მიედინება ერთი ფირფიტიდან მეორეზე. განმარტებით, ველის მუშაობა ტოლია პოტენციური სხვაობის ნამრავლისა და მუხტის ოდენობის: A=qU. ეს თანაფარდობა მოქმედებს მხოლოდ მუდმივი ძაბვის მნიშვნელობისთვის, მაგრამ კონდენსატორის ფირფიტებზე განმუხტვის პროცესში ის თანდათან მცირდება ნულამდე. უზუსტობების თავიდან ასაცილებლად, ვიღებთ მის საშუალო მნიშვნელობას U/2.
ელექტრული სიმძლავრის ფორმულიდან გვაქვს: q=CU.
აქედან დამუხტული კონდენსატორის ენერგია შეიძლება განისაზღვროს ფორმულით:
W=CU2/2.
ჩვენ ვხედავთ, რომ რაც უფრო დიდია მისი მნიშვნელობა, მით უფრო მაღალია ელექტრული სიმძლავრე და ძაბვა. პასუხის გასაცემად, თუ რა არის დამუხტული კონდენსატორის ენერგია, მივმართოთ მათ სახეობებს.
კონდენსატორების ტიპები
რადგან კონდენსატორის შიგნით კონცენტრირებული ელექტრული ველის ენერგია პირდაპირ კავშირშია მის ტევადობასთან და კონდენსატორების მუშაობა დამოკიდებულია მათ კონსტრუქციულ მახასიათებლებზე, გამოიყენება სხვადასხვა ტიპის შესანახი მოწყობილობები.
- ფირფიტების ფორმის მიხედვით: ბრტყელი, ცილინდრული, სფერული და ა.შ.ე.
- ტევადობის შეცვლით: მუდმივი (ტევადობა არ იცვლება), ცვლადი (ფიზიკური თვისებების შეცვლით ვცვლით ტევადობას), რეგულირება. ტევადობის შეცვლა შეიძლება განხორციელდეს ტემპერატურის, მექანიკური ან ელექტრული სტრესის შეცვლით. ტრიმერის კონდენსატორების ტევადობა იცვლება ფირფიტების ფართობის შეცვლით.
- დიელექტრიკის ტიპის მიხედვით: აირი, თხევადი, მყარი დიელექტრიკი.
- დიელექტრიკის ტიპის მიხედვით: მინა, ქაღალდი, მიკა, მეტალ-ქაღალდი, კერამიკული, სხვადასხვა კომპოზიციის თხელფენიანი ფირები.
ტიპის მიხედვით განასხვავებენ სხვა კონდენსატორებიც. დამუხტული კონდენსატორის ენერგია დამოკიდებულია დიელექტრიკის თვისებებზე. ძირითად რაოდენობას დიელექტრიკული მუდმივი ეწოდება. ელექტრული სიმძლავრე მის პირდაპირპროპორციულია.
ფირფიტის კონდენსატორი
განვიხილოთ ელექტრული მუხტის შეგროვების უმარტივესი მოწყობილობა - ბრტყელი კონდენსატორი. ეს არის ორი პარალელური ფირფიტის ფიზიკური სისტემა, რომელთა შორის არის დიელექტრიკული ფენა.
ფირფიტების ფორმა შეიძლება იყოს მართკუთხა და მრგვალი. თუ საჭიროა ცვლადი სიმძლავრის მოპოვება, მაშინ ჩვეულებრივია ფირფიტების აღება ნახევრად დისკების სახით. ერთი ფირფიტის როტაცია მეორესთან მიმართებაში იწვევს ფირფიტების ფართობის ცვლილებას.
ვვარაუდობთ, რომ ერთი ფირფიტის ფართობი უდრის S-ს, ფირფიტებს შორის მანძილი აღებულია d-ის ტოლი, შემავსებლის დიელექტრიკული მუდმივია ε. ასეთი სისტემის ტევადობა დამოკიდებულია მხოლოდ კონდენსატორის გეომეტრიაზე.
C=εε0წ/დ.
ბრტყელი კონდენსატორის ენერგია
ჩვენ ვხედავთ, რომ კონდენსატორის ტევადობა პირდაპირპროპორციულია ერთი ფირფიტის მთლიან ფართობზე და უკუპროპორციულია მათ შორის მანძილისა. პროპორციულობის კოეფიციენტი არის ელექტრული მუდმივი ε0. დიელექტრიკის დიელექტრიკული მუდმივის გაზრდა გაზრდის ელექტრო სიმძლავრეს. ფირფიტების ფართობის შემცირება საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ დარეგულირების კონდენსატორები. დამუხტული კონდენსატორის ელექტრული ველის ენერგია დამოკიდებულია მის გეომეტრიულ პარამეტრებზე.
გამოიყენეთ გამოთვლის ფორმულა: W=CU2/2.
დამუხტული ბრტყელი ფორმის კონდენსატორის ენერგიის განსაზღვრა ხორციელდება ფორმულის მიხედვით:
W=εε0S U2/(2დ).
კონდენსატორების გამოყენება
კონდენსატორების უნარი შეუფერხებლად შეაგროვონ ელექტრული მუხტი და საკმარისად სწრაფად გადასცეს იგი გამოიყენება ტექნოლოგიის სხვადასხვა სფეროში.
ინდუქტორებთან კავშირი საშუალებას გაძლევთ შექმნათ რხევადი სქემები, დენის ფილტრები, უკუკავშირის სქემები.
ფოტო ციმციმები, გამაოგნებელი იარაღები, რომლებშიც თითქმის მყისიერი გამონადენი ხდება, იყენებენ კონდენსატორის უნარს ძლიერი დენის პულსის შესაქმნელად. კონდენსატორი იტენება პირდაპირი დენის წყაროდან. კონდენსატორი თავად მოქმედებს როგორც ელემენტი, რომელიც არღვევს წრედს. საპირისპირო მიმართულებით გამონადენი თითქმის მყისიერად ხდება დაბალი ომური წინააღმდეგობის ნათურის მეშვეობით. განსაცვიფრებელ იარაღში ეს ელემენტია ადამიანის სხეული.
კონდენსატორი ან ბატარეა
დაგროვილი მუხტის ხანგრძლივად შენარჩუნების შესაძლებლობა იძლევა შესანიშნავ შესაძლებლობას გამოიყენოს იგი ინფორმაციის შესანახად ან ენერგიის შესანახად. ეს თვისება ფართოდ გამოიყენება რადიოინჟინერიაში.
შეცვალეთ ბატარეა, სამწუხაროდ, კონდენსატორი ვერ ახერხებს, რადგან მას აქვს გამონადენის თავისებურება. დაგროვილი ენერგია არ აღემატება რამდენიმე ასეულ ჯოულს. ბატარეას შეუძლია დიდი ხნის განმავლობაში და თითქმის დაუკარგავად შეინახოს დიდი რაოდენობით ელექტროენერგია.
