Desde o início do estudo da eletricidade, foi somente em 1745 que Ewald Jurgen von Kleist e Pieter van Muschenbroek conseguiram resolver o problema de sua acumulação e preservação. Criado em Leiden, na Holanda, o dispositivo possibilitou acumular energia elétrica e utilizá-la quando necessário.
Leyden jar - um protótipo de um capacitor. Seu uso em experimentos físicos avançou muito o estudo da eletricidade, possibilitou a criação de um protótipo de corrente elétrica.
O que é um capacitor
Recolher carga elétrica e eletricidade é o principal objetivo de um capacitor. Normalmente este é um sistema de dois condutores isolados localizados o mais próximo possível um do outro. O espaço entre os condutores é preenchido com um dielétrico. A carga acumulada nos condutores é escolhida de forma diferente. A propriedade de cargas opostas serem atraídas contribui para seu maior acúmulo. Ao dielétrico é atribuído um papel duplo: quanto maior a constante dielétrica, maior a capacidade elétrica, as cargas não podem ultrapassar a barreira eneutralizar.
A capacidade elétrica é a principal grandeza física que caracteriza a capacidade de um capacitor acumular carga. Os condutores são chamados de placas, o campo elétrico do capacitor se concentra entre eles.
A energia de um capacitor carregado, aparentemente, deve depender de sua capacidade.
Capacidade elétrica
Potencial energético possibilita o uso de capacitores (de grande capacidade elétrica). A energia de um capacitor carregado é utilizada quando é necessário aplicar um pulso de corrente curto.
De quais quantidades depende a capacidade elétrica? O processo de carregamento de um capacitor começa conectando suas placas aos pólos de uma fonte de corrente. A carga acumulada em uma placa (cujo valor é q) é considerada a carga do capacitor. O campo elétrico concentrado entre as placas tem uma diferença de potencial U.
A capacidade elétrica (C) depende da quantidade de eletricidade concentrada em um condutor e da tensão de campo: C=q/U.
Este valor é medido em F (farads).
A capacidade de toda a Terra não é comparável à capacidade de um capacitor, cujo tamanho é aproximadamente do tamanho de um notebook. A poderosa carga acumulada pode ser usada em veículos.
No entanto, não há como acumular uma quantidade ilimitada de eletricidade nas placas. Quando a tensão sobe para o valor máximo, pode ocorrer uma quebra do capacitor. pratosneutralizado, o que pode danificar o dispositivo. A energia de um capacitor carregado é completamente gasta para aquecê-lo.
Valor de energia
O aquecimento do capacitor é devido à transformação da energia do campo elétrico em interno. A capacidade do capacitor de realizar trabalho para mover a carga indica a presença de um suprimento suficiente de eletricidade. Para determinar quão alta é a energia de um capacitor carregado, considere o processo de descarregá-lo. Sob a ação de um campo elétrico de tensão U, uma carga de q flui de uma placa para outra. Por definição, o trabalho do campo é igual ao produto da diferença de potencial pela quantidade de carga: A=qU. Essa relação é válida apenas para um valor de tensão constante, mas no processo de descarga nas placas do capacitor, diminui gradualmente até zero. Para evitar imprecisões, tomamos seu valor médio U/2.
Da fórmula da capacidade elétrica temos: q=CU.
A partir daqui, a energia de um capacitor carregado pode ser determinada pela fórmula:
W=CU2/2.
Vemos que seu valor é tanto maior quanto maior a capacidade elétrica e a tensão. Para responder à pergunta sobre qual é a energia de um capacitor carregado, vamos nos voltar para suas variedades.
Tipos de capacitores
Como a energia do campo elétrico concentrada no interior do capacitor está diretamente relacionada à sua capacitância, e o funcionamento dos capacitores depende de suas características de projeto, vários tipos de dispositivos de armazenamento são usados.
- De acordo com a forma das placas: planas, cilíndricas, esféricas, etc.e.
- Alterando a capacitância: constante (a capacitância não muda), variável (alterando as propriedades físicas, alteramos a capacitância), tuning. A alteração da capacitância pode ser realizada alterando a temperatura, o estresse mecânico ou elétrico. A capacitância dos capacitores do trimmer varia alterando a área das placas.
- Por tipo dielétrico: gás, líquido, dielétrico sólido.
- Por tipo de dielétrico: vidro, papel, mica, metal-papel, cerâmica, filmes em camada fina de várias composições.
Dependendo do tipo, outros capacitores também são diferenciados. A energia de um capacitor carregado depende das propriedades do dielétrico. A quantidade principal é chamada de constante dielétrica. A capacidade elétrica é diretamente proporcional a ela.
Capacitor de placa
Considere o dispositivo mais simples para coletar carga elétrica - um capacitor plano. Este é um sistema físico de duas placas paralelas, entre as quais existe uma camada dielétrica.
A forma das placas pode ser retangular e redonda. Se houver necessidade de obter uma capacidade variável, é costume levar as placas na forma de meio-discos. A rotação de uma placa em relação a outra leva a uma mudança na área das placas.
Assumimos que a área de uma placa é igual a S, a distância entre as placas é igual a d, a constante dielétrica do enchimento é ε. A capacitância de tal sistema depende apenas da geometria do capacitor.
C=εε0S/d.
Energia de um capacitor plano
Vemos que a capacitância do capacitor é diretamente proporcional à área total de uma placa e inversamente proporcional à distância entre elas. O coeficiente de proporcionalidade é a constante elétrica ε0. Aumentar a constante dielétrica do dielétrico aumentará a capacidade elétrica. Reduzir a área das placas permite obter capacitores de sintonia. A energia do campo elétrico de um capacitor carregado depende de seus parâmetros geométricos.
Use a fórmula de cálculo: W=CU2/2.
A determinação da energia de um capacitor de formato plano carregado é realizada de acordo com a fórmula:
W=εε0S U2/(2d).
Usando Capacitores
A capacidade dos capacitores de coletar suavemente uma carga elétrica e distribuí-la com rapidez suficiente é usada em vários campos da tecnologia.
A conexão com indutores permite criar circuitos oscilatórios, filtros de corrente, circuitos de realimentação.
Flashes fotográficos, armas de choque, nas quais ocorre uma descarga quase instantânea, usam a capacidade de um capacitor para criar um poderoso pulso de corrente. O capacitor é carregado a partir de uma fonte de corrente contínua. O próprio capacitor atua como um elemento que interrompe o circuito. A descarga na direção oposta ocorre através de uma lâmpada de baixa resistência ôhmica quase que instantaneamente. Em uma arma de choque, esse elemento é o corpo humano.
Capacitor ou bateria
A capacidade de manter a carga acumulada por muito tempo oferece uma ótima oportunidade de usá-la como armazenamento de informações ou armazenamento de energia. Esta propriedade é amplamente utilizada em engenharia de rádio.
Substitua a bateria, infelizmente, o capacitor não é capaz, pois tem a particularidade de estar descarregado. A energia acumulada não excede algumas centenas de joules. A bateria pode armazenar uma grande quantidade de eletricidade por um longo tempo e quase sem perdas.
