Depuis le début de l'étude de l'électricité, ce n'est qu'en 1745 qu'Ewald Jurgen von Kleist et Pieter van Muschenbroek parvinrent à résoudre le problème de son accumulation et de sa conservation. Créé à Leiden, aux Pays-Bas, l'appareil permettait d'accumuler de l'énergie électrique et de l'utiliser en cas de besoin.
Leyden jar - un prototype de condensateur. Son utilisation dans des expériences physiques a fait progresser l'étude de l'électricité très loin, a permis de créer un prototype de courant électrique.
Qu'est-ce qu'un condensateur
Pour collecter la charge électrique et l'électricité est le but principal d'un condensateur. Il s'agit généralement d'un système de deux conducteurs isolés situés le plus près possible l'un de l'autre. L'espace entre les conducteurs est rempli d'un diélectrique. La charge accumulée sur les conducteurs est choisie différemment. La propriété des charges opposées à être attirées contribue à sa plus grande accumulation. Le diélectrique se voit attribuer un double rôle: plus la constante diélectrique est élevée, plus la capacité électrique est grande, les charges ne peuvent pas franchir la barrière etneutraliser.
La capacité électrique est la principale grandeur physique qui caractérise la capacité d'un condensateur à accumuler de la charge. Les conducteurs sont appelés plaques, le champ électrique du condensateur est concentré entre eux.
L'énergie d'un condensateur chargé, apparemment, devrait dépendre de sa capacité.
Capacité électrique
Le potentiel énergétique permet d'utiliser des condensateurs (de grande capacité électrique). L'énergie d'un condensateur chargé est utilisée lorsqu'il est nécessaire d'appliquer une courte impulsion de courant.
De quelles quantités dépend la capacité électrique ? Le processus de charge d'un condensateur commence par connecter ses plaques aux pôles d'une source de courant. La charge accumulée sur une plaque (dont la valeur est q) est considérée comme la charge du condensateur. Le champ électrique concentré entre les plaques a une différence de potentiel U.
La capacité électrique (C) dépend de la quantité d'électricité concentrée sur un conducteur et de la tension d'excitation: C=q/U.
Cette valeur est mesurée en F (farads).
La capacité de la Terre entière n'est pas comparable à la capacité d'un condensateur, dont la taille est à peu près la taille d'un ordinateur portable. La charge puissante accumulée peut être utilisée dans les véhicules.
Cependant, il n'y a aucun moyen d'accumuler une quantité illimitée d'électricité sur les plaques. Lorsque la tension atteint la valeur maximale, une panne du condensateur peut se produire. assiettesneutralisé, ce qui pourrait endommager l'appareil. L'énergie d'un condensateur chargé est entièrement dépensée pour le chauffer.
Valeur énergétique
L'échauffement du condensateur est dû à la transformation de l'énergie du champ électrique en interne. La capacité du condensateur à effectuer un travail pour déplacer la charge indique la présence d'une alimentation électrique suffisante. Pour déterminer la valeur de l'énergie d'un condensateur chargé, considérons le processus de décharge. Sous l'action d'un champ électrique de tension U, une charge de q circule d'une plaque à l'autre. Par définition, le travail du champ est égal au produit de la différence de potentiel par la quantité de charge: A=qU. Ce rapport n'est valable que pour une valeur de tension constante, mais lors du processus de décharge sur les plaques du condensateur, il diminue progressivement jusqu'à zéro. Pour éviter les imprécisions, nous prenons sa valeur moyenne U/2.
D'après la formule de capacité électrique, nous avons: q=CU.
À partir de là, l'énergie d'un condensateur chargé peut être déterminée par la formule:
W=CU2/2.
On voit que sa valeur est d'autant plus grande que la capacité électrique et la tension sont élevées. Pour répondre à la question de savoir quelle est l'énergie d'un condensateur chargé, tournons-nous vers leurs variétés.
Types de condensateurs
Étant donné que l'énergie du champ électrique concentré à l'intérieur du condensateur est directement liée à sa capacité et que le fonctionnement des condensateurs dépend de leurs caractéristiques de conception, divers types de dispositifs de stockage sont utilisés.
- Selon la forme des plaques: plates, cylindriques, sphériques, etc.e.
- En changeant la capacité: constante (la capacité ne change pas), variable (en changeant les propriétés physiques, on change la capacité), réglage. La modification de la capacité peut être effectuée en modifiant la température, la contrainte mécanique ou électrique. La capacité des condensateurs ajustables varie en modifiant la surface des plaques.
- Par type de diélectrique: gaz, liquide, diélectrique solide.
- Par type de diélectrique: verre, papier, mica, métal-papier, céramique, couches minces de diverses compositions.
Selon le type, d'autres condensateurs sont également distingués. L'énergie d'un condensateur chargé dépend des propriétés du diélectrique. La grandeur principale est appelée la constante diélectrique. La capacité électrique lui est directement proportionnelle.
Condensateur à plaques
Considérez le dispositif le plus simple pour collecter une charge électrique - un condensateur plat. Il s'agit d'un système physique de deux plaques parallèles, entre lesquelles se trouve une couche diélectrique.
La forme des assiettes peut être à la fois rectangulaire et ronde. S'il y a un besoin d'obtenir une capacité variable, alors il est d'usage de prendre les plaques sous forme de demi-disques. La rotation d'une plaque par rapport à une autre entraîne une modification de la surface des plaques.
Nous supposons que l'aire d'une plaque est égale à S, la distance entre les plaques est prise égale à d, la constante diélectrique de la charge est ε. La capacité d'un tel système ne dépend que de la géométrie du condensateur.
C=εε0S/d.
Énergie d'un condensateur plat
Nous voyons que la capacité du condensateur est directement proportionnelle à la surface totale d'une plaque et inversement proportionnelle à la distance qui les sépare. Le coefficient de proportionnalité est la constante électrique ε0. L'augmentation de la constante diélectrique du diélectrique augmentera la capacité électrique. La réduction de la surface des plaques vous permet d'obtenir des condensateurs d'accord. L'énergie du champ électrique d'un condensateur chargé dépend de ses paramètres géométriques.
Utilisez la formule de calcul: W=CU2/2.
La détermination de l'énergie d'un condensateur plat chargé s'effectue selon la formule:
W=εε0S U2/(2d).
Utiliser des condensateurs
La capacité des condensateurs à collecter en douceur une charge électrique et à la restituer assez rapidement est utilisée dans divers domaines technologiques.
La connexion avec des inducteurs vous permet de créer des circuits oscillants, des filtres de courant, des circuits de rétroaction.
Les flashs photo, les pistolets paralysants, dans lesquels une décharge presque instantanée se produit, utilisent la capacité d'un condensateur pour créer une puissante impulsion de courant. Le condensateur est chargé à partir d'une source de courant continu. Le condensateur lui-même agit comme un élément qui coupe le circuit. La décharge dans le sens opposé se produit à travers une lampe de faible résistance ohmique presque instantanément. Dans un pistolet paralysant, cet élément est le corps humain.
Condensateur ou batterie
La possibilité de conserver la charge accumulée pendant une longue période offre une merveilleuse opportunité de l'utiliser comme stockage d'informations ou stockage d'énergie. Cette propriété est largement utilisée dans l'ingénierie radio.
Remplacez la batterie, malheureusement, le condensateur n'en est pas capable, car il a la particularité de se décharger. L'énergie accumulée ne dépasse pas quelques centaines de joules. La batterie peut stocker une grande quantité d'électricité pendant une longue période et presque sans perte.
