Úraz elektrickým proudem ze zbytkového náboje. Pokusy s kondenzátory Nabíjení kondenzátoru pulzním proudem

Nedávno jsme se zabývali , teď se do toho pustíme kondenzátory.

Kondenzátor- je zařízení pro uchování náboje a energie elektrického pole. Strukturálně se jedná o „sendvič“ dvou vodičů a dielektrika, kterým může být vakuum, plyn, kapalina, organická nebo anorganická pevná látka. První domácí kondenzátory (skleněné nádoby s brokem, potažené fólií) vyrobili v roce 1752 M. Lomonosov a G. Richman.

Co by mohlo být zajímavého na kondenzátoru? Když jsem začal pracovat na tomto článku, myslel jsem si, že bych mohl shromáždit a stručně představit vše o této primitivní části. Ale když jsem se seznamoval s kondenzátorem, s překvapením jsem si uvědomil, že nedokážu prozradit ani setinu všech tajemství a zázraků, které se v něm skrývají...

Kondenzátor je již více než 250 let starý, ale ani nepomyslí na to, že bude zastaralý. Navíc 1 kg „obyčejných spravedlivých kondenzátorů“ uchovává méně energie než kilogram baterií nebo palivových článků, ale je schopen ji uvolnit rychleji než oni a zároveň rozvíjejí větší sílu. - Při rychlém vybití kondenzátoru lze získat vysoce výkonný puls, například ve fotoblescích, opticky čerpaných pulzních laserech a urychlovačích. Téměř v každém zařízení jsou kondenzátory, takže pokud nemáte nové kondenzátory, můžete je odtamtud pro experimenty odstranit.

Nabíjení kondenzátoru je absolutní hodnota náboje jedné z jejích desek. Měří se v coulombech a je úměrná počtu extra (-) nebo chybějících (+) elektronů. K nasbírání náboje 1 coulomb budete potřebovat 6241509647120420000 elektronů. Ve vodíkové bublině o velikosti hlavičky zápalky je jich přibližně stejný počet.

Protože schopnost akumulovat náboje na elektrodě je omezena jejich vzájemným odpuzováním, nemůže být jejich přenos na elektrodu nekonečný. Jako každé úložné zařízení má i kondenzátor velmi specifickou kapacitu. Tak se tomu říká - elektrická kapacita. Měří se ve faradech a pro plochý kondenzátor s deskami o ploše S(každý), umístěný v určité vzdálenosti d, kapacita jeSε 0 ε / d (naS >> d), Kde ε - relativní dielektrická konstanta aε 0 =8,85418781762039 * 10 -12 .

Kapacita kondenzátoru je také rovna q/U, Kde q- náboj kladné desky, U- napětí mezi deskami. Kapacita závisí na geometrii kondenzátoru a dielektrické konstantě dielektrika a nezávisí na náboji desek.

V nabitém vodiči se náboje snaží rozptýlit od sebe co nejdále, a proto nejsou v tloušťce kondenzátoru, ale v povrchové vrstvě kovu, jako film benzínu na hladině vody. Pokud dva vodiče tvoří kondenzátor, pak se tyto přebytečné náboje shromažďují proti sobě. Proto je téměř celé elektrické pole kondenzátoru soustředěno mezi jeho desky.

Na každé desce jsou náboje rozmístěny tak, aby byly daleko od sousedů. A jsou umístěny poměrně prostorně: ve vzduchovém kondenzátoru se vzdáleností mezi deskami 1 mm, nabitém až 120 V, je průměrná vzdálenost mezi elektrony více než 400 nanometrů, což je tisíckrát větší než vzdálenost mezi atomy ( 0,1-0,3 nm) a To znamená, že pro miliony povrchových atomů existuje pouze jeden elektron navíc (nebo chybějící).

Li zmenšit vzdálenost mezi deskami, pak vzrostou přitažlivé síly a při stejném napětí se náboje na deskách budou moci „blížit“ těsněji. Kapacita se zvýší kondenzátor. To udělal nic netušící profesor z Leidenské univerzity van Musschenbroeck. Silnostěnnou láhev prvního kondenzátoru na světě (vytvořeného německým knězem von Kleistem v roce 1745) nahradil tenkou skleněnou nádobou. Nabil ho a osahával, a když se po dvou dnech probudil, řekl, že nebude souhlasit s opakováním experimentu, i kdyby to francouzskému království slíbili.

Pokud mezi desky vložíte dielektrikum, budou jej polarizovat, to znamená, že budou přitahovat opačné náboje, ze kterých se skládá. To bude mít stejný efekt, jako kdyby byly desky přiblíženy. Dielektrikum s vysokou relativní dielektrickou konstantou lze považovat za dobrý přenašeč elektrického pole. Ale žádný dopravník není dokonalý, takže bez ohledu na to, jaké nádherné dielektrikum přidáme navrch stávajícího, kapacita kondenzátoru se pouze sníží. Kapacitu můžete zvýšit pouze přidáním dielektrika (nebo ještě lépe vodiče) namísto již existující, ale mající menší ε.

V dielektrikách nejsou téměř žádné bezplatné poplatky. Všechny jsou fixovány buď v krystalové mřížce nebo v molekulách - polárních (představujících dipóly) nebo ne. Není-li vnější pole, je dielektrikum nepolarizované, dipóly a volné náboje jsou rozptýleny chaoticky a dielektrikum nemá žádné vlastní pole. v elektrickém poli je polarizovaná: dipóly jsou orientovány podél pole. Protože existuje mnoho molekulárních dipólů, při jejich orientaci se klady a zápory sousedních dipólů uvnitř dielektrika vzájemně kompenzují. Pouze povrchové náboje zůstávají nekompenzované - na jednom povrchu - jeden, na druhém - další. Volné poplatky v externím poli také drift a oddělené.

V tomto případě dochází k různým polarizačním procesům s při různých rychlostech. Jedna věc je posun elektronových obalů, ke kterému dochází téměř okamžitě, druhá věc je rotace molekul, zvláště velkých, a třetí je migrace volných nábojů. Poslední dva procesy samozřejmě závisí na teplotě a v kapalinách probíhají mnohem rychleji než v pevných látkách. Pokud se dielektrikum zahřeje, rotace dipólu a migrace náboje se zrychlí. Pokud je pole vypnuto, nedochází k depolarizaci dielektrika také okamžitě. Zůstává po určitou dobu polarizovaná, dokud tepelný pohyb nerozptýlí molekuly do jejich původního chaotického stavu. Proto jsou pro kondenzátory, kde je polarita přepínána na vysokých frekvencích, vhodná pouze nepolární dielektrika: fluoroplast, polypropylen.

Pokud nabitý kondenzátor rozeberete a poté znovu složíte (plastovou pinzetou), energie nikam nepůjde a LED bude moci blikat. Bude dokonce blikat, pokud jej připojíte ke kondenzátoru v rozloženém stavu. To je pochopitelné - při demontáži náboj z desek nezmizel a napětí se dokonce zvýšilo, protože kapacita se snížila a nyní desky doslova praskají náboji. Počkejte, jak se toto napětí zvýšilo, protože pak se zvýší i energie? Správně, předali jsme systému mechanickou energii, čímž jsme překonali Coulombovu přitažlivost desek. Ve skutečnosti jde o trik elektrifikace třením - zavěsit elektrony ve vzdálenosti řádově o velikosti atomů a přetáhnout je do makroskopické vzdálenosti, čímž se zvýší napětí o několik voltů (a to je napětí v chemických vazbách) na desítky a stovky tisíc voltů. Nyní je jasné, proč syntetická bunda negeneruje elektrický šok, když ji nosíte, ale pouze když ji sundáte? Počkat, proč ne miliardy? Decimetr je miliardkrát větší než angstrom, na kterém jsme vytrhli elektrony? Ano, protože práce pohybující se nábojem v elektrickém poli je rovna integrálu Eq nad d a tentýž E slábne kvadraticky se vzdáleností. A kdyby na celém decimetru mezi pláštěm a nosem bylo stejné pole jako uvnitř molekul, pak by na nos cvaklo miliarda voltů.

Zkontrolujme tento jev - zvýšení napětí při natažení kondenzátoru - experimentálně. Napsal jsem jednoduchý programVizuální Základní pro příjem dat z našeho ovladače PMK018a jejich zobrazení na obrazovce. Obecně vezmeme dvě desky z textolitu 200x150 mm, pokryté na jedné straně fólií, a připájeme vodiče vedoucí k měřicímu modulu. Poté na jeden z nich položíme dielektrikum - list papíru - a přikryjeme druhým plátem. Destičky nedoléhají těsně, proto je přitlačíme navrch tělem pera (pokud přitlačíte rukou, můžete vytvořit interferenci).

Měřicí obvod je jednoduchý: potenciometrR1 nastavuje napětí (v našem případě 3 volty) přivedené na kondenzátor a tlačítkoS1 slouží k napájení kondenzátoru, nebo k jeho nenapájení.

Takže stiskněte a uvolněte tlačítko - uvidíme graf zobrazený vlevo. Kondenzátor se rychle vybije přes vstup osciloskopu. Nyní se pokusíme uvolnit tlak na desky při vybíjení – na grafu (vpravo) uvidíme napěťový vrchol. To je přesně požadovaný efekt. Zároveň se vzdálenost mezi deskami kondenzátoru zvětšuje, kapacita klesá, a proto se kondenzátor začne vybíjet ještě rychleji.

Tady mě vážně napadlo... Zdá se, že jsme na pokraji velkého vynálezu... Přeci jen, když se při oddálení desek zvýší napětí na nich, ale náboj zůstane stejný, tak si můžete vzít dvě kondenzátory, na jednom od sebe odtlačíte desky a v bodě maximální expanze přenesete náboj na stacionární kondenzátor. Poté vraťte desky na jejich místo a opakujte totéž v obráceném pořadí, přičemž druhý kondenzátor oddalte. Teoreticky se napětí na obou kondenzátorech zvýší s každým cyklem o určitý počet. Skvělý nápad na elektrocentrálu! Bude možné vytvářet nové designy pro větrné mlýny, turbíny a tak dále! Takže super... pro pohodlí to všechno můžete umístit na dva disky otáčející se v opačných směrech.... oh, co je to... fuj, to je školní elektrický stroj! :(

Nezakořenil jako generátor, protože je nepohodlné zabývat se takovými napětími. Ale v nanoměřítku se může všechno změnit. Magnetické jevy v nanostrukturách jsou mnohonásobně slabší než elektrické a tamní elektrická pole, jak jsme již viděli, jsou obrovská, takže molekulární elektroforický stroj se může stát velmi populární.

Kondenzátor jako zásobník energie

Je velmi snadné se ujistit, že energie je uložena v nejmenším kondenzátoru. K tomu potřebujeme průhlednou červenou LED a zdroj konstantního proudu (bude stačit 9voltová baterie, ale pokud to jmenovité napětí kondenzátoru dovolí, je lepší vzít větší). Experiment spočívá v nabití kondenzátoru a připojení LED diody k němu (nezapomeňte na polaritu) a pozorování, jak bliká. V temná místnost záblesk je vidět i z kondenzátorů o desítkách pikofaradů. Asi sto milionů elektronů emituje sto milionů fotonů. To však není limit, protože lidské oko si může všimnout mnohem slabšího světla. Jen jsem nenašel žádné méně kapacitní kondenzátory. Pokud počet dosáhne tisíců mikrofaradů, šetřete LED a místo toho zkratujte kondenzátor na kovový předmět, abyste viděli jiskru - jasný důkaz přítomnosti energie v kondenzátoru.

Energie nabitého kondenzátoru se v mnoha ohledech chová jako potenciální mechanická energie - energie stlačené pružiny, do výšky zvednutého závaží nebo vodní nádrže (a energie induktoru je naopak podobná energii kinetické ). Schopnost kondenzátoru ukládat energii se již dlouho využívá k zajištění nepřetržitého provozu zařízení při krátkodobých poklesech napájecího napětí – od hodinek až po tramvaje.

Kondenzátor se také používá k ukládání „téměř věčné“ energie generované otřesy, vibracemi, zvukem, detekcí rádiových vln nebo záření elektrické sítě. Postupně akumulovaná energie z takto slabých zdrojů v průběhu času umožňuje bezdrátovým senzorům a dalším elektronickým zařízením nějakou dobu fungovat. Tento princip je základem věčné „prstové“ baterie pro zařízení s nízkou spotřebou energie (jako jsou dálkové ovladače televizorů). Jeho tělo obsahuje kondenzátor o kapacitě 500 milifaradů a generátor, který jej napájí oscilacemi o frekvenci 4-8 hertzů s volným výkonem od 10 do 180 miliwattů. Vyvíjejí se generátory na bázi piezoelektrických nanodrátů, které jsou schopny usměrňovat energii tak slabých vibrací, jako jsou tlukot srdce, dopad podrážek bot o zem a vibrace technických zařízení, do kondenzátoru.

Dalším zdrojem volné energie je inhibice. Obvykle, když vozidlo brzdí, energie se mění v teplo, ale může být uložena a poté použita během zrychlování. Tento problém je akutní zejména u veřejné dopravy, která při každé zastávce zpomaluje a zrychluje, což vede ke značné spotřebě paliva a znečištění ovzduší výfukovými emisemi. V Saratovské oblasti v roce 2010 vytvořila společnost Elton Ecobus - experimentální minibus s neobvyklými elektromotory na motorových kolech a superkondenzátory - zařízeními pro uchovávání brzdné energie, snižující spotřebu energie o 40 %. Využívá materiály vyvinuté v projektu Energia-Buran, zejména uhlíkovou fólii. Obecně platí, že díky vědecké škole vytvořené v SSSR je Rusko jedním ze světových lídrů ve vývoji a výrobě elektrochemických kondenzátorů. Například výrobky Elton se od roku 1998 vyvážejí do zahraničí a nedávno začala výroba těchto výrobků v USA v licenci ruské společnosti.

Kapacita jednoho moderního kondenzátoru (2 farady, foto vlevo) je tisíckrát větší než kapacita celé zeměkoule. Jsou schopni skladovat elektrický náboj Přívěsek za 40!

Používají se zpravidla v autorádiu ke snížení špičkového zatížení elektrického vedení automobilu (v okamžicích silných basových úderů) a díky velké kapacitě kondenzátoru potlačují veškeré vysokofrekvenční rušení v zapnutém stavu. - palubní síť.

Ale tato sovětská „dědečkova truhla“ na elektrony (foto vpravo) není tak prostorná, ale vydrží napětí 40 000 voltů (všimněte si porcelánových šálků, které chrání všechny tyto volty před rozpadem na těle kondenzátoru). To je velmi výhodné pro „elektromagnetickou bombu“, ve které je kondenzátor vybit na měděnou trubici, která je ve stejném okamžiku zvenčí stlačena výbuchem. Ukazuje se to velmi silné elektromagnetický impuls, vyřazení rádiového zařízení. Mimochodem, při jaderném výbuchu se na rozdíl od normálního uvolní i elektromagnetický impuls, který opět zdůrazňuje podobnost jádra uranu s kondenzátorem. Mimochodem, takový kondenzátor lze přímo nabíjet statickou elektřinou z hřebenu, ale nabití na plné napětí bude samozřejmě trvat dlouho. Smutnou zkušenost van Musschenbroecka však bude možné zopakovat ve velmi vyhrocené verzi.

Pokud si jednoduše potřete vlasy propiskou (hřebenem, balónkem, syntetickým spodním prádlem atd.), LED dioda se nerozsvítí. Je to proto, že přebytečné (vzaté z vlasů) elektrony jsou zachyceny, každý ve svém vlastním bodě na povrchu plastu. I když tedy výstupem LED zasáhneme nějaký elektron, další se za ním nebudou moci vrhnout a vytvořit proud potřebný k tomu, aby LED viditelně svítila pouhým okem. Jiná věc je, když přenášíte náboje z pera do kondenzátoru. Chcete-li to provést, vezměte kondenzátor za jednu svorku a perem postupně otírejte nejprve vlasy a poté volnou svorku kondenzátoru. Proč třít? Chcete-li maximalizovat sklizeň elektronů z celého povrchu pera! Zopakujme tento cyklus několikrát a připojte LED ke kondenzátoru. Bude blikat, a to pouze při dodržení polarity. Kondenzátor se tak stal mostem mezi světem „statické“ a „obyčejné“ elektřiny :)

Vzal jsem pro tento experiment vysokonapěťový kondenzátor, obával jsem se poruchy nízkonapěťového, ale ukázalo se, že to bylo zbytečné opatření. Když je napájení omezeno, napětí na kondenzátoru může být mnohem menší než napětí napájecího zdroje. Kondenzátor může převádět vysoké napětí na nízké napětí. Například statická elektřina vysokého napětí - do běžné elektřiny. Je v tom vlastně rozdíl: nabíjet kondenzátor jedním mikrocoulombem ze zdroje o napětí 1 V nebo 1000 V? Pokud je tento kondenzátor tak kapacitní, že nabití 1 µC na něm nezvýší napětí nad napětí jednovoltového zdroje energie (tj. jeho kapacita je vyšší než 1 µF), pak není žádný rozdíl. Jde jen o to, že pokud nebudete násilně omezovat přívěsky, pak jich bude chtít přiběhnout více z dobrovolného zdroje. A tepelný výkon uvolněný na svorkách kondenzátoru bude větší (a množství tepla je stejné, jen se bude uvolňovat rychleji, proto je výkon větší).

Obecně se zdá, že pro tento experiment je vhodný jakýkoli kondenzátor s kapacitou ne větší než 100 nf. Můžete udělat více, ale budete ho muset nabíjet dlouhou dobu, abyste získali dostatečné napětí pro LED. Ale pokud jsou svodové proudy v kondenzátoru malé, LED bude hořet déle. Možná vás napadne vytvořit nabíjecí zařízení založené na tomto principu. mobilní telefon z toho, že si ho třete o vlasy během rozhovoru :)

Vynikající vysokonapěťový kondenzátor je šroubovák. Jeho rukojeť v tomto případě slouží jako dielektrikum a kovová tyč a lidská ruka jako desky. Víme, že plnicí pero otřené o vlasy přitahuje útržky papíru. Když si šroubovákem natřete vlasy, nic z toho nebude - kov nemá schopnost odebírat elektrony bílkovinám - kousky papíru nepřitahoval a nepřitahoval. Pokud jej ale stejně jako v předchozím pokusu přetřete nabitým plnicím perem, šroubovák se díky své nízké kapacitě rychle nabije na vysoké napětí a začnou se k němu přitahovat kousky papíru.

LED se rozsvítí i ze šroubováku. Je nemožné zachytit krátký okamžik jeho záblesku na fotografii. Jenže – připomeňme si vlastnosti exponenciály – zhasnutí blesku trvá dlouho (na poměry spouště fotoaparátu). A tak jsme byli svědky unikátního lingvisticko-opticko-matematického jevu: vystavovatel vystavoval matrici fotoaparátu!

Nicméně, proč takové potíže - existuje záznam videa. Ukazuje, že LED dioda bliká docela jasně:

Když jsou kondenzátory nabité na vysokého napětí, začíná hrát svou roli okrajový efekt, který se skládá z následujícího. Je-li mezi desky umístěno ve vzduchu dielektrikum a je na ně přiváděno postupně se zvyšující napětí, pak při určité hodnotě napětí na okraji desky dochází k tichému výboji, který lze detekovat charakteristickým šumem a svitem ve tmě. Velikost kritického napětí závisí na tloušťce desky, ostrosti hrany, typu a tloušťce dielektrika atd. Čím tlustší dielektrikum, tím vyšší cr. Například čím vyšší je dielektrická konstanta dielektrika, tím je nižší. Pro snížení okrajového efektu jsou okraje desky zapuštěny do dielektrika s vysokou elektrickou pevností, dielektrické těsnění je na okrajích zesíleno, okraje desek jsou zaobleny a na místě je vytvořena zóna s postupně klesajícím napětím. okraj desek vyrobením okrajů desek z materiálu s vysokým odporem, snížením napětí na jeden kondenzátor jeho rozdělením na několik sériově zapojených.

Proto otcové zakladatelé elektrostatiky rádi měli na konci elektrod kuličky. Ukazuje se, že to není konstrukční prvek, ale způsob, jak minimalizovat tok náboje do vzduchu. Není kam jinam jít. Pokud se zakřivení některé oblasti na povrchu míče dále sníží, pak se zakřivení sousedních oblastí nevyhnutelně zvýší. A tady zřejmě v našich elektrostatických záležitostech není důležitý průměr, ale maximální zakřivení povrchu, které je u míče samozřejmě minimální.

Co se stane, kladná kapacita je zjevně mnohem větší než záporná? Ne! Protože elektrony tu vlastně nebyly pro naše rozmazlování, ale pro spojování atomů a bez jejich znatelného podílu, Coulombovo odpuzování kladných iontů krystalové mřížky by okamžitě rozbilo nejpancéřovanější kondenzátor na prach :)

Ve skutečnosti bez sekundární desky je kapacita „osamělých polovin“ kondenzátoru velmi malá: elektrická kapacita izolovaného kusu drátu o průměru 2 mm a délce 1 m je přibližně 10 pF a celá zeměkoule je 700 μF.

V silové elektrotechnice jako první na světě použil kondenzátor Pavel Nikolajevič Jabločkov v roce 1877. Zjednodušil a zároveň zdokonalil Lomonosovovy kondenzátory, nahradil broky a fólii kapalinou a paralelně propojil banky. Je zodpovědný nejen za vynálezy inovací obloukové lampy, která dobyla Evropu, ale také řada patentů souvisejících s kondenzátory. Zkusme sestavit Yablochkovův kondenzátor pomocí slané vody jako vodivé kapaliny a skleněné nádoby se zeleninou jako sklenice. Výsledná kapacita byla 0,442 nf. Pokud sklenici nahradíme igelitovým sáčkem, který má větší plochu a mnohonásobně menší tloušťku, kapacita vzroste na 85,7 nf. (Nejprve naplňte sáček vodou a zkontrolujte unikající proudy!) Kondenzátor funguje - dokonce vám umožňuje blikat LED! Své funkce také úspěšně plní v elektronické obvody

Kovové desky by měly co nejtěsněji přiléhat k dielektriku a je nutné se vyvarovat vnesení lepidla mezi desku a dielektrikum, které způsobí dodatečné ztráty na střídavý proud. Proto se nyní používá především kov jako pokovení, chemicky nebo mechanicky nanesený na dielektrikum (sklo) nebo k němu těsně přitlačený (slída).

Místo slídy můžete použít spoustu různých dielektrik, co chcete. Měření (pro dielektrika stejné tloušťky) ukázala, že vzduchε nejmenší, u fluoroplastu je větší, u silikonu ještě větší a u slídy ještě větší a v zirkoničitanu titaničitém je prostě obrovský. Přesně tak by to podle vědy mělo být - koneckonců ve fluoroplastu jsou elektrony, dalo by se říci, pevně svázány s fluorouhlovodíkovými řetězci a mohou se jen nepatrně odchylovat - elektron nemá kam přeskakovat z atomu na atom.

65 nanometrů je dalším cílem zelenogradského závodu Angstrem-T, který bude stát 300-350 milionů eur. Společnost již podala žádost o zvýhodněný úvěr na modernizaci výrobních technologií u Vnesheconombank (VEB), informovaly tento týden Vedomosti s odvoláním na předsedu představenstva závodu Leonida Reimana. Nyní Angstrem-T připravuje spuštění výrobní linky pro mikroobvody s 90nm topologií. Platby předchozí půjčky VEB, za kterou byla zakoupena, začnou v polovině roku 2017.

Peking zřítil Wall Street

Klíčové americké indexy zaznamenaly první dny nového roku rekordním poklesem, miliardář George Soros už varoval, že svět čelí opakování krize z roku 2008.

První ruský spotřebitelský procesor Baikal-T1 s cenou 60 dolarů je uveden do sériové výroby

Společnost Baikal Electronics slibuje, že začátkem roku 2016 uvede do průmyslové výroby ruský procesor Baikal-T1 v ceně asi 60 dolarů. Po zařízeních bude poptávka, pokud vláda tuto poptávku vytvoří, říkají účastníci trhu.

MTS a Ericsson budou společně vyvíjet a implementovat 5G v Rusku

Mobile TeleSystems PJSC a Ericsson uzavřely smlouvy o spolupráci při vývoji a implementaci technologie 5G v Rusku. V pilotních projektech, včetně během mistrovství světa 2018, hodlá MTS otestovat vývoj švédského dodavatele. Začátkem příštího roku zahájí operátor dialog s ministerstvem telekomunikací a masových komunikací o formaci technické požadavky k páté generaci mobilních komunikací.

Sergey Chemezov: Rostec je již jednou z deseti největších strojírenských korporací na světě

Šéf Rostecu Sergej Chemezov v rozhovoru pro RBC odpověděl na naléhavé otázky: o systému Platon, problémech a vyhlídkách AVTOVAZ, zájmech státní korporace ve farmaceutickém byznysu, hovořil o mezinárodní spolupráci v souvislosti se sankcemi tlak, substituce dovozu, reorganizace, strategie rozvoje a nové příležitosti v těžkých časech.

Rostec se „šermuje“ a zasahuje do vavřínů společností Samsung a General Electric

Dozorčí rada Rostecu schválila „Strategii rozvoje do roku 2025“. Hlavními cíli je zvýšit podíl high-tech civilních produktů a dohnat General Electric a Samsung v klíčových finančních ukazatelích.

Nabíjecí proud při 100 J a ~1 sec. při spouštění studených kondenzátorů (první zapnutí) až 10 ampér ve špičce, během provozu až 6A a v okamžiku zapnutí je to naprosto hrozné - 100A. Pokud úspěšně dosáhnete špičky napětí 310V / 3 Ohm = 103A.

Takže i na základě 6A dostaneme impulsní zatížení v síti ekvivalentní 1-1,5kW - 6A * 220V = 1320W !!

A to je 100 J, a kdyby bylo více záblesků, kdybych byl kulomet, tak mě takový impuls urazí a po prvním dobrém záblesku už žádný proud nedám.
Vezmeme-li obvod s napájecím zdrojem bez zdvojovače, pak je počáteční proudový ráz ještě větší a je zde zřetelná asymetrie – používá se pouze jeden půlcyklus.

Na druhou stranu - 100J při nabíjení po dobu 1 sekundy. ekvivalent 100 wattů, dobře, 130 s nejrůznějšími ztrátami - vůbec ne hrozný výkon.Co když nabijete kondenzátor přes něco jako korektor účiníku - zesilovač napětí bez kondenzátoru na vstupu?

Tvar proudu bude asi tento:

Ukazuje se profil síťové napětí, naplněné vysokofrekvenčními proudovými impulsy.Pokud řídicí obvod pracuje v režimu omezení výstupního proudu a při dosažení zadaného napětí přeruší nabíjení, dostaneme rychlé nabíjení- například při 350W - 300J/sec. a plynulé ovládání výkonu.
A stroj je spokojený a nabíjecí obvody jsou relativně nízkoproudé a nejsou tam žádné velké horké odpory a lze jej napájet konstantním napětím a energetický dozor je šťastný - účiník je jako u samovaru ...

Je tu jen jedno ALE!Dělal jsem blesk TÉMĚŘ podle výše uvedeného diagramu Waldemara Szymanského.Zde je schéma, které jsem použil.

pokud nejdete do detailů, pouze zhášecí odpor byl nastaven na 5,1 ohmu a kondenzátory ve zdvojovači jsou 22 mF, takže tam 1A pojistka žije šťastně až do smrti, pokud obvod funguje správně. A pokud ne, pak je tu stejná pojistka pro nouzové vypnutí.Takže buď bylo ve výpočtech něco špatně, nebo se teorie a praxe neshodují.

Převzetí mikroobvodu a návrhu z datového listu nebude fungovat - musíte jej přizpůsobit a začnou podivné otázky -například jak se obvod bude chovat, když opravdu velký kondenzátor? - bude hřát, dokud ho nenabije na 310V, a teprve potom začne fungovat...

Ve výpočtech je vše v pořádku - za prvé jsem předpokládal nabíjecí kondenzátor 100uF a rezistor 3 Ohm, za druhé pojistka zařízení je dost setrvačné a bez problémů vydrží i krátký puls několikanásobně větší než je nominální hodnota a mnou zmíněný stroj reaguje i na pulsní přetížení 5 - 15x větší než je nominální hodnota (podle třídy).
V reálných podmínkách při takovém impulsu v síti bude kontrolka jen mírně blikat. Například jasně vidím, jak se zapíná kilowattová rychlovarná konvice v kuchyni.Zde byste raději získali elegantní řešení bez přetěžování a zahřívání.

Vše je stejné jako u kondenzátoru, PO PORCÍCH.Na jedno nabití se akumuluje pouze PORCE A MAGNETICKÉ POLE JE V CÍVCE.

Žádné omezení proudu v případě nouze...
Jedinou nevýhodou řešení, na rozdíl od kapacity, je to, že indukčnost sama o sobě nemůže omezit proud po nasbírání elektromagnetické energie a proud může protékat marně.
A kondenzátor nepobere víc, než se do něj vejde.A nakonec se proud zastaví.A cívku je také potřeba vypnout... To je nebezpečné a nespolehlivé...

Pokud bez násobiče, tak souhlasím - i když se vypínač porouchá, kondenzátor přežije, ale při rozumných proudech se nabíjí moc dlouho, ale s násobičem - pokud ho včas nevypnete, bude bouchnout.Spínané zdroje jsou celkem dobře řešené, ale při nabíjení kondenzátoru bude jednotka fungovat nakrátko - s tím je potřeba nějak počítat.

Takže to, co jsem zatím zjistil, je, že obvod flyback je nejvhodnější

Ona má výstupní napětí nezávisí na vstupu a také málo závisí na poměru závitů a kondenzátor snadno nabijete na libovolné napětí. Ukazuje se, že není třeba instalovat kondenzátor za usměrňovač a hlavní kondenzátor bude nabíjen nejen vrcholy sinusovky, ale téměř po celou dobu.
Získáme kompletní galvanické oddělení od sítě, dobrý účiník (pokud není vstupní kondenzátor). Výkonový tranzistor je potřeba na docela malý proud - 100 J/sec, asi 3A (IRF830-IRF840).Teoreticky to můžete zprovoznit na 12V bez úprav.

Z mínusů je obvod jednoznačně obtížnější na výpočet (a nemůžete to udělat okem) a nastavení než tyristorové. Potřebujete docela vysokonapěťový tranzistor - podle knih - dvojnásobek amplitudy síťového napětí + rezerva - asi 800-900V, nebo více složitý obvod se 2 tranzistory na 400V, ale pořád je levnější než výkonný IGBT a srovnatelný s tyristorem.
Potřebujete navinout transformátor
Pokud se nepustíte do izolace od sítě, pak převodník vypadá nádherně,
ale je to step-down a je mi stále nejasná otázka - co je výhodnější: 300V a větší kapacita, nebo třeba 400V-500V se sériovým zapojením kondenzátorů?

Jednotka nabije 1300 uF na 310V za 2,5-4 sekundy v závislosti na stavu baterií! Zábleskové kondenzátory jsou chráněny před přepětím, prahem impulsní ochrana výkonový tranzistor pro proud a něco jiného...

Takhle dopadl duty kit. Ano, možnost nabíjení ze sítě 220V je zachována. Ale při napájení z jednotky je energie záblesku téměř jedenapůlkrát větší...

Myšlenka o zpětném přechodu do sítě je dobrá, pokud ne pro:

1) IRF840, napětí bude nízké. Potřebujete 1200V

2) Dioda, pokud je napětí na kondenzátorech 600--1200V diodanemusí stačit.

3) ultrarychlé při takovém napětí budou mít pokles 2-3 volty. Účinnost 80-85 nemůže být vyšší.

4) Abyste se nemučili, můžete zhruba zhodnotit všechny ideologie http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps_e/smps_e.html#Aww

5) O nabití kondenzátoru ze sítě do 300V, to je vidle na vodě, řekněme, že horní část sinusovky je odříznuta o 25-30 voltů. A čínský tester ukáže 220V v síti, ale můžete nabíjet sklenici až 300 voltů.

6) Energie se vypočítá jako druhá mocnina napětí na kapacitu, vždy je výhodnější napětí zvýšit.

7) Spolehlivý pulzní blok složitější a dražší než tyristorová nabíječka. Má smysl jej používat pouze v několika případech:

Nabíjení z baterií
--- vysoká rychlost nabíjení s malými rozměry (tzn. rychlostí 600-1000 J/sec)
--- Galvanické oddělení od sítě (obvykle řešeno kompetentními projekty)

Budete mile překvapeni! Tlumivka při stejné velikosti je jedenapůlkrát výkonnější a nedochází u ní ke zdvojnásobení napětí na diodě! Ale bez galvanického oddělení to nějak přežijete! Žili jsme bez ní...Pracujete v rozsahu 240-410V (po síťovém usměrňovači a vyhlazování. Pro výstupní napětí 410V nepotřebujete ani boost vinutí.

v Šikmém můstku zapomněli na jednu diodu a výstupní tlumivku, bez tlumivky by to klávesám šlo velmi těžko.

V jednoduchosti je samozřejmě flyback určitě lepší, dílů je minimum, nebojí se zkratů atp.

o čem to mluvíme? Tento a tam je flyback 2-klíčový obvod.

Ale pak se ztrácí hlavní výhoda flybacku (jednoduchost); musíte nainstalovat ovladač horní strany nebo ovladač transformátoru.

Tak:Pro nabíjení zábleskového kondenzátoru je vhodný pouze flyback obvod, protože je to zdroj proudu (všechny dopředné pohony jsou zdroje napětí - a zdroj napětí už máme - síť 220 voltů).

Podívejme se na nějakou teorii. Schéma nedávám, každý to moc dobře ví.

Maximální napětí na tranzistoru je určeno součtem usměrněného napájecího napětí a zpětné napětí na primární vinutí. S napájením je vše jasné, je to 310 voltů (plus, mínus). Zpětné napětí na primárním vinutí závisí _pouze_ na pracovním cyklu impulsu nebo pracovního cyklu! Vysvětlím - v ustáleném stavu provozu musí být energie uložená v dopředném pohybu zcela převedena na zátěž ve zpětném chodu (pokud není celá přenesena, pak se začne hromadit v jádře, dosáhneme proudové hranice primárního vinutí (a případně saturace) a PWM regulátor zkracuje dobu trvání impulsu). Připomeňme si vzorec:

U = L(dl/dt)

těch. je-li T zpětného zdvihu dvakrát větší než dopředného zdvihu, pak U zpětného zdvihu bude dvakrát menší. Ozde při D = 33 % získáme zpětné napětí 155 voltů. Všechno. To je naše vypočítaná hodnota, na ní se spoléháme. TPokud tedy nepočítáme přepětí v důsledku svodové indukčnosti, bude na spínači pouze 310 + 155 = 465 voltů! Při libovolném výstupním napětí (výstupní napětí se vypočítá jako N2*155/N1, kde N1 a N2 jsou počty závitů primárního a sekundárního vinutí). N1 se volí na základě T dopředného zdvihu a energie, která musí být přenesena v jednom pulzu. N2 je zvoleno pro dosažení specifikovaného maximálního výstupního napětí. ODošlo k problému s překmitnutím kvůli svodové indukčnosti. Jeho amplituda není ničím omezena a výkon závisí na proudu primárním vinutím a vlastně i svodové indukčnosti. Můžete sledovat standardní cestu a nainstalovat tlumič, poté se všechna tato energie uvolní na jeho rezistoru (nebo zenerově diodě). Nemusíte instalovat snubber, pak se energie uvolní na spínači (mosfety jsou docela odolné proti lavinovým procesům a umožňují odvést docela velký emisní výkon bez poruchy nebo zhoršení parametrů, což se o bipolárkách říct nedá ).
Ale v našem případě není potřeba odpojovat blesk od sítě, takže si můžeme vyrobit pulzní transformátor ve formě autotransformátoru (nebo tlumivky s odbočkou) a... pak nebudeme mít svodovou indukčnost vůbec! V tomto případě bude napětí na klíči vždy 465 voltů! HPokud jde o zpětné napětí na výstupní diodě, pak ano, bude velké a může klidně přesáhnout kilovolt (tedy napětí, na které je většina moderních diod navržena). ale zde můžeme zapojit dvě diody do série a získat 2 kilovoltový usměrňovač.

Takže jsme vypočítali obvod pro maximální výstupní napětí. co se s tím stane, když budeme chtít přestat nabíjet kondenzátor na napětí dvakrát (například) menší? ale nic špatného. amplituda napětí na klíči nedosáhne ani 465 voltů - bude to 310 + 155/2 voltů.

Hlavním problémem v tomto zapojení bude výroba transformátoru - ten bude muset na každý impuls uložit dostatečně velké množství energie, aby se výstupní kondenzátor nabil požadovanou rychlostí. lze jej vyrobit na dosti velkém jádru tvaru W s mezerou nebo na škrticím kroužku s nízkou propustností. parametry lze vypočítat a/nebo zvolit experimentálně navinutím vinutí, průchodem proudu skrz něj a sledováním okamžiku saturace. Mmaximální proud spínačem bude více než skromný - 4-6 ampér, v závislosti na režimu obvodu (nespojité nebo trvalé proudy) a výkonu (počítal jsem asi 300-320 wattů).

Předkládám náčrt schématu. Obvod je založen na UC3842 (nebo 3844) - levném PWM regulátoru (v principu lze obvod upravit na jakýkoli jiný).

Stručně vám řeknu, jak vše funguje.

Když připojíte napájení (vstupní filtr, usměrňovač a kondenzátor nechávám na vašem výběru) přes rezistor R7, nabije se kondenzátor C3 na napětí 16,5 V, což je práh pro spuštění PWM regulátoru. Poté je energie odebírána z vinutí III transformátoru přes usměrňovač a filtr R9, VD4, C8. Dioda VD1 je nutná, aby se přes rezistor R7 nabíjel pouze kondenzátor C3, ale ne C8. Je třeba poznamenat, že vinutí III je zapojeno tak, že napětí na něm je odebíráno v dopředném pohybu, nikoli zpětně, a nezávisí tedy na výstupním napětí jednotky, ale závisí pouze na napájecím napětí. Stejným principem je zapojeno vinutí IV, které zajišťuje napájení zpětnovazebního obvodu. Protože proudy v těchto obvodech jsou malé (omezené odpory R8 a R9), nemá jejich zahrnutí prakticky žádný vliv na činnost obvodu.

Frekvence a maximální pracovní cyklus PWM generátoru jsou nastaveny kondenzátorem C1 a rezistorem R1. V diagramu uvádím přibližné údaje, tyto prvky bude možná nutné vybrat (plánoval jsem frekvenci 100 kHz). Obecný princip činnosti generátoru PWM je následující: na začátku je kondenzátor C1 nabit přes rezistor R1 z referenčního napětí mikroobvodu (5 voltů) a poté vybit přes vnitřní zdroj proudu. Současně je během procesu vybíjení kondenzátoru výstupní napětí mikroobvodu vždy nízké (tj. mrtvý čas).

Rezistor R2 vytváří napětí úměrné proudu procházejícím spínačem. Když dosáhne 4A (napětí 1V na CS vstupu), PWM sepne tranzistor. Filtr R3C6 je navržen tak, aby potlačoval šum spojený se spínáním tranzistorů. Rezistor R1 a dioda VD2 jsou navrženy tak, aby otvíraly klíč relativně pomalu a zavíraly jej co nejrychleji.

Nyní se tedy podívejme na získání výstupního napětí. Když je klíč otevřený, proud protéká vinutím I transformátoru. Současně se obrátí napětí na diodách VD5-VD6 a jsou uzavřeny. Při sepnutí spínače se napětí na vinutí I a II prudce změní, diody se otevřou a začnou nabíjet kondenzátor lineárně klesajícím proudem. Vzhledem k tomu, že v tomto případě je napětí odebíráno i z primárního vinutí, nemáme vůbec žádnou svodovou indukčnost a nemusíme instalovat tlumič. Jedinou nevýhodou tohoto obvodu je, že výstupní napětí má jiný „společný“ vodič a je galvanicky spojeno se sítí. Ale pro napájení blesků to nevadí.

TL431A a optočlen 817C mají stabilizátor výstupního napětí, který je regulován odporem R16 od přibližně 150 do 350 voltů. Rezistor R13 je potřeba, aby se kondenzátor neustále trochu vybíjel a PWM regulátor se při dosažení zadaného napětí nevypínal (jelikož napájí sebe i zpětnovazební obvod). I když si nejsem úplně jistý, že takový zdroj bude spolehlivě fungovat - je třeba ho sestavit a otestovat. Případně můžete napájet ovladač a zpětná vazba ze samostatného zdroje energie na transformátoru, ale tím se zvětší rozměry konstrukce.

Jak jsem již řekl dříve, přibližná data transformátoru - vinutí I a II jsou 500 μH každé, vinutí III a IV - jsou taková, že se na nich při chodu vpřed generuje potřebná napětí (asi 16 V, resp. 12 V). Transformátor musí vydržet proud 4A v primárním vinutí bez nasycení. V zásadě může být proud různý - změní se pouze výkon jednotky a rychlost nabíjení kondenzátoru (pro maximální přípustný proud vinutí musí být zvolen pouze R2).

Strukturálně se jedná o „sendvič“ dvou vodičů a dielektrika, kterým může být vakuum, plyn, kapalina, organická nebo anorganická pevná látka. První domácí kondenzátory (skleněné dózy s brokem, potažené fólií) vyrobili v roce 1752 M. Lomonosov a G. Richter.

Kondenzátor je již více než 250 let starý, ale ani nepomyslí na to, že bude zastaralý. Navíc 1 kg „obyčejných spravedlivých kondenzátorů“ uchovává méně energie než kilogram baterií nebo palivových článků, ale je schopen ji uvolnit rychleji než oni a zároveň rozvíjejí větší sílu. — Při rychlém vybití kondenzátoru lze získat vysoce výkonný puls, například ve fotoblescích, opticky čerpaných pulsních laserech a urychlovačích. Téměř v každém zařízení jsou kondenzátory, takže pokud nemáte nové kondenzátory, můžete je odtamtud pro experimenty odstranit.

Protože schopnost akumulovat náboje na elektrodě je omezena jejich vzájemným odpuzováním, nemůže být jejich přenos na elektrodu nekonečný. Jako každé úložné zařízení má i kondenzátor velmi specifickou kapacitu. Tak se tomu říká - elektrická kapacita. Měří se ve faradech a pro plochý kondenzátor s deskami o ploše S(každý), umístěný v určité vzdálenosti d, kapacita je Sε 0 ε/d(na S>> d), kde ε – relativní dielektrická konstanta a ε 0 =8,85418781762039 * 10 -12 .

Kapacita kondenzátoru je také rovna q/U, Kde q- náboj kladné desky, U— napětí mezi deskami. Kapacita závisí na geometrii kondenzátoru a dielektrické konstantě dielektrika a nezávisí na náboji desek.

V tomto případě probíhají různé polarizační procesy při různých rychlostech. Jedna věc je posun elektronových obalů, ke kterému dochází téměř okamžitě, druhá věc je rotace molekul, zvláště velkých, a třetí je migrace volných nábojů. Poslední dva procesy samozřejmě závisí na teplotě a v kapalinách probíhají mnohem rychleji než v pevných látkách. Pokud se dielektrikum zahřeje, rotace dipólu a migrace náboje se zrychlí. Pokud je pole vypnuto, nedochází k depolarizaci dielektrika také okamžitě. Zůstává po určitou dobu polarizovaná, dokud tepelný pohyb nerozptýlí molekuly do jejich původního chaotického stavu. Proto jsou pro kondenzátory, kde je polarita přepínána na vysokých frekvencích, vhodná pouze nepolární dielektrika: fluoroplast, polypropylen.

Zkontrolujme tento jev - zvýšení napětí při natažení kondenzátoru - experimentálně. Napsal jsem jednoduchý program ve Visual Basicu, abych mohl přijímat data z našeho ovladače PMK018 a zobrazovat je na obrazovce. Obecně vezmeme dvě desky z textolitu 200x150 mm, pokryté na jedné straně fólií, a připájeme vodiče vedoucí k měřicímu modulu. Poté na jeden z nich položíme dielektrikum - list papíru - a přikryjeme druhým plátem. Destičky nedoléhají těsně, proto je přitlačíme navrch tělem pera (pokud přitlačíte rukou, můžete vytvořit interferenci).

Měřicí obvod je jednoduchý: potenciometrem R1 se nastavuje napětí (v našem případě 3 volty) přiváděné do kondenzátoru a tlačítko S1 slouží k jeho napájení či nikoliv.

Kondenzátor jako zásobník energie

Je velmi snadné se ujistit, že energie je uložena v nejmenším kondenzátoru. K tomu potřebujeme průhlednou červenou LED a zdroj konstantního proudu (bude stačit 9voltová baterie, ale pokud to jmenovité napětí kondenzátoru dovolí, je lepší vzít větší). Experiment spočívá v nabití kondenzátoru a připojení LED diody k němu (nezapomeňte na polaritu) a pozorování, jak bliká. V temné místnosti je záblesk vidět i z kondenzátorů o desítkách pikofaradů. Asi sto milionů elektronů emituje sto milionů fotonů. To však není limit, protože lidské oko si může všimnout mnohem slabšího světla. Jen jsem nenašel žádné méně kapacitní kondenzátory. Pokud počet dosáhne tisíců mikrofaradů, šetřete LED a místo toho zkratujte kondenzátor na kovový předmět, abyste viděli jiskru - zřejmý indikátor přítomnosti energie v kondenzátoru.

Kondenzátor se také používá k ukládání „téměř věčné“ energie generované otřesy, vibracemi, zvukem, detekcí rádiových vln nebo záření elektrické sítě. Postupně akumulovaná energie z takto slabých zdrojů v průběhu času umožňuje bezdrátovým senzorům a dalším elektronickým zařízením nějakou dobu fungovat. Tento princip je základem věčné „prstové“ baterie pro zařízení s nízkou spotřebou energie (jako jsou dálkové ovladače televizorů). Jeho tělo obsahuje kondenzátor o kapacitě 500 milifaradů a generátor, který jej napájí oscilacemi o frekvenci 4–8 hertzů s volným výkonem 10 až 180 miliwattů. Vyvíjejí se generátory na bázi piezoelektrických nanodrátů, které jsou schopny usměrňovat energii tak slabých vibrací, jako jsou tlukot srdce, dopad podrážek bot o zem a vibrace technických zařízení, do kondenzátoru.

Dalším zdrojem volné energie je inhibice. Obvykle, když vozidlo brzdí, energie se mění v teplo, ale může být uložena a poté použita během zrychlování. Tento problém je akutní zejména u veřejné dopravy, která při každé zastávce zpomaluje a zrychluje, což vede ke značné spotřebě paliva a znečištění ovzduší výfukovými emisemi. V Saratovské oblasti v roce 2010 vytvořila společnost Elton Ecobus - experimentální minibus s neobvyklými elektromotory na motorových kolech a superkondenzátory - zařízeními pro ukládání brzdné energie, která snižují spotřebu energie o 40 %. Využívá materiály vyvinuté v projektu Energia-Buran, zejména uhlíkovou fólii. Obecně platí, že díky vědecké škole vytvořené v SSSR je Rusko jedním ze světových lídrů ve vývoji a výrobě elektrochemických kondenzátorů. Například výrobky Elton se od roku 1998 vyvážejí do zahraničí a nedávno začala výroba těchto výrobků v USA v licenci ruské společnosti.

Kapacita jednoho moderního kondenzátoru (2 farady, foto vlevo) je tisíckrát větší než kapacita celé zeměkoule. Jsou schopny uložit elektrický náboj 40 Coulombů!

Ale tato sovětská „dědečkova truhla“ na elektrony (foto vpravo) není tak prostorná, ale vydrží napětí 40 000 voltů (všimněte si porcelánových šálků, které chrání všechny tyto volty před rozpadem na těle kondenzátoru). To je velmi výhodné pro „elektromagnetickou bombu“, ve které je kondenzátor vybit na měděnou trubici, která je ve stejném okamžiku zvenčí stlačena výbuchem. Výsledkem je velmi silný elektromagnetický impuls, který deaktivuje rádiové zařízení. Mimochodem, při jaderném výbuchu se na rozdíl od normálního uvolní i elektromagnetický impuls, který opět zdůrazňuje podobnost jádra uranu s kondenzátorem. Mimochodem, takový kondenzátor lze přímo nabíjet statickou elektřinou z hřebenu, ale nabití na plné napětí bude samozřejmě trvat dlouho. Smutnou zkušenost van Musschenbroecka však bude možné zopakovat ve velmi vyhrocené verzi.

Obecně se zdá, že pro tento experiment je vhodný jakýkoli kondenzátor s kapacitou ne větší než 100 nf. Můžete udělat více, ale budete ho muset nabíjet dlouhou dobu, abyste získali dostatečné napětí pro LED. Ale pokud jsou svodové proudy v kondenzátoru malé, LED bude hořet déle. Možná vás napadne použít tento princip k vytvoření zařízení pro dobíjení mobilního telefonu jeho třením o vlasy během rozhovoru :)

Nicméně, proč takové potíže - existuje záznam videa. Ukazuje, že LED dioda bliká docela jasně:

Při nabíjení kondenzátorů na vysoká napětí začíná hrát roli okrajový efekt, který se skládá z následujícího. Je-li mezi desky umístěno ve vzduchu dielektrikum a je na ně přiváděno postupně se zvyšující napětí, pak při určité hodnotě napětí na okraji desky dochází k tichému výboji, který lze detekovat charakteristickým šumem a svitem ve tmě. Velikost kritického napětí závisí na tloušťce desky, ostrosti hrany, typu a tloušťce dielektrika atd. Čím tlustší dielektrikum, tím vyšší cr. Například čím vyšší je dielektrická konstanta dielektrika, tím je nižší. Pro snížení okrajového efektu jsou okraje desky zapuštěny do dielektrika s vysokou elektrickou pevností, dielektrické těsnění je na okrajích zesíleno, okraje desek jsou zaobleny a na místě je vytvořena zóna s postupně klesajícím napětím. okraj desek vyrobením okrajů desek z materiálu s vysokým odporem, snížením napětí na jeden kondenzátor jeho rozdělením na několik sériově zapojených.

Hmm.. ale pokud je kapacita tělesa schopnost akumulovat náboj, pak je to pravděpodobně velmi odlišné pro kladné a záporné náboje…. Představme si kulový kondenzátor ve vakuu... Nabíjejme ho negativně od srdce, nešetříme elektrárny a gigawatthodiny (to je na myšlenkovém experimentu dobré!)... ale v určitém okamžiku bude tolik přebytků elektrony na této kouli, že se prostě začnou rozptylovat po celém vakuu, jen aby nebyly v takové elektronegativní těsnosti. To se ale nestane s kladným nábojem - elektrony, bez ohledu na to, jak málo jich zůstane, z krystalové mřížky kondenzátoru neodletí.
Co se stane, kladná kapacita je zjevně mnohem větší než záporná? Ne! Protože elektrony tu vlastně nebyly pro naše rozmazlování, ale pro spojování atomů a bez jejich znatelného podílu, Coulombovo odpuzování kladných iontů krystalové mřížky by okamžitě rozbilo nejpancéřovanější kondenzátor na prach :)

Ve skutečnosti bez sekundární desky je kapacita „osamělých polovin“ kondenzátoru velmi malá: elektrická kapacita jednoho kusu drátu o průměru 2 mm a délce 1 m je přibližně 10 pF a celá zeměkoule je 700 μF.

Je možné sestrojit absolutní standard kapacity výpočtem jeho kapacity pomocí fyzikálních vzorců založených na přesných měřeních rozměrů desek. Takto se vyrábí nejpřesnější kondenzátory u nás, které jsou umístěny na dvou místech. Státní norma GET 107-77 se nachází ve Federal State Unitary Enterprise SNIIM a skládá se ze 4 nepodporovaných koaxiálně-cylindrických kondenzátorů, jejichž kapacita je vypočítána s vysokou přesností pomocí rychlosti světla a jednotek délky a frekvence, jakož i vysokofrekvenční kapacitní komparátor, který umožňuje porovnat kapacity kondenzátorů přinesených k ověření s etalonem (10 pf) s chybou menší než 0,01 % ve frekvenčním rozsahu 1-100 MHz (foto vlevo).

Standard GET 25-79 (foto vpravo), umístěný na Federal State Unitary Enterprise VNIIM pojmenovaném po. DI. Mendělejev obsahuje výpočtový kondenzátor a interferometr ve vakuovém bloku, kapacitní transformátorový můstek doplněný o kapacitní měření a termostat a zdroje záření se stabilizovanou vlnovou délkou. Norma je založena na metodě stanovení přírůstků kapacity soustavy křížových elektrod konstrukčního kondenzátoru při změně délky elektrod o daný počet vlnových délek vysoce stabilního světelného záření. To zajišťuje, že je zachována přesná hodnota kapacitance 0,2 pF s přesností lepší než 0,00005 %

Na rádiovém trhu v Mitinu jsem ale těžko hledal kondenzátor s přesností vyšší než 5% 🙁 No, zkusme spočítat kapacitu pomocí vzorců založených na měření napětí a času prostřednictvím našeho oblíbeného PMK018. Kapacitu budeme počítat dvěma způsoby. První metoda je založena na vlastnostech exponenciály a poměru napětí na kondenzátoru, měřených v různých okamžicích vybití. Druhá je měřením náboje vydávaného kondenzátorem během vybíjení; získá se integrací proudu v čase. Oblast ohraničená aktuálním grafem a souřadnicovými osami je číselně rovna náboji dané kondenzátorem. Pro tyto výpočty potřebujete přesně znát odpor obvodu, kterým je kondenzátor vybíjen. Tento odpor jsem nastavil přesným rezistorem 10 kOhm z elektronické stavebnice.

A zde jsou výsledky experimentu. Věnujte pozornost tomu, jak krásný a hladký vystavovatel dopadl. Není to matematicky spočítáno počítačem, ale přímo měřeno ze samotné přírody. Díky souřadnicové mřížce na obrazovce je jasné, že vlastnost exponenciály je přesně dodržována - ve stejných časových intervalech se stejně krát zmenšuje (dokonce jsem to změřil pravítkem na obrazovce :) Tedy, vidíme, že fyzikální vzorce zcela adekvátně odrážejí realitu kolem nás.

Jak vidíte, naměřená a vypočítaná kapacita se přibližně shoduje s nominální (a s hodnotami čínských multimetrů), ale ne přesně. Je škoda, že neexistuje žádná norma, která by určila, která z nich je pravdivá! Pokud někdo zná standardní nádobu, která je levná nebo dostupná doma, určitě o ní napište sem do komentářů.

V silové elektrotechnice jako první na světě použil kondenzátor Pavel Nikolajevič Jabločkov v roce 1877. Zjednodušil a zároveň zdokonalil Lomonosovovy kondenzátory, nahradil broky a fólii kapalinou a paralelně propojil banky. Vlastní nejen vynález inovativních obloukových lamp, které dobyly Evropu, ale také řadu patentů souvisejících s kondenzátory. Zkusme sestavit Yablochkovův kondenzátor pomocí slané vody jako vodivé kapaliny a skleněné nádoby se zeleninou jako sklenice. Výsledná kapacita byla 0,442 nf. Pokud sklenici nahradíme igelitovým sáčkem, který má větší plochu a mnohonásobně menší tloušťku, kapacita vzroste na 85,7 nf. (Nejprve naplňte sáček vodou a zkontrolujte unikající proudy!) Kondenzátor funguje - dokonce vám umožňuje blikat LED! Úspěšně plní své funkce i v elektronických obvodech (zkoušel jsem jej připojit ke generátoru místo běžného kondenzátoru - vše funguje).

Voda zde jako vodič hraje velmi skromnou roli a pokud máte fólii, obejdete se bez ní. Po Yabločkovovi uděláme totéž. Zde je slídový a měděný fóliový kondenzátor s kapacitou 130 pf.

Kovové desky by měly přiléhat co nejblíže k dielektriku a je nutné se vyvarovat vnášení lepidla mezi desku a dielektrikum, které způsobí dodatečné ztráty na střídavém proudu. Proto se nyní používá především kov jako pokovení, chemicky nebo mechanicky nanesený na dielektrikum (sklo) nebo k němu těsně přitlačený (slída).

Místo slídy můžete použít spoustu různých dielektrik, co chcete. Měření (pro dielektrika stejné tloušťky) ukázala, že vzduch ε nejmenší, u fluoroplastu je větší, u silikonu ještě větší a u slídy ještě větší a v zirkoničitanu titaničitém je prostě obrovský. Přesně tak by to podle vědy mělo být - koneckonců ve fluoroplastu jsou elektrony, dalo by se říci, pevně svázány s fluorouhlovodíkovými řetězci a mohou se jen nepatrně odchylovat - elektron nemá kam přeskakovat z atomu na atom.

Takové experimenty můžete provádět sami s látkami, které mají různé dielektrické konstanty. Co si myslíte, že má vyšší dielektrickou konstantu, destilovaná voda nebo olej? Sůl nebo cukr? Parafín nebo mýdlo? Proč? Dielektrická konstanta závisí na spoustě věcí... dala by se o tom napsat celá kniha.

To je vše? 🙁

Ne, ne všechny! Za týden bude pokračování! 🙂