Применение конденсаторов физика: применение, виды и типы, для чего нужен, как работает, устройство

Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов

Урок 68. Физика 10 класс

Продолжая изучать конденсаторы, мы выведем формулу, по которой рассчитывается энергия заряженного конденсатора. Также мы приведем примеры использования конденсаторов в технике.

Конспект урока «Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов»

Любая система заряженных тел (в частности конденсатор) обладает определенной энергией. В одном из прошлых уроков мы рассматривали пример, в котором конденсатор сначала накопил заряд, заряжаясь от источника тока, а потом — разрядился, когда к нему подключили лампочку. Поскольку лампочка излучала тепло и свет, конденсатор обладал некоторой энергией. Давайте вычислим энергию конденсатора.

 Как мы помним, одна из пластин конденсатора заряжена отрицательно, а другая — положительно. Это значит, что напряженности, создаваемые обеими пластинами сонаправлены. По принципу суперпозиции, напряженность поля внутри конденсатора складывается из напряженностей, создаваемых каждой пластиной:

Поскольку модули зарядов равны, напряженность, созданная любой пластиной, равна половине напряженности поля внутри конденсатора:

Применим теперь формулу, по которой вычисляется потенциальная энергия заряженного тела в однородном поле:

Как мы знаем, произведение напряженности и расстояния между пластинами равно напряжению между пластинами конденсатора. По закону сохранения энергии, именно эта энергия была затрачена на разделение положительных и отрицательных зарядов в процессе зарядки конденсатора. Заметим, что мы можем выразить энергию конденсатора через его электроемкость. Вместо заряда мы можем подставить произведение напряжения и электроемкости:

Аналогично, мы можем вместо напряжения подставить отношение заряда к электроемкости:

Данные формулы справедливы для любого конденсатора.

Как мы уже говорили ранее, конденсаторы широко используются в радиотехнике. Конденсатор с переменной электроемкостью имеет подвижную часть (то есть ротор).

Вращая ротор можно изменять площадь перекрытия пластин конденсатора, а это приводит к изменению электроемкости. Таким образом, с помощью конденсаторов с переменной емкостью, можно настраиваться на определенные частоты радиоволн. Еще один пример использования конденсаторов с переменной емкостью — это клавиатура. Пластины конденсатора располагаются на тыльной стороне клавиши и на плате.

Таким образом, при нажатии на клавишу, меняется расстояние между пластинами. Это приводит к изменению электроемкости конденсатора, на которое реагирует микросхема клавиатуры. Далее, микросхема преобразует сигнал в соответствующий код, который передается компьютеру.

Надо сказать, что энергия конденсатора довольно мала, да и сохраняется она не очень хорошо из-за утечки заряда.

Поэтому, конечно, конденсаторы не могут заменить аккумуляторы. Тем не менее, и у конденсаторов с постоянной емкостью есть одно очень полезное свойство: они могут долго накапливать энергию, но отдают ее практически мгновенно. Лампа-вспышка, которая используется в некоторых типах фотоаппаратов, питается энергией конденсатора. Часто используется ксеноновая лампа-вспышка, которая представляет собой запаянную трубку из кварцевого стекла.

В каждый конец лампы впаяны два электрода, подключенные к электролитическому конденсатору большой емкости. Также в лампе есть еще один электрод, который называется поджигающим. Он может представлять собой проволоку, намотанную вокруг трубки лампы или металлизированную дорожку вдоль стенки лампы. На этот электрод подается импульс высокого напряжения, который приводит к ионизации газа внутри газоразрядной трубки.

В результате, конденсатор быстро разряжается, то есть его электрическая энергия преобразуется в световую. В свою очередь, газоразрядная трубка возбуждает лазеры, которые и осуществляют фотосъемку. Конечно, нужно понимать, что это весьма упрощенное объяснение работы фотоаппарата.

Пример решения задачи.

Задача. Изначально напряжение между обкладками конденсатора с емкостью 100 нФ составляет 300 В. Если к нему подключить лампочку, рассчитанную на ток в 30 мА, то она прогорит 2 с. Каково сопротивление данной лампочки? Потерями энергии в цепи можно пренебречь.

Предыдущий урок 67 Электроёмкость. Конденсаторы

Следующий урок 69 Электрический ток. Сила тока

Получите полный комплект видеоуроков, тестов и презентаций Физика 10 класс

Чтобы добавить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

История создания и применение конденсатора | Реферат, доклад, сообщение, краткое содержание, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест

Загрузка. ..

Рис. 4.68. Из истории открытия лей­денской банки

Первый конденсатор был создан в 1745 г. голландским ученым Питером Мушенбруком, профессором Лейденского универси­тета. Проводя опыты по электризации тел, он опустил проводник от кондуктора элект­рической машины в стеклянный графин с водой. Случайно коснувшись пальцем этого проводника, ученый ощутил сильный элект­рический удар. Позже жидкость заменили металлическими проводниками изнутри и снаружи банки и назвали эту

банку лейден­ской (рис. 4.68). В таком виде она про­существовала почти 200 лет.

Более сложные и совершенные конден­саторы нашли широкое применение в со­временных электротехнике и радиоэлектрон­ной технике. Они есть в фильтрах адаптеров, которые подают постоянное напряжение для питания электронных приборов, в радио­приемниках и радиопередатчиках как эле­менты колебательных контуров или состав­ные различных функциональных схем элект­ронной аппаратуры. В фотовспышках кон­денсаторы накапливают большой заряд, не­обходимый для работы импульсной лампы.

Мушенбрук Питер ван (1692 — 1761) — голландский физик. Родился в Лейде­не. Окончил Лейденский университет, был профессором Дуйсбургского, Утрехт­ского и с 1740 г. Лейденского универ­ситетов. Работы посвящены электри­честву, теплоте, оптике. В 1745 г. не­зависимо от Клейста изобрел первый конденсатор — лейденскую банку и провел с ней ряд опытов, в частности обратил внимание на физиологическое действие тока. Был автором первого си­стемного курса физики, а его двухтом­ное издание «Введение в натуральную философию» (1762 г.) было энциклопе­дией физических знаний того времени.

Загрузка…

В электротехнике конденсаторы обеспе­чивают необходимый режим работы элект­родвигателей, автоматических и релейных приборов, линий электропередач и т.п. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Рис. 4.69. Конденсатор переменной ем­кости

Рис. 4.70. Разные типы конденсаторов постоянной емкости

Во многих широкодиапазонных радио­приемниках конденсаторы переменной ем­кости (рис. 4.69) позволяют плавно изме­нять собственную частоту колебательного контура при поиске передачи необходимой радиостанции. Широко распространены кон­денсаторы, емкость которых можно изме­нять электрическим способом. Их называют варикапами.

Конструктивно конденсаторы могут быть плоскими, трубчатыми, дисковыми. В ка­честве диэлектрика в них применяют парафи­нированную бумагу, слюду, воздух, пласт­массы, керамику и т. п. (рис.

4.70). Благодаря искусственным изоляционным материалам в наше время созданы конденсаторы боль­шой емкости, приходящейся на единицу объема.

На этой странице материал по темам:

• История конденсатора заключение

• Сообщение по физике применение конденсаторов

• Реферат история создания конденсатора

• История создания первого конденсатора

• Реферат на тему применение конденсаторов в мире

Вопросы по этому материалу:

Материал с сайта http://WorldOfSchool.ru

Руководство по применению конденсаторов %

Конденсаторы являются одним из основных пассивных электрических компонентов, которые мы используем в электронных схемах, и находятся почти в каждом электронном устройстве, но каковы некоторые из основных применений этих важнейших компонентов?

Что такое конденсатор?

Конденсаторы представляют собой двухконтактные пассивные электрические компоненты, состоящие из двух металлических пластин с изолирующим диэлектриком между ними. Когда ток достигает этих металлических пластин, заряды «застревают», поскольку они притягиваются к противоположным зарядам, но диэлектрик не позволяет им перейти на другую пластину.

Когда в цепи создается другой путь, позволяющий зарядам достигать друг друга, они разряжаются из конденсатора.

Каковы общие области применения конденсаторов?

Аккумулятор энергии

Из-за способа накопления энергии одним из основных применений конденсаторов является их использование в качестве временной батареи. В электронных устройствах и источниках бесперебойного питания конденсаторы могут использоваться для поддержания источника питания при отключении электроэнергии или замене батарей, что означает, что информация не теряется во время процесса. Они также используются в автомобильных аудиосистемах, накапливая энергию и затем высвобождая ее при активации усилителя.

Кондиционирование электропитания

Конденсаторы также используются для стабилизации электропитания. Конденсаторы помогают стабилизаторам напряжения обеспечивать постоянный уровень энергии, сглаживая колебания тока, работая в качестве резерва для источника питания постоянного тока и обходя переменные токи. Это можно использовать для уменьшения шума путем разделения различных частей цепи, например, для отвода шума линии электропередач в аудиооборудовании.

Импульсная мощность

Конденсаторы в виде конденсаторных батарей могут также использоваться для приложений импульсной мощности, таких как электромагнитное формование, импульсные лазеры, ускорители частиц и генераторы Маркса. Их также можно использовать в качестве источников энергии для детонаторов в ядерном оружии.

Коррекция коэффициента мощности

В устройствах коррекции коэффициента мощности используются конденсаторы для повышения энергоэффективности, также известной как коэффициент мощности. Эти устройства работают путем включения или отключения конденсаторов в цепи, чтобы противодействовать негативным неэффективным эффектам от индуктивных нагрузочных устройств, таких как электродвигатели и линии передачи. Это необходимо, потому что часто потребляется больше энергии, чем требуется для выполнения задачи.

Датчики

Конденсаторы реагируют на изменения внешних факторов, таких как влажность, уровень топлива и механическое напряжение, поэтому они также используются в датчиках, где они измеряют потерю или увеличение емкости. При изменении одного из этих внешних факторов произойдет изменение либо расстояния между пластинами конденсатора, либо состояния диэлектрика между ними. Конденсаторы также можно использовать в детекторах движения, чтобы улучшить синхронизацию схемы устройства.

Соединение

Поскольку конденсаторы могут блокировать сигналы постоянного тока и пропускать сигналы переменного тока, их также можно использовать для соединения одной части цепи с другой. Это также известно как емкостная связь и используется, в частности, в громкоговорителях, где постоянный ток может повредить устройство.

Настройка

Переменные конденсаторы также используются в схемах настройки в радиосистемах. В сочетании с LC-генератором конденсатор заряжается и разряжается через равные промежутки времени, и, если частота интервалов совпадает с частотой ближайшего вещания, радио уловит его.

Развязка

Еще одним применением конденсаторов является защита чувствительных микросхем в цепи от помех в силовом сигнале и снижение влияния электрических помех на цепь в целом за счет поглощения помех, создаваемых другими элементами цепи. Эти конденсаторы известны как развязывающие конденсаторы и обычно располагаются между источником питания и землей.

Обработка сигналов

Динамическая оперативная память или устройства DRAM используют энергию, хранящуюся в конденсаторах, для представления информации в двоичной форме. Устройство считывает значение, когда конденсатор заряжается, и снова, когда он разряжается. Устройства с зарядовой связью, или ПЗС, также используют конденсаторы для представления информации, но в аналоговой форме.

 

Конденсаторы имеют множество применений, поэтому они являются одним из наиболее часто используемых пассивных компонентов и входят в состав большинства электронных устройств, которые мы используем каждый день.

Вы можете просмотреть наш ассортимент электрических компонентов, включая конденсаторы.

Использование конденсаторов Помощь с домашними заданиями по физике, Помощь с заданиями и проектами по физике, Задания Репетиторы онлайн

Использование конденсаторов

Вы можете накапливать энергию в виде потенциальной энергии, натягивая тетиву, растягивая пружину, сжимая газ или поднимая книгу. Вы также можете хранить энергию в виде потенциальной энергии в электрическом поле, и конденсатор — это устройство, которое вы можете использовать именно для этого. Например, в портативной фотовспышке с батарейным питанием есть конденсатор, который относительно медленно накапливает заряд в процессе чтения между вспышками, создавая при этом электрическое поле. Он удерживает это поле и связанную с ним энергию до тех пор, пока энергия не будет быстро высвобождена, чтобы инициировать вспышку. Конденсаторы имеют множество применений в наш век электроники и микроэлектроники, помимо того, что они служат хранилищами потенциальной энергии.

Например, они являются жизненно важными элементами в схемах, с помощью которых мы настраиваем радио- и телевизионные передатчики и приемники. Другой пример: микроскопические конденсаторы образуют банки памяти компьютеров. Эти крошечные устройства важны не столько для накопленной энергии, сколько для информации о включении-выключении, которую обеспечивает наличие или отсутствие их электрических полей.

емкость

s некоторые из множества размеров и форм конденсаторов. показаны основные элементы любого конденсатора — два изолированных проводника произвольной формы. Независимо от их геометрии, плоской или нет, мы называем эти проводники пластинами. На рис. 26-3а показана менее общая, но более обычная конструкция, называемая конденсатором с плоскими пластинами, состоящая из двух параллельных проводящих пластин площадью A, разделенных расстоянием d. Символ, который мы используем для обозначения конденсатора (-11-), основан на структуре конденсатора с плоскими пластинами, но используется для конденсаторов любой геометрии.

Предположим пока, что никакой материальной среды (например, стекла или пластика) в области между пластинами нет. В разделе 26-6 мы удалим это ограничение. Когда конденсатор заряжен, его пластины имеют равные, но противоположные заряды +q и = q. Однако мы называем заряд конденсатора q, абсолютным значением эти заряды на пластинах. (Обратите внимание, что q — это не суммарный заряд конденсатора, который равен нулю.) Поскольку пластины являются проводниками, они являются эквипотенциальными поверхностями; все точки на пластине имеют одинаковый электрический потенциал. Более того, между двумя пластинами существует разность потенциалов. По историческим причинам мы представляем абсолютное значение этой разности потенциалов с V, а не с tov, как в предыдущих обозначениях. Заряд q и разность потенциалов V для конденсатора пропорциональны друг другу; то есть.

q = CV

Константа пропорциональности C называется емкостью конденсатора. Его значение зависит только от геометрии пластин, а не от их заряда или разности потенциалов. Емкость является мерой того, какой заряд должен быть помещен на.

пластин для создания определенной разности потенциалов между ними: чем больше емкость, тем больше требуется заряда. Единица емкости в системе СИ, которая следует из уравнения 26-1 это кулон на вольт. Эта единица встречается так часто, что ей дали специальное название — фарад (F): I фарад = IF = I кулон на вольт = I C/V. (26-2) Как вы увидите, фарад — очень большая единица. Доли фарады, такие как микрофарад (I J.l.FL 10-6 F) и пикофарад (I pF = 10-12 F), являются более удобными единицами измерения на практике.

Зарядка конденсатора

Один из способов зарядить конденсатор — поместить его в электрическую цепь с батареей. Электрическая цепь — это путь, по которому может течь заряд. Бочка’ — это устройство, которое поддерживает определенную разность потенциалов между своими выводами (точками, в которых заряд может входить или выходить из батареи) посредством внутренних электрохимических реакций, в которых электрические силы могут перемещать внутренний заряд. На рис. 26-40 батарея B, переключатель S, незаряженный конденсатор C и соединительные провода образуют цепь. Эта же схема показана на принципиальной схеме рис. 26-4b, на котором символы батареи, переключателя и конденсатора представляют эти устройства. Батарея поддерживает разность потенциалов V между своими клеммами. Клемма с более высоким потенциалом обозначена + и часто называется положительной клеммой; клемма с более низким потенциалом помечена и часто называется отрицательной клеммой. Цепь, показанная на  и b, называется незавершенной, поскольку переключатель S разомкнут; то есть. он не соединяет электрически подключенные к нему провода. Когда переключатель замкнут, электрически соединяя эти провода, цепь замыкается, и заряд может течь через переключатель и провода. Как мы обсуждали в главе 22, заряд, который может протекать через проводник, такой как провод, — это заряд электронов. Когда цепь на рис. 26-4 замыкается, электроны движутся по проводам под действием электрического поля, которое батарея создает в проводах. Поле перемещает электроны от пластины конденсатора h к положительному полюсу батареи; таким образом, пластина h, теряя электроны, становится положительно заряженной. Поле перемещает столько же электронов от отрицательного вывода батареи к пластине конденсатора I; таким образом, пластина I, приобретая электроны, становится отрицательно заряженной точно так же, как пластина h, теряя электроны, становится положительно заряженной. Первоначально, когда пластины не заряжены, разность потенциалов между ними равна нулю. Когда пластины становятся противоположно заряженными, эта разность потенциалов увеличивается, пока не сравняется с разностью потенциалов V между клеммами батареи. Тогда пластина и положительный полюс батареи находятся под тем же потенциалом, и в проводе между ними больше нет электрического поля. Точно так же пластина I и отрицательная клемма достигают одного и того же потенциала, и тогда в проводе между ними нет электрического поля. Таким образом. с нулевым полем дальнейшее движение электронов прекращается. Тогда говорят, что конденсатор полностью заряжен, с разностью потенциалов \( и зарядом q, которые связаны уравнением 26-I. В этой книге мы предполагаем, что во время зарядке конденсатора, после чего заряд не может переходить с одной пластины на другую через разделяющий их промежуток. Также мы предполагаем, что конденсатор может сохранять (или хранить) заряд бесконечно долго, пока его не поместят в цепь, где его можно будет разрядить

ТАКТИКА РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

Тактика 1: Символ V и потенциальная разница В предыдущих главах. символ V представляет собой электрический потенциал 90 093 в точке или вдоль эквипотенциальной поверхности. Однако. в вопросах , касающихся электрических устройств, V часто представляет собой разность потенциалов между двумя точками или двумя эквипотенциальными поверхностями. Уравнение 26.1 является примером второго использования символа. В Разделе 26.3 вы увидите смесь двух значений V. Там и в последующих главах вам нужно быть начеку в отношении «назначения этого символа».