Звідки виникає енергія електричного поля конденсатора
Надані самі собі, два однойменних електричних заряду не хочуть мати нічого спільного один з одним. Вони розлітаються так швидко, як тільки можуть. Таким чином, якщо частинки змушені рухатися назустріч один одному (а це відбувається, наприклад, при накопиченні заряду), вони цьому всіляко чинять опір, і щоб збільшити щільність концентрації зарядів у провіднику, повинна бути витрачена певна енергія.
Енергія електричного поля конденсатора
У статичному стані ця енергія не використовується і безповоротно втрачається. Вона зберігається у вигляді електричного поля - своєрідної напруженості в просторі між зарядженими частинками - до тих пір, поки концентрація зарядів не зменшиться, і вони знов не знайдуть здатність до вільного пересування.
У цьому випадку заряди використовують накопичену енергію електричного поля для придбання прискорення на своєму шляху.
Конденсатор є компонентом електричного кола, спеціально призначеним для зберігання електричного поля.
Енергія електричного поля конденсатора є основою його використання в численних електричних та електронних пристроях.
Розрахунок ємності конденсатора
Проста логіка підказує, що конденсатор, заряджений до напруги V, для досягнення нового стану потребують QV джоулів енергії, і ця величина якраз і є не що інше, як енергія електричного поля конденсатора, накопичена в ньому і готова до використання.
На жаль, здоровий глузд тут дає осічку. Якщо ви відчуваєте себе добре після випитої кухля пива, це зовсім не означає, що ви будете почувати себе рівно в два рази краще після прийому другої.
Насправді в міру зближення зарядів, вони чинять опір цьому все більш і більш люто. Очевидно, що тут ми маємо справу з нелінійним процесом.
Подивимося, як енергія електричного поля конденсатора визначається на основі простого досвіду.
Відомо, що струм визначається як швидкість, з якою рухається заряд. Тому, якщо підключити конденсатор до джерела стабілізованого струму, заряд Q буде накопичуватися на пластинах з постійною швидкістю.
Припустимо, ми беремо незаряджений конденсатор і підключаємо його до блоку живлення, який забезпечує постійний зарядний струм I.
Пристрій конденсатора
Напруга на конденсаторі починається з нуля і зростає лінійно, поки конденсатор не буде повністю заряджений. Після цього воно зупиняється. Назвемо це значення максимальною напругою V.
Середня напруга на конденсаторі в процесі заряду становить (V / 2), а середня потужність, відповідно, I (V / 2). Конденсатор був заряджений за час Т секунд, так що енергія електричного поля конденсатора, запасена в в процесі заряду, дорівнює TI (V / 2).
W = 1 / 2QV = 1 / 2CV
Незважаючи на існування величезної кількості типорозмірів, пристрій конденсатора не відрізняється особливою різноманітністю.
Більшість з них складаються з двох паралельних пластин, розділених діелектриком. Іноді, для економії місця, цей сендвіч згорнуть в трубочку, як рулет. А в деяких випадках вони мають кілька шарів, певним чином пов'язаних між собою.
Розрахунок ємності конденсатора, що складається з двох металевих пластин, при відомих фізичних розмірах зазвичай не представляє складності, так само, як і розрахунок результуючої ємності при послідовному або паралельному з'єднанні конденсаторів.
