Σπίτι · Μετρήσεις · Ποια είναι η ηλεκτρική χωρητικότητα ενός πυκνωτή τάσης; Χωρητικότητα ενός πυκνωτή: ουσία και κύρια χαρακτηριστικά

Ποια είναι η ηλεκτρική χωρητικότητα ενός πυκνωτή τάσης; Χωρητικότητα ενός πυκνωτή: ουσία και κύρια χαρακτηριστικά

Επίπεδος πυκνωτήςσυνήθως ονομάζεται σύστημα επίπεδων αγώγιμων πλακών - πλάκες που χωρίζονται από ένα διηλεκτρικό. Η απλότητα του σχεδιασμού ενός τέτοιου πυκνωτή καθιστά σχετικά εύκολο τον υπολογισμό της ηλεκτρικής του χωρητικότητας και τη λήψη τιμών που συμπίπτουν με τα πειραματικά αποτελέσματα.

Ας στερεώσουμε δύο μεταλλικές πλάκες σε μονωτικές βάσεις και τις συνδέσουμε στο ηλεκτρόμετρο έτσι ώστε η μία από τις πλάκες να συνδεθεί στη ράβδο του ηλεκτρομέτρου και η δεύτερη στο μεταλλικό σώμα του (Εικ. 4.71). Με αυτή τη σύνδεση, το ηλεκτρόμετρο θα μετρήσει τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των πλακών, οι οποίες σχηματίζουν έναν επίπεδο πυκνωτή από δύο πλάκες. Κατά τη διεξαγωγή έρευνας, είναι απαραίτητο να το θυμάστε αυτό

σε μια σταθερή τιμή του φορτίου των πλακών, μια μείωση της διαφοράς δυναμικού υποδηλώνει αύξηση της ηλεκτρικής χωρητικότητας του πυκνωτή και αντίστροφα.

Ας δώσουμε στις πλάκες αντίθετα φορτία και ας σημειώσουμε την απόκλιση της βελόνας του ηλεκτρομέτρου. Φέρνοντας τις πλάκες πιο κοντά το ένα στο άλλο (μειώνοντας την απόσταση μεταξύ τους), θα παρατηρήσουμε μείωση της διαφοράς δυναμικού. Έτσι, όσο μειώνεται η απόσταση μεταξύ των πλακών του πυκνωτή, αυξάνεται η ηλεκτρική του χωρητικότητα. Καθώς η απόσταση αυξάνεται, οι ενδείξεις της βελόνας του ηλεκτρομέτρου αυξάνονται, γεγονός που αποτελεί ένδειξη μείωσης της ηλεκτρικής χωρητικότητας.

αντιστρόφως ανάλογη με την απόσταση μεταξύ των πλακών του.

Γ~ 1 / ρε,

Οπου ρε-απόσταση μεταξύ των πλακών.

Αυτή η εξάρτηση μπορεί να απεικονιστεί με ένα γράφημα μιας αντίστροφης ανάλογης εξάρτησης (Εικ. 4.72).

Θα μετατοπίσουμε τις πλάκες τη μία σε σχέση με την άλλη σε παράλληλα επίπεδα χωρίς να αλλάξουμε την μεταξύ τους απόσταση.

Σε αυτήν την περίπτωση, η περιοχή επικάλυψης των πλακών θα μειωθεί (Εικ. 4.73). Μια αύξηση στη διαφορά δυναμικού που σημειώνεται από το ηλεκτρόμετρο θα υποδηλώνει μείωση της ηλεκτρικής χωρητικότητας.

Η αύξηση της περιοχής επικάλυψης των στρωμάτων θα οδηγήσει σε αύξηση της χωρητικότητας.

Ηλεκτρική χωρητικότητα επίπεδος πυκνωτής ανάλογο με το εμβαδόν των πλακών που επικαλύπτονται.

Γ~ΜΙΚΡΟ,

Οπου ΜΙΚΡΟ-περιοχή πλάκας.

Αυτή η εξάρτηση μπορεί να αναπαρασταθεί με ένα γράφημα μιας ευθέως αναλογικής εξάρτησης (Εικ. 4.74).

Έχοντας επαναφέρει τις πλάκες στην αρχική τους θέση, εισάγουμε ένα επίπεδο διηλεκτρικό στο μεταξύ τους χώρο. Το ηλεκτρόμετρο θα σημειώσει μια μείωση στη διαφορά δυναμικού μεταξύ των πλακών, γεγονός που υποδηλώνει αύξηση της ηλεκτρικής χωρητικότητας του πυκνωτή. Εάν τοποθετηθεί άλλο διηλεκτρικό μεταξύ των πλακών, τότε η αλλαγή στην ηλεκτρική χωρητικότητα θα είναι διαφορετική.

Ηλεκτρική χωρητικότητα ενός επίπεδου πυκνωτή εξαρτάται από τη διηλεκτρική σταθερά του διηλεκτρικού.

ντο ~ ε ,

Οπου ε είναι η διηλεκτρική σταθερά του διηλεκτρικού. Υλικό από τον ιστότοπο

Αυτή η εξάρτηση φαίνεται στο γράφημα στο Σχ. 4,75.

Τα πειραματικά αποτελέσματα μπορούν να συνοψιστούν στη φόρμα τύποι για την χωρητικότητα ενός επίπεδου πυκνωτή:

C=εε 0 ΜΙΚΡΟ/ρε,

Οπου μικρό— περιοχή πλάκας· ρε— η μεταξύ τους απόσταση· ε — διηλεκτρική σταθερά του διηλεκτρικού. ε 0 - ηλεκτρική σταθερά.

Οι πυκνωτές, που αποτελούνται από δύο πλάκες, χρησιμοποιούνται πολύ σπάνια στην πράξη. Κατά κανόνα, οι πυκνωτές έχουν πολλές πλάκες συνδεδεμένες μεταξύ τους σύμφωνα με ένα συγκεκριμένο σχέδιο.

Σε αυτή τη σελίδα υπάρχει υλικό για τα ακόλουθα θέματα:

  • Γράφημα της ηλεκτρικής χωρητικότητας ενός επίπεδου πυκνωτή σε σχέση με το εμβαδόν των πλακών του

  • Με αύξηση της περιοχής επικάλυψης των πλακών, το φορτίο στις πλάκες πυκνωτών

  • Θεωρία επίπεδων πυκνωτών

  • Πώς ένα διηλεκτρικό επηρεάζει την ηλεκτρική χωρητικότητα;

  • Μήνυμα για το θέμα της ηλεκτρικής χωρητικότητας

Ερωτήσεις σχετικά με αυτό το υλικό:

  • Ποια είναι η δομή ενός πυκνωτή παράλληλης πλάκας;

  • Αλλάζοντας ποια τιμή στο πείραμα μπορούμε να βγάλουμε συμπέρασμα σχετικά με μια αλλαγή στην ηλεκτρική χωρητικότητα;

  • Χωρητικότητα του πυκνωτή - φυσική ποσότητα, που χαρακτηρίζει τη διαδικασία φόρτισης αγωγών που χωρίζονται από διηλεκτρικό στρώμα. Χρησιμοποιείται σε πολλούς μαθηματικούς υπολογισμούς και επισημαίνεται στο σώμα του προϊόντος.

    ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΙ τυποι

    Η ηλεκτρική χωρητικότητα ενός πυκνωτή συνήθως εκφράζεται ως το αποθηκευμένο φορτίο q σε μια εφαρμοζόμενη τάση U ως εξής:

    Όσο για την προέλευση της φόρμουλας, υπάρχει ένα μυστήριο. Γνωρίζουμε μόνο: από το θεώρημα τάσης του Gauss ηλεκτρικό πεδίοΑς βρούμε την ηλεκτρική χωρητικότητα του πυκνωτή. Δεν αναφέρεται πουθενά ποιος έκανε τον υπολογισμό. Η φυσική ποσότητα farad απουσίαζε αρχικά από το σύστημα GHS· το 1861 εισήχθη από μια ειδική επιτροπή που σχηματίστηκε από φυσικούς.

    Σύμφωνα με ορισμένες πληροφορίες, ήταν για πρώτη φορά που η ηλεκτρική χωρητικότητα ενός πυκνωτή προσδιορίστηκε από αυτόν που εισήγαγε τους όρους σε χρήση. Εννοούμε τον Αλεσάντρο Βόλτα. Στα τέλη της δεκαετίας του '70 (XVIII αιώνες), ο επιστήμονας αφιέρωσε πολλή έρευνα στο θέμα και διαπίστωσε: η ηλεκτρική χωρητικότητα μπορεί να εκφραστεί ως προς το συσσωρευμένο φορτίο και την τάση που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια.

    Επιπλέον, μπορείτε συχνά να βρείτε τον τύπο για την ηλεκτρική χωρητικότητα ενός επίπεδου πυκνωτή:

    Οι συγγραφείς αποφεύγουν να κρίνουν ποιος συμμετείχε στους υπολογισμούς της έκφρασης. Λογικά μιλώντας, σχεδόν κανείς δεν ενδιαφερόταν για την ηλεκτρική χωρητικότητα ενός πυκνωτή επίπεδης πλάκας πριν γεννηθεί η εφεύρεση του Polak. Τα βάζα Leyden κατανέμουν τη χρέωση διαφορετικά. Ο συλλογισμός οδηγεί στις αρχές του 20ού αιώνα. Ίσως ο Tesla και ο Hertz να ασχολήθηκαν με το θέμα. Λιγότερο πιθανό - Ποπόφ.

    Τα επώνυμα ονομάζονται βάσει κριτηρίων ενδιαφέροντος εναλλασσόμενο ρεύμα. Ο Tesla μελέτησε την ασφάλεια της ηλεκτρικής ενέργειας, τη μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις και σχεδίασε κινητήρες. Οι Hertz και Popov μελέτησαν κεραίες που είναι προφανώς συντονισμένες σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος, το οποίο είναι ευκολότερο να αποκτηθεί χρησιμοποιώντας ένα ταλαντευόμενο κύκλωμα. Κατά συνέπεια, οι επιστήμονες πρέπει να έχουν μια ιδέα για την ηλεκτρική χωρητικότητα ενός πυκνωτή και των επαγωγέων.

    Ο Τζέιμς Μάξγουελ, ο Λόρδος Κέλβιν, ο Βίλχελμ Βέμπερ έδωσαν μεγάλη σημασία στη βελτίωση ενοποιημένα συστήματαμετρήσεις φυσικών μεγεθών Υπάρχει κάποια πιθανότητα ότι κάποιος θα μπορούσε να είχε κάποιο χέρι στη μελέτη των πυκνωτών. Ένα πράγμα είναι ξεκάθαρο - στην παγκόσμια ιστορία των φυσικών επιστημών υπάρχουν πολλά λευκά σημεία όταν πρόκειται για πηγές ρωσικής γλώσσας. Η πύλη VashTekhnik θα είναι από τις πρώτες που θα δημοσιεύσει την τελευταία έρευνα στον τομέα της σωστής κατανόησης των γεγονότων που έλαβαν χώρα.

    Ιστορία

    Για τους ανυπόμονους αναγνώστες, αναφέρουμε αμέσως: ο Alessandro Volta εισήγαγε ουσιαστικά τον όρο χωρητικότητα. Δεν είναι γνωστό ακριβώς αν κάποιος το είχε χρησιμοποιήσει στο παρελθόν, αλλά στη δουλειά του ο Ιταλός επιστήμονας, αποκαλώντας τον ηλεκτροφόρο πυκνωτή, χρησιμοποιεί ταυτόχρονα τον όρο χωρητικότητα σε αυτό. Σαν ένα σκάφος στο οποίο μπορείτε να "χύσετε" ένα φορτίο από ένα δοχείο. Ονομάζεται πυκνωτής επειδή η διαδικασία είναι παρόμοια με την εναπόθεση ατμών: θα πάρουμε σταδιακά μια αυθαίρετη ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας. Και από σε μεγάλο βαθμόΕίναι σωστό.

    Ο όρος πυκνωτής

    Ιστορικά, το βάζο Leyden πρέπει να θεωρείται ο πρώτος πυκνωτής. Μέχρι σήμερα, υπάρχει συζήτηση για το ποιος ανακάλυψε τη συσκευή, καθώς και οι δύο επιστήμονες, παρασυρμένοι από τα γεγονότα, απέφευγαν να κρατούν τακτοποιημένα αρχεία· ένα πράγμα είναι αδιαμφισβήτητο - η ηλεκτρική χωρητικότητα της συσκευής δεν μπορούσε να μετρηθεί, δεν υπήρχε αντίστοιχη έννοια " ηλεκτρική χωρητικότητα ενός πυκνωτή».


    Στιγμιότυπο οθόνης μιας έντυπης έκδοσης της πραγματείας του Βόλτα, 1782

    Το άτομο που επινόησε τον όρο ήταν ανίσχυρο να προφέρει τη λέξη νωρίτερα από τον Alessandro Volta το 1782, αναφέροντας στη Βασιλική Επιστημονική Εταιρεία για την έρευνα στον τομέα της ηλεκτροστατικής. Για να καταλάβουμε από πού προέρχεται ο ηλεκτρισμός. Είναι γνωστό ότι τα επόμενα πέντε χρόνια, ο Luigi Galvani θα ανακάλυπτε τον «ζωικό ηλεκτρισμό», που οδήγησε τη Volta κατευθείαν στη δημιουργία της πρώτης μπαταρίας. Αναφέροντας στην κοινωνία, ο νεαρός επιστήμονας στερείται τις αναφερόμενες γνώσεις, ο φωτιστής προσπαθεί να καταλάβει από πού προέρχεται η χρέωση. Ο ίδιος αιτιολογεί κάπως έτσι: «Μέχρι σήμερα υπάρχουν πολλά στοιχεία για την ύπαρξη ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός. Οι άνθρωποι είναι αδύναμοι να βρουν ίχνη παρουσίας. Μπορεί να σημαίνει: τα υπάρχοντα ηλεκτροσκόπια είναι πολύ αδύναμα, δεν μπορούν να ανιχνεύσουν τέτοια λεπτή ύλη. Επομένως, πρέπει να βρούμε έναν τρόπο να αφαιρέσουμε τα υγρά από τον αέρα».

    Πραγματοποιώντας πρακτικά όσα έχουν ειπωθεί, ο Alessandro Volta προτείνει μια συσκευή που ονομάζεται ηλεκτροφόρος (δεν πρέπει να συγχέεται με). Η συσκευή συλλαμβάνει υγρά από έναν ατμοσφαιρικό αγωγό (αέρα). Η αρχή της εξυπηρέτησης του Volta μοιάζει με τη διαδικασία της συμπύκνωσης: συλλέγει ηλεκτρική ενέργεια.

    Ηλεκτροφόρος

    Η Δύση αποκαλεί τον ηλεκτροφόρο γεννήτρια χωρητικού τύπου. Τα παραπάνω υποδηλώνουν ότι ένας τέτοιος ορισμός υιοθετήθηκε χάρη στο Volta, που γράφτηκε από την Αγγλική Βασιλική Εταιρεία. Η συσκευή εφευρέθηκε από ένα άλλο άτομο - τον Σουηδό φυσικό John Clark Wilke. Συνέβη δύο δεκαετίες νωρίτερα - 1762.

    Σήμερα πιστεύεται ότι ο Volta έδωσε στη συσκευή δημοτικότητα, αποκαλώντας την αγαπημένη του αιώνια γεννήτρια ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό είναι επίσης ουσιαστικά σωστό· μπορείτε να τρίβετε καουτσούκ για χιλιάδες χρόνια. Ο "πυκνωτής" μοιάζει περισσότερο με (βλέπε εικόνα) μια βαριά σφράγιση. Στην κορυφή, εκτός από την κύρια κεντρική λαβή, υπάρχει μια πλευρική - για την αφαίρεση αρνητικού δυναμικού. Βλέπουμε τρία στρώματα:

    1. Το υπόστρωμα είναι προαιρετικό· πάνω του είναι κολλημένο καουτσούκ.
    2. Ένα λεπτό στρώμα από καουτσούκ χρησιμεύει ως σώμα ηλεκτρισμού με τριβή.
    3. Στην κορυφή είναι ένα λεπτό φύλλο μετάλλου εξοπλισμένο με δύο λαβές, η μία (κεντρική) είναι μονωμένη.


    Εμφάνιση ηλεκτροφόρου

    Αφού ξεκινήσετε την εργασία, πρέπει να αφαιρέσετε τη "σφράγιση" και να τρίψετε το καουτσούκ με μαλλί. Στη συνέχεια, ο λείος δίσκος επανατοποθετείται. Η περιοχή επαφής με το καουτσούκ είναι μικρή λόγω της τραχύτητας που υπάρχει, το θετικό φορτίο δεν αποκτάται γρήγορα. Πρέπει να περιμένουμε. Ο χειριστής γειώνει το καπάκι για λίγο με την πλευρική λαβή, αφαιρώντας το αρνητικό φορτίο, αφήνοντας ένα θετικό φορτίο στο κάτω μέρος. Όταν αγγίζετε το μέταλλο με το ένα χέρι, μπορείτε να ακούσετε έναν καθαρά ηχητικό ήχο τριξίματος. Μετά την ανύψωση του καπακιού, το καουτσούκ μεταφέρει μια περίσσεια ηλεκτρονίων, επιτρέποντας στο πείραμα να επαναληφθεί πολλές φορές (δύσκολο να το πιστέψει κανείς, μερικές πηγές λένε εκατοντάδες επαναλήψεις).

    Διαχωρίζοντας τα σώματα τραβώντας τη μονωτική λαβή με απότομη κίνηση, ο χειριστής λαμβάνει στατικό ηλεκτρισμό. Η εφεύρεση, αρκετά επαναστατική, είναι αξιοσημείωτο ότι εμφανίστηκε σε λίγα χρόνια μετά την κατάργηση του νόμου για το κυνήγι μαγισσών. Σύμφωνα με τον Volta, ο κύκλος του καουτσούκ πρέπει να είναι όσο το δυνατόν λεπτότερος, περίπου 50ο της ίντσας. Καταφέρνει να έχει το καλύτερο αποτέλεσμα. Ένα φύλλο μετάλλου είναι στην πραγματικότητα επίσης ένα πιάτο. Διαφορετικά, πρέπει να περιμένετε πολύ για να γεμίσει ο όγκος του αγωγού. Στην κοινή γλώσσα, ένας "πυκνωτής" ονομάζεται λαστιχένια πίτα. Μια πίτα καλυμμένη με μεταλλική γέμιση.

    Είναι όντως ο ηλεκτροφόρος μια ανεξάντλητη πηγή ενέργειας; ΣΕ ιδανικές συνθήκες, αν και είναι δύσκολο να το πιστέψει κανείς. Το αρνητικό φορτίο του καουτσούκ πολώνει τη μεταλλική πλάκα, δημιουργώντας ένα συγκεκριμένο δυναμικό. Αναγκάστηκε να βγει εξωτερική επιφάνειαΤα ηλεκτρόνια αφαιρούνται αγγίζοντας το ηλεκτρόδιο γείωσης. Μένει να διαχωριστούν τα συστατικά του ηλεκτροφόρου. Έχοντας καταστρέψει το θετικό φορτίο με το άγγιγμα και ακούσατε τον ήχο μιας σπίθας, μπορείτε να ξεκινήσετε ξανά το πείραμα.

    Ο ηλεκτροφόρος μοιάζει πραγματικά με πυκνωτή. Αφού αφαιρέσετε το υπερβολικό αρνητικό φορτίο, μετατρέπεται πραγματικά στην αναφερόμενη συσκευή. Ο πυκνωτής δεν μπορεί να αποθηκευτεί για μεγάλο χρονικό διάστημα, καθώς τα ηλεκτρόνια από το καουτσούκ θα ρέουν σταδιακά στο μέταλλο. Η συσκευή θα αποφορτιστεί. Στην πραγματικότητα, το καουτσούκ και το μέταλλο διαχωρίζονται μεταξύ τους με αέρα, ο οποίος χρησιμεύει ως διηλεκτρικό. Αντί για καουτσούκ χρησιμοποιούμε διάφορα πολυμερή, για παράδειγμα τεφλόν.

    Μένει να σημειωθεί: την εποχή του Βόλτα, δεν γνώριζαν μεθόδους για να απαλλάξουν το καουτσούκ από το στατικό φορτίο. Η «επένδυση» του πυκνωτή θα μπορούσε για πολύ καιρόαποθηκεύουν ένα φορτίο ηλεκτρονίων. Η Volta προτείνει να τοποθετηθεί το δείγμα από κάτω ακτίνες ηλίου, ή μετακινήστε ένα αναμμένο κερί κοντά. Μέσω της ιονισμένης φλόγας, τα ηλεκτρόνια φεύγουν από τον πυκνωτή. Σήμερα είναι ξεκάθαρο ότι αρκεί να πλύνουμε το λάστιχο για να μην μείνουν ίχνη στατικής καταπόνησης. Για να λειτουργήσει θα χρειαστεί να το στεγνώσετε ξανά.

    Βάζο Leyden

    Πιστεύεται ότι ήταν ο Felix Savary που ανακάλυψε τις ταλαντώσεις του κυκλώματος συντονισμού. Ενώ έβγαζα ένα βάζο Leyden μέσα από μια στριμμένη χάλκινη κλωστή, παρατήρησα την ακανόνιστη κίνηση της βελόνας της πυξίδας. 1826, όταν η Αγγλία, η Γαλλία, η Γερμανία και εν μέρει η Ιταλία εξερεύνησαν πυρετωδώς ένα νέο φαινόμενο που έφερε στον επιστημονικό κόσμο ο Oersted.


    Η ιστορία της δημιουργίας μπορείτε να διαβάσετε στην αντίστοιχη κριτική. Πρέπει να πούμε ότι κανείς δεν προσπάθησε πραγματικά να καταλάβει ποια είναι η ηλεκτρική χωρητικότητα ενός πυκνωτή. Δεν είναι απαραίτητο για προφανείς λόγους: το βάζο Leyden χρησιμοποιήθηκε κυρίως από την επιστημονική κοινότητα, λύνοντας συγκεκριμένα προβλήματα. Η εμπειρία του Felix Savary έμεινε για πολύ καιρό απαρατήρητη...

    Το 1842, ο παλιός μας φίλος, ο Sir Joseph Henry, ένας εφευρέτης και λάτρης του τηλεγράφου, ανέλαβε το κύκλωμα ταλάντωσης και την ηλεκτρική χωρητικότητα ενός πυκνωτή. Γράψτε το γραπτώς αφού δοκιμάσετε τις σημειώσεις του Savary στην πράξη:

    «Μια ανωμαλία που παραμένει ανεξήγητη για τόσο καιρό, η οποία με την πρώτη ματιά φαίνεται να υπάρχει σε αντίθεση με τη θεωρία μας για τον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό, μετά από προσεκτική μελέτη την έχω ταξινομήσει ως ένα άγνωστο μέχρι τώρα φαινόμενο. Η εκκένωση εμφανίζεται παράξενα (σε αντίθεση με τη θεωρία του Φράνκλιν), η αίσθηση ότι, με την έξοδο από το βάζο, το υγρό αρχίζει να περιφέρεται πέρα ​​δώθε. Αυτό που είδαμε μας αναγκάζει να παραδεχτούμε: η διαδικασία ξεκινά με κανονικό τρόπο, στη συνέχεια συμβαίνουν αρκετές αλλαγές κατεύθυνσης, κάθε φορά που το πλάτος γίνεται μικρότερο, έως ότου οι κινήσεις εξαφανιστούν εντελώς. Προφανώς, το φαινόμενο δεν μπορεί να εξηγηθεί σήμερα· οι φυσικοί συναντήθηκαν μαζί του (Savary), αλλά ήταν ανίσχυροι».

    Προφανώς, ο επιστήμονας δεν ενδιαφέρεται καθόλου για την ηλεκτρική χωρητικότητα του πυκνωτή - οι σκέψεις του απορροφώνται από την ανωμαλία που θα ήθελε να εξερευνήσει. Πέντε χρόνια αργότερα, ο φυσικός Helmholtz, ο οποίος διάβασε την έκθεση του Henry σε μια συνάντηση της Φυσικής Εταιρείας του Βερολίνου, είπε:

    «Κατά την ηλεκτρόλυση, παρατήρησα ασυνήθιστες διακυμάνσεις. Αυτή η αίσθηση, η διαδικασία της ταλάντωσης συνεχίζεται, έως ότου το ίδιο το vis viva εξαφανιστεί για πάντα, απορροφημένο από τη συνολική αντίσταση του κυκλώματος. Έχει κανείς την εντύπωση ότι δύο ρεύματα αντίθετων κατευθύνσεων ρέουν κατά μήκος του κυκλώματος, πρώτα το ένα και μετά αναλαμβάνει το άλλο».

    Τη διαμάχη έβαλε τέλος ο διάσημος Γουίλιαμ Τόμσον, ονόματι Λόρδος Κέλβιν. Έχοντας μελετήσει τη διαδικασία μαθηματικά, δήλωσε: στο κύκλωμα, προφανώς, υπάρχουν πράγματα όπως η ηλεκτρική χωρητικότητα του πυκνωτή και η επαγωγή του διπλωμένου χάλκινο σύρμα. Στα μεταβατικά ηλεκτρικά ρεύματα έχει γίνει κλασικό. Αν και ο Λόρδος Thomson αποκαλεί την επαγωγή ηλεκτροδυναμική χωρητικότητα, η έννοια του τύπου είναι σαφής. Ο επιστήμονας ήταν ο πρώτος που είπε: η ενέργεια μεταφέρεται μεταξύ ενός πυκνωτή και ενός επαγωγέα, εξασθενώντας σταδιακά από ενεργητική αντίστασηαλυσίδες.

    Ο τύπος που φαίνεται στο σχήμα δίνεται σε σύγχρονες τιμές, οι σημειώσεις είναι τυπικές. C είναι η ηλεκτρική χωρητικότητα του πυκνωτή, L είναι η αυτεπαγωγή του πηνίου, q είναι η ποσότητα φορτίου, I είναι το ρεύμα του κυκλώματος. Άλλα σύμβολα αναφέρονται σε λειτουργίες διαφοροποίησης. Ο όρος επαγωγή εισήχθη πολύ αργότερα - το 1886 από τον Oliver Heaviside. Τύπος συχνότητα συντονισμού, η οποία εξαρτάται από την ηλεκτρική χωρητικότητα του πυκνωτή και την αυτεπαγωγή του πηνίου, προήλθε από τον James Maxwell το 1868.

    Ηλεκτρική χωρητικότητα– ένα ποσοτικό μέτρο της ικανότητας ενός αγωγού να συγκρατεί ένα φορτίο.

    Οι απλούστεροι τρόποι για να διαχωρίσετε διαφορετικά ονόματα ηλεκτρικά φορτία– ηλεκτρισμός και ηλεκτροστατική επαγωγή – καθιστούν δυνατή την απόκτηση μικρής ποσότητας ελεύθερων ηλεκτρικών φορτίων στην επιφάνεια των σωμάτων. Για τη συσσώρευση σημαντικών ποσοτήτων αντίθετων ηλεκτρικών φορτίων, χρησιμοποιούνται πυκνωτές.

    Πυκνωτήςείναι ένα σύστημα δύο αγωγών (πλάκες) που χωρίζονται από ένα διηλεκτρικό στρώμα, το πάχος του οποίου είναι μικρό σε σύγκριση με το μέγεθος των αγωγών. Για παράδειγμα, σχηματίζονται δύο επίπεδες μεταλλικές πλάκες που βρίσκονται παράλληλα και χωρίζονται από ένα διηλεκτρικό στρώμα διαμέρισμαπυκνωτής.

    Αν στις πλάκες ενός επίπεδου πυκνωτή δοθούν φορτία ίσα σε μέγεθος αντίθετο σημάδι, τότε η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου μεταξύ των πλακών θα είναι διπλάσια από την ένταση του πεδίου σε μία πλάκα. Έξω από τις πλάκες, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι μηδέν, αφού τα φορτία είναι ίσα διαφορετικό σημάδισε δύο πλάκες δημιουργούνται ηλεκτρικά πεδία έξω από τις πλάκες, των οποίων οι αντοχές είναι ίσες σε μέγεθος αλλά αντίθετες στην κατεύθυνση.

    Χωρητικότητα του πυκνωτήείναι ένα φυσικό μέγεθος που καθορίζεται από τον λόγο του φορτίου μιας από τις πλάκες προς την τάση μεταξύ των πλακών του πυκνωτή:

    Με σταθερή θέση των πλακών, η ηλεκτρική χωρητικότητα του πυκνωτή είναι σταθερή τιμή για οποιαδήποτε φόρτιση στις πλάκες.

    Η μονάδα ηλεκτρικής χωρητικότητας στο σύστημα SI είναι το Farad. 1 F είναι η ηλεκτρική χωρητικότητα ενός τέτοιου πυκνωτή, η τάση μεταξύ των πλακών του οποίου είναι ίση με 1 V όταν δίνονται στις πλάκες αντίθετα φορτία 1 C η καθεμία.



    Η ηλεκτρική χωρητικότητα ενός επίπεδου πυκνωτή μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο:

    S - περιοχή πλακών πυκνωτών

    d – απόσταση μεταξύ των πλακών

    – διηλεκτρική σταθερά του διηλεκτρικού

    Η ηλεκτρική χωρητικότητα της μπάλας μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο:

    Ενέργεια φορτισμένου πυκνωτή.

    Εάν η ένταση πεδίου μέσα στον πυκνωτή είναι E, τότε η ένταση πεδίου που δημιουργείται από το φορτίο μιας από τις πλάκες είναι E/2. Στο ομοιόμορφο πεδίο της μιας πλάκας υπάρχει ένα φορτίο κατανεμημένο στην επιφάνεια της άλλης πλάκας. Σύμφωνα με τον τύπο για δυναμική ενέργειαφορτίο σε ένα ομοιόμορφο πεδίο, η ενέργεια του πυκνωτή είναι ίση με:

    Χρησιμοποιώντας τον τύπο για την χωρητικότητα ενός πυκνωτή:

    Πυκνωτές.

    Εάν σε έναν μονωμένο αγωγό δοθεί φορτίο Dq, τότε το δυναμικό του θα αυξηθεί κατά Dj και ο λόγος Dq/Dj παραμένει σταθερός: Dq/Dj=C, όπου C είναι ηλεκτρική χωρητικότητα του αγωγού, δηλ. μέγεθος, αριθμητικά ίσο με χρέωση, το οποίο πρέπει να κοινοποιηθεί στον αγωγό για να αυξηθεί το δυναμικό του κατά ένα (κατά 1V). Η ηλεκτρική χωρητικότητα των αγωγών εξαρτάται από το μέγεθος, το σχήμα, τις διηλεκτρικές ιδιότητες του μέσου στο οποίο τοποθετούνται και τη θέση των γύρω σωμάτων, αλλά δεν εξαρτάται από το υλικό του αγωγού. Σε SI ανά μονάδα ηλεκτρική χωρητικότητα 1 φαράντ (F): [C]=1A=1kl/1V=1A 2 *s 4 /kg*m 2. Μια χωρητικότητα ίση με 1F είναι πολύ μεγάλη, επομένως στην πράξη χρησιμοποιούνται συχνότερα οι μονάδες microfarads (1 μF = 10 -6 F) ή picofarads (1 μF = 10 -12 F). Ένας πυκνωτής είναι ένα σύστημα δύο αγωγών (πλάκες) που δεν συνδέονται μεταξύ τους. Συχνά ένα διηλεκτρικό τοποθετείται μεταξύ των πλακών. Όταν αυτοί οι αγωγοί φορτίζονται με ίσα και αντίθετα φορτία, το πεδίο που δημιουργείται από αυτούς τους αγωγούς εντοπίζεται σχεδόν πλήρως στο μεταξύ τους χώρο. Οι πυκνωτές είναι συσκευές αποθήκευσης ηλεκτρικών φορτίων. Ο λόγος του φορτίου της πλάκας πυκνωτή προς τη διαφορά δυναμικού μεταξύ τους είναι συνεχής: q/(j 1 -j 2)=C.

    Επίπεδος πυκνωτήςαποτελείται από δύο πλάκες εμβαδού S, που βρίσκονται σε μικρή απόσταση d μεταξύ τους, φορτία στις πλάκες +q και –q. Σε γενικές γραμμές, εάν ο χώρος μεταξύ των πλακών είναι γεμάτος με ένα διηλεκτρικό με διηλεκτρική σταθεράε, τότε η ένταση του ηλεκτροστατικού πεδίου μεταξύ των πλακών είναι ίση με το άθροισμα των εντάσεων πεδίου που δημιουργούνται από κάθε μία από τις πλάκες.

    E=s/e 0 e. Η χωρητικότητα ενός επίπεδου πυκνωτή είναι C=e 0 eS/d.

    Παράλληλη και σειριακή σύνδεση πυκνωτών. Στην πράξη, οι πυκνωτές συνδέονται συχνά διαφορετικοί τρόποι. Εύρημα ισοδύναμη χωρητικότητα- αυτό σημαίνει την εύρεση ενός πυκνωτή τέτοιας χωρητικότητας που, με την ίδια διαφορά δυναμικού, θα συσσωρεύει το ίδιο φορτίο q με μια συστοιχία πυκνωτών. Στο σειριακή σύνδεση N πυκνωτές, η φόρτιση στις πλάκες είναι ίδια, η τάση σε ολόκληρη την μπαταρία των πυκνωτών είναι ίση με το άθροισμα των τάσεων σε κάθε πυκνωτή ξεχωριστά: U σύνολο =U 1 +U 2 +U 3 +...+UN N, και η συνολική χωρητικότητα των N πυκνωτών είναι 1/C σύνολο =1 /С 1 +1/С 2 +1/С 3 +...+1/С N . Στο παράλληλη σύνδεσηπυκνωτών, η τάση U σε όλους τους πυκνωτές είναι ίδια και η συνολική χωρητικότητα C της μπαταρίας είναι ίση με το άθροισμα των χωρητικοτήτων των μεμονωμένων πυκνωτών, C σύνολο = C 1 + C 2 + C 3 +... + C Ν.

    Τόσο στη βιομηχανία όσο και στην Καθημερινή ζωήείναι συχνά απαραίτητο να δημιουργηθεί μεγάλη ποσότηταθετικό και αρνητικό Είναι σαφές ότι αυτό δεν μπορεί να γίνει με τη βοήθεια ηλεκτροδότησης των σωμάτων. Αποδεικνύεται ότι χρειάζεστε μια ειδική συσκευή. Μια τέτοια συσκευή είναι ένας πυκνωτής.

    Ένας πυκνωτής είναι ένα απλό σύστημα που αποτελείται από ένα διηλεκτρικό που χωρίζει δύο πλάκες. Σε αυτή την περίπτωση, είναι πολύ σημαντικό το πάχος αυτού του διηλεκτρικού να είναι μικρό σε σύγκριση με τις διαστάσεις αυτών των ίδιων πλακών, δηλαδή των αγωγών.

    Ο απλούστερος τύπος ηλεκτρικών χωρητικών συσκευών είναι ένα σύμπλεγμα δύο μεταλλικές πλάκεςχωρίζονται από κάποιο είδος διηλεκτρικού. Αν φέρουμε σε αυτά τα πιάτα ηλεκτρική ενέργεια, τότε η ποσοτική τιμή της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται μεταξύ τους θα είναι σχεδόν διπλάσια από την ίδια ένταση για μία από αυτές τις πλάκες.

    Ο πιο σημαντικός δείκτης που χαρακτηρίζει αυτό το σύστημα, είναι ένας πυκνωτής από την άποψη των θεμελιωδών αρχών της ηλεκτρομηχανικής, ίσος με την αναλογία του φορτίου μιας από τις πλάκες που χρησιμοποιούνται προς την τάση μεταξύ των αγωγών αυτής της συσκευής. ΣΕ γενική εικόναΗ χωρητικότητα του πυκνωτή θα μοιάζει με αυτό:

    Εάν η θέση των πλακών στο χώρο παραμείνει αμετάβλητη για μεγάλο χρονικό διάστημα, τότε η ηλεκτρική χωρητικότητα του πυκνωτή παραμένει σταθερή (ανεξάρτητα από τους ποσοτικούς δείκτες της φόρτισης στις πλάκες).

    Στο Διεθνές Σύστημα Φυσικών Μετρήσεων, η ηλεκτρική χωρητικότητα ενός πυκνωτή μετριέται σε farads (F). Σύμφωνα με αυτή την ταξινόμηση, ένα farad χαρακτηρίζει την ηλεκτρική χωρητικότητα μιας συσκευής στην οποία η τάση μεταξύ των διηλεκτρικών είναι ένα βολτ και η ποσότητα φορτίου που παρέχεται στις πλάκες είναι ίση με ένα coulomb.

    Στην πραγματικότητα, ένα farad είναι μια πολύ μεγάλη τιμή, επομένως οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μονάδες είναι microfarads, nanofarads και ακόμη και picofarads.

    Η ηλεκτρική χωρητικότητα ενός επίπεδου πυκνωτή θα εξαρτάται άμεσα από την περιοχή των πλακών του και θα αυξάνεται καθώς μειώνεται η απόσταση μεταξύ τους. Για να αυξηθεί σημαντικά η ηλεκτρική χωρητικότητα αυτών των συσκευών, εισάγονται ορισμένα διηλεκτρικά μεταξύ των αγωγών.


    Τις περισσότερες φορές, τα ηλεκτρόδια για τους πυκνωτές είναι κατασκευασμένα από λεπτό φύλλο και το χαρτί, η μαρμαρυγία ή τα κεραμικά χρησιμοποιούνται ως κύρια φλάντζα. Σύμφωνα με το υλικό που χρησιμεύει ως βάση για τα διηλεκτρικά, οι πυκνωτές παίρνουν τα ονόματά τους - χαρτί, κεραμικό, αέρας, μαρμαρυγία. Αρκετά διαδεδομένο σε Πρόσφαταπήρε ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές, τα οποία, παρά τις αρκετά συμπαγείς διαστάσεις τους, έχουν σημαντική ηλεκτρική χωρητικότητα. Λόγω αυτών των ιδιοτήτων, χρησιμοποιούνται ενεργά σε οικιακές συσκευές, και επίσης ως ανορθωτές ηλεκτρικού ρεύματος.

    Οι πυκνωτές είναι από τους πιο απαραίτητους ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ, χωρίς την οποία θα ήταν απλώς αδύνατο να δημιουργηθούν τα περισσότερα οικιακά και ηλεκτρικά όργανα μέτρησης.