Primanje električnih ozljeda od zaostalog naboja. Pokusi s kondenzatorima Punjenje kondenzatora impulsnom strujom

Nedavno smo se bavili , a sada prijeđimo na to kondenzatori.

Kondenzator- je uređaj za pohranjivanje naboja i energije električnog polja. Strukturno, to je "sendvič" od dva vodiča i dielektrika, koji može biti vakuum, plin, tekućina, organska ili anorganska kruta tvar. Prve domaće kondenzatore (staklene posude sa sačmom, prekrivene folijom) izradili su 1752. M. Lomonosov i G. Richman.

Što bi moglo biti zanimljivo kod kondenzatora? Kad sam počeo raditi na ovom članku, mislio sam da mogu skupiti i ukratko prikazati sve o ovom primitivnom dijelu. Ali kad sam upoznao kondenzator, iznenadio sam se kad sam shvatio da ne mogu ispričati ni stoti dio svih tajni i čuda koja se u njemu kriju...

Kondenzator je star već više od 250 godina, ali niti ne pomišlja zastarjeti. Osim toga, 1 kg “običnih kondenzatora” pohranjuje manje energije od kilograma baterija ili gorivih ćelija, ali ju je sposoban osloboditi brže nego oni, dok razvijaju više snage. - Kada se kondenzator brzo isprazni, može se dobiti puls velike snage, na primjer, u fotobljeskovima, optički pumpanim pulsnim laserima i sudaračima. Kondenzatori postoje u gotovo svakom uređaju, pa ako nemate nove kondenzatore, možete ih ukloniti odatle radi eksperimenata.

Naboj kondenzatora je apsolutna vrijednost naboja jedne od njegovih ploča. Mjeri se u kulonima i proporcionalan je broju dodatnih (-) ili nedostajućih (+) elektrona. Za prikupljanje naboja od 1 kulona trebat će vam 6241509647120420000 elektrona. Otprilike isto toliko ih ima i u mjehuriću vodika veličine glave šibice.

Budući da je sposobnost nakupljanja naboja na elektrodi ograničena njihovim međusobnim odbijanjem, njihov prijenos na elektrodu ne može biti beskonačan. Kao i svaki uređaj za pohranu podataka, kondenzator ima vrlo specifičan kapacitet. Tako se zove - električni kapacitet. Mjeri se u faradima i za ravni kondenzator s pločama površine S(svaki), koji se nalaze na udaljenosti d, kapacitet jeSε 0 ε / d (naS >> d), Gdje ε - relativna dielektrična konstanta, iε 0 =8,85418781762039 * 10 -12 .

Kapacitet kondenzatora također je jednak q/U, Gdje q- naboj pozitivne ploče, U- napetost između ploča. Kapacitet ovisi o geometriji kondenzatora i dielektričnoj konstanti dielektrika, a ne ovisi o naboju ploča.

U nabijenom vodiču, naboji se pokušavaju raspršiti jedan od drugog što je dalje moguće i stoga nisu u debljini kondenzatora, već u površinskom sloju metala, poput filma benzina na površini vode. Ako dva vodiča formiraju kondenzator, tada se ti višak naboja skupljaju jedan nasuprot drugog. Stoga je gotovo cijelo električno polje kondenzatora koncentrirano između njegovih ploča.

Na svakoj ploči naboji su raspoređeni tako da budu udaljeni od susjeda. I nalaze se prilično prostrano: u zračnom kondenzatoru s razmakom između ploča od 1 mm, napunjenom do 120 V, prosječna udaljenost između elektrona je veća od 400 nanometara, što je tisuće puta veće od udaljenosti između atoma ( 0,1-0,3 nm), a to znači da za milijune površinskih atoma postoji samo jedan dodatni (ili nedostajući) elektron.

Ako smanjiti udaljenost između ploča, tada će privlačne sile porasti, a pri istom naponu naboji na pločama moći će se bliže “složiti”. Kapacitet će se povećati kondenzator. To je učinio nesuđeni profesor na Sveučilištu Leiden, van Musschenbroeck. Zamijenio je bocu debelih stijenki prvog kondenzatora na svijetu (koji je stvorio njemački svećenik von Kleist 1745.) tankom staklenom posudom. Punio ga je i dodirivao, a kad se dva dana kasnije probudio, rekao je da ne bi pristao na ponavljanje eksperimenta, makar za to obećali francuskom kraljevstvu.

Postavite li dielektrik između ploča, one će ga polarizirati, odnosno privući suprotne naboje od kojih se sastoji. To će imati isti učinak kao da su se ploče približile. Dielektrik s visokom relativnom dielektričnom konstantom može se smatrati dobrim prijenosnikom električnog polja. Ali niti jedan transporter nije savršen, pa bez obzira kakav divan dielektrik dodamo na postojeći, kapacitet kondenzatora će se samo smanjivati. Kapacitivnost možete povećati samo ako dodate dielektrik (ili još bolje vodič) umjesto već postoji ali ima manji ε.

U dielektricima gotovo da nema slobodnih naboja. Svi su oni fiksirani ili u kristalnoj rešetki ili u molekulama - polarnim (predstavljajući dipole) ili ne. Ako vanjskog polja nema, dielektrik je nepolariziran, dipoli i slobodni naboji su kaotično raspršeni i dielektrik nema vlastito polje. u električnom polju je polariziran: dipoli su usmjereni duž polja. Budući da postoji mnogo molekularnih dipola, kada su orijentirani, prednosti i mane susjednih dipola unutar dielektrika međusobno se kompenziraju. Samo površinski naboji ostaju nekompenzirani - na jednoj površini - jedno, na drugoj - drugo. Slobodni naboji u vanjskom polju također lebde i odvajaju se.

U tom se slučaju javljaju različiti procesi polarizacije s različitim brzinama. Jedna stvar je pomicanje elektronskih ljuski, koja se događa gotovo trenutno, druga stvar je rotacija molekula, posebno velikih, a treća je migracija slobodnih naboja. Posljednja dva procesa očito ovise o temperaturi, au tekućinama se odvijaju mnogo brže nego u čvrstim tvarima. Ako se dielektrik zagrijava, rotacija dipola i migracija naboja će se ubrzati. Ako je polje isključeno, ni depolarizacija dielektrika se ne događa trenutno. Ostaje polariziran neko vrijeme dok toplinsko gibanje ne rasprši molekule u njihovo izvorno kaotično stanje. Stoga su za kondenzatore kod kojih se polaritet mijenja na visokim frekvencijama prikladni samo nepolarni dielektrici: fluoroplastični, polipropilen.

Ako rastavite napunjeni kondenzator i zatim ga ponovno sastavite (plastičnom pincetom), energija neće nikuda otići, a LED će moći treptati. Čak će i treptati ako ga u rastavljenom stanju spojite na kondenzator. To je razumljivo - tijekom rastavljanja naboj nije nestao s ploča, a napon se čak povećao, jer se kapacitet smanjio i sada ploče doslovno pucaju od naboja. Čekaj, kako se ta napetost povećala, jer onda će i energija porasti? Tako je, sustavu smo prenijeli mehaničku energiju, prevladavajući Coulombovo privlačenje ploča. Zapravo, ovo je trik elektrifikacije trenjem - zakačiti elektrone na udaljenosti reda veličine atoma i odvući ih na makroskopsku udaljenost, čime se povećava napon od nekoliko volti (a to je napon u kemijskim vezama) na desetke i stotine tisuća volti. Sada je jasno zašto sintetička jakna ne stvara strujni udar kada je nosite, već samo kada je skinete? Čekaj, zašto ne milijarde? Decimetar je milijardu puta veći od angstrema, na koji smo oteli elektrone? Da, jer je rad pomicanja naboja u električnom polju jednak integralu Eq po d, a taj isti E kvadratno slabi s udaljenošću. A kad bi na cijelom decimetru između jakne i nosa bilo isto polje kao unutar molekula, onda bi milijarda volti kliknula na nos.

Provjerimo ovaj fenomen - povećanje napona kada se kondenzator rasteže - eksperimentalno. Napisao sam jednostavan program uVizualno Osnovni, temeljni za primanje podataka od našeg kontrolera PMK018i njihovo prikazivanje na ekranu. Općenito, uzimamo dvije ploče od tekstolita veličine 200x150 mm, prekrivene s jedne strane folijom, i lemimo žice koje idu do mjernog modula. Zatim na jedan od njih stavimo dielektrik - list papira i pokrijemo ga drugom pločom. Ploče ne prianjaju čvrsto, pa ćemo ih pritisnuti na vrhu tijelom olovke (ako pritisnete rukom, možete stvoriti smetnje).

Mjerni krug je jednostavan: potenciometarR1 postavlja napon (u našem slučaju to je 3 volta) primijenjen na kondenzator, a gumbS1 služi za napajanje kondenzatora, ili za njegovo napajanje.

Dakle, pritisnite i otpustite gumb - vidjet ćemo grafikon prikazan na lijevoj strani. Kondenzator se brzo prazni kroz ulaz osciloskopa. Pokušajmo sada smanjiti pritisak na ploče tijekom pražnjenja - vidjet ćemo vrh napona na grafu (desno). To je upravo željeni učinak. Istodobno se povećava udaljenost između ploča kondenzatora, smanjuje se kapacitet, pa se stoga kondenzator počinje još brže prazniti.

Evo, ozbiljno sam pomislio... Čini se da smo na pragu velikog izuma... Uostalom, ako se pri razmicanju ploča napon na njima povećava, ali naboj ostaje isti, onda možete uzeti dvije kondenzatore, na jednom razmakneš ploče na njima, a na mjestu najvećeg širenja preneseš naboj na stacionarni kondenzator. Zatim vratite ploče na njihovo mjesto i ponovite istu stvar obrnutim redom, odvajajući drugi kondenzator. U teoriji, napon na oba kondenzatora će se povećati sa svakim ciklusom za određeni broj puta. Izvrsna ideja za generator struje! Bit će moguće izraditi nove dizajne za vjetrenjače, turbine i sve to! Dakle, super... radi praktičnosti, sve ovo možete staviti na dva diska koji se okreću u suprotnim smjerovima.... o, što je ovo... uf, ovo je školski električni stroj! :(

Nije se ukorijenio kao generator, jer je nezgodno nositi se s takvim naponima. Ali na nanoskali, sve se može promijeniti. Magnetski fenomeni u nanostrukturama višestruko su slabiji od električnih, a električna polja tamo su, kao što smo već vidjeli, golema, pa molekularni elektroforni stroj može postati vrlo popularan.

Kondenzator kao spremište energije

Vrlo je lako provjeriti da je energija pohranjena u najmanjem kondenzatoru. Da bismo to učinili, potrebna nam je prozirna crvena LED dioda i izvor konstantne struje (9-voltna baterija će poslužiti, ali ako nazivni napon kondenzatora dopušta, bolje je uzeti veću). Eksperiment se sastoji od punjenja kondenzatora, zatim spajanja LED diode na njega (ne zaboravite na polaritet) i gledanja kako trepće. U tamna soba bljesak je vidljiv čak i kod kondenzatora od desetaka pikofarada. Nekoliko stotina milijuna elektrona emitira sto milijuna fotona. No, to nije granica, jer ljudsko oko može primijetiti puno slabiju svjetlost. Jednostavno nisam našao manje kapacitivne kondenzatore. Ako broj ide na tisuće mikrofarada, poštedite LED diodu i umjesto toga kratko spojite kondenzator s metalnim predmetom kako biste vidjeli iskru - očiti dokaz prisutnosti energije u kondenzatoru.

Energija nabijenog kondenzatora ponaša se na mnogo načina kao potencijalna mehanička energija - energija komprimirane opruge, utega podignutog na visinu ili spremnika za vodu (a energija induktora, naprotiv, slična je kinetičkoj energiji ). Sposobnost kondenzatora da skladišti energiju odavno se koristi za osiguravanje kontinuiranog rada uređaja tijekom kratkotrajnih padova napona napajanja - od satova do tramvaja.

Kondenzator se također koristi za pohranjivanje "gotovo vječne" energije generirane podrhtavanjem, vibracijama, zvukom, otkrivanjem radio valova ili zračenjem električne mreže. Malo po malo, akumulirana energija iz tako slabih izvora tijekom vremena omogućuje bežičnim senzorima i drugim elektroničkim uređajima da rade neko vrijeme. Ovaj princip je osnova vječne “prstne” baterije za uređaje sa skromnom potrošnjom energije (poput TV daljinskih upravljača). Njegovo tijelo sadrži kondenzator kapaciteta 500 milifarada i generator koji ga napaja oscilacijama na frekvenciji od 4-8 herca slobodnom snagom od 10 do 180 milivata. Razvijaju se generatori temeljeni na piezoelektričnim nanožicama koji su sposobni usmjeriti energiju tako slabih vibracija kao što su otkucaji srca, udar potplata cipela o tlo i vibracije tehničke opreme u kondenzator.

Drugi izvor slobodne energije je inhibicija. Obično, kada vozilo koči, energija se pretvara u toplinu, ali se može pohraniti i koristiti tijekom ubrzavanja. Ovaj problem posebno je akutan za javni prijevoz koji usporava i ubrzava pri svakom zaustavljanju, što dovodi do značajne potrošnje goriva i zagađenja zraka emisijom ispušnih plinova. U regiji Saratov 2010. godine tvrtka Elton stvorila je Ecobus - eksperimentalni minibus s neobičnim elektromotorima na motornim kotačima i superkondenzatorima - uređajima za pohranu energije kočenja, smanjujući potrošnju energije za 40%. Koristi materijale razvijene u projektu Energia-Buran, posebice karbonsku foliju. Općenito, zahvaljujući znanstvenoj školi stvorenoj još u SSSR-u, Rusija je jedan od svjetskih lidera u razvoju i proizvodnji elektrokemijskih kondenzatora. Na primjer, proizvodi Elton izvoze se u inozemstvo od 1998. godine, a nedavno je počela proizvodnja ovih proizvoda u SAD-u prema licenci ruske tvrtke.

Kapacitet jednog modernog kondenzatora (2 farada, fotografija lijevo) tisućama je puta veći od kapaciteta cijelog svijeta. Oni su u stanju pohraniti električno punjenje na 40 Privjesak!

Koriste se, u pravilu, u audio sustavima automobila kako bi se smanjilo vršno opterećenje električnih instalacija automobila (u trenucima snažnih basova) i, zbog ogromnog kapaciteta kondenzatora, potisnule sve visokofrekventne smetnje u -pločasta mreža.

Ali ova sovjetska "djedova škrinja" za elektrone (slika desno) nije toliko prostrana, ali može izdržati napon od 40 000 volti (obratite pažnju na porculanske čaše koje štite sve te volte od kvara na tijelu kondenzatora). Ovo je vrlo zgodno za "elektromagnetsku bombu", u kojoj se kondenzator ispušta na bakrenu cijev, koja je u istom trenutku izvana komprimirana eksplozijom. Ispada vrlo moćno elektromagnetski puls, onesposobljavanje radio opreme. Usput, tijekom nuklearne eksplozije, za razliku od normalne, oslobađa se i elektromagnetski impuls, što još jednom naglašava sličnost jezgre urana s kondenzatorom. Usput, takav se kondenzator može izravno puniti statičkim elektricitetom iz češlja, ali će naravno trebati puno vremena da se napuni do punog napona. Ali bit će moguće ponoviti van Musschenbroeckovo tužno iskustvo u vrlo otežanoj verziji.

Ako jednostavno protrljate olovku (češalj, balon, sintetičko donje rublje itd.) po kosi, LED neće svijetliti. To je zato što su višak elektrona (preuzet iz kose) zarobljeni, svaki na svojoj točki na površini plastike. Stoga, čak i ako udarimo neki elektron izlazom LED diode, drugi neće moći pojuriti za njim i stvoriti struju potrebnu da LED dioda svijetli vidljivo golim okom. Druga je stvar ako prenosite naboje s olovke na kondenzator. Da biste to učinili, uzmite kondenzator za jedan terminal i trljajte olovku redom, prvo po kosi, a zatim po slobodnom terminalu kondenzatora. Zašto trljati? Za maksimiziranje žetve elektrona s cijele površine olovke! Ponovimo ovaj ciklus nekoliko puta i spojimo LED diodu na kondenzator. Treperit će i samo ako se poštuje polaritet. Tako je kondenzator postao most između svijeta "statičkog" i "običnog" elektriciteta :)

Uzeo sam visokonaponski kondenzator za ovaj eksperiment, bojeći se kvara niskonaponskog, ali pokazalo se da je to bila nepotrebna mjera opreza. Kada je napajanje ograničeno, napon preko kondenzatora može biti puno manji od napona napajanja. Kondenzator može pretvoriti visoki napon u niski napon. Na primjer, statički visokonaponski elektricitet - u običnu struju. Zapravo, postoji li razlika: punjenje kondenzatora s jednim mikrokulonom iz izvora s naponom od 1 V ili 1000 V? Ako je ovaj kondenzator toliko kapacitan da naboj od 1 µC na njemu ne povećava napon iznad napona izvora napajanja od jednog volta (tj. njegov kapacitet je veći od 1 µF), tada nema razlike. Samo što ako snažno ne ograničite privjeske, onda će više njih htjeti dotrčati iz dobrovoljnog izvora. I toplinska snaga koja se oslobađa na stezaljkama kondenzatora bit će veća (a količina topline je ista, samo će se brže oslobađati, zbog čega je snaga veća).

Općenito, očito je da je svaki kondenzator s kapacitetom ne većim od 100 nf prikladan za ovaj eksperiment. Možete i više, ali ćete ga morati dugo puniti da biste dobili dovoljan napon za LED. Ali ako su struje curenja u kondenzatoru male, LED će gorjeti duže. Mogli biste razmisliti o stvaranju uređaja za punjenje koji se temelji na ovom principu. mobitel od trljanja o kosu tijekom razgovora :)

Izvrsno visokonaponski kondenzator je odvijač. U ovom slučaju, njegova drška služi kao dielektrik, a metalna šipka i ljudska ruka služe kao ploče. Znamo da nalivpero protrljano o kosu privlači komadiće papira. Protrljate li odvijač po kosi, od toga neće biti ništa – metal nema sposobnost oduzimati elektrone proteinima – nije privlačio komadiće papira, a i nije. Ali ako ga, kao u prethodnom pokusu, protrljate napunjenim nalivperom, odvijač se zbog malog kapaciteta brzo puni do visokog napona i počinju se privlačiti papirići.

LED također svijetli od odvijača. Nemoguće je uhvatiti kratki trenutak njegovog bljeska na fotografiji. Ali - sjetimo se svojstava eksponencijala - gašenje bljeskalice traje dugo (po standardima zatvarača fotoaparata). I tako smo svjedočili jedinstvenom lingvističko-optičko-matematičkom fenomenu: izlagač je izlagao matricu fotoaparata!

Međutim, zašto takve poteškoće - postoji video snimanje. Prikazuje da LED svijetli prilično jako:

Kada se kondenzatori napune do visoki napon, učinak ruba počinje igrati svoju ulogu, a sastoji se od sljedećeg. Ako se dielektrik stavi u zrak između ploča i na njih se dovodi postupno rastući napon, tada se pri određenoj vrijednosti napona na rubu ploče javlja tiho pražnjenje, koje se može detektirati karakterističnim šumom i sjajem u mraku. Veličina kritičnog napona ovisi o debljini ploče, oštrini ruba, vrsti i debljini dielektrika itd. Što je dielektrik deblji, to je kr. Na primjer, što je veća dielektrična konstanta dielektrika, to je niža. Kako bi se smanjio rubni učinak, rubovi ploče su ugrađeni u dielektrik visoke električne čvrstoće, dielektrična brtva je zadebljana na rubovima, rubovi ploča su zaobljeni, a na površini se stvara zona s postupno opadajućim naponom. rub ploča izradom rubova ploča od materijala visokog otpora, smanjenjem napona po jednom kondenzatoru dijeljenjem na nekoliko serijski spojenih.

Zato su utemeljitelji elektrostatike voljeli imati kuglice na krajevima elektroda. Ispostavilo se da to nije značajka dizajna, već način da se minimizira protok naboja u zrak. Nema se kamo drugdje. Ako se zakrivljenost nekog područja na površini lopte dodatno smanji, tada će se zakrivljenost susjednih područja neizbježno povećati. I ovdje, očito, u našim elektrostatičkim poslovima nije važna prosječna, već maksimalna zakrivljenost površine, koja je minimalna, naravno, za loptu.

Što se događa, pozitivni kapacitet je očito mnogo veći od negativnog? Ne! Jer elektroni zapravo nisu bili tu zbog našeg maženja, već zbog povezivanja atoma, a bez ikakvog primjetnog udjela istih, Coulombovsko odbijanje pozitivnih iona kristalne rešetke začas bi i najblindiraniji kondenzator razbilo u prah :)

U stvari, bez sekundarne ploče, kapacitet "usamljenih polovica" kondenzatora je vrlo mali: električni kapacitet izoliranog komada žice promjera 2 mm i duljine 1 m je približno 10 pF, a cijeli globus je 700 μF.

U energetskoj elektrotehnici, prvi u svijetu koji je upotrijebio kondenzator bio je Pavel Nikolajevič Jabločkov 1877. godine. On je pojednostavio i ujedno poboljšao Lomonosovljeve kondenzatore, zamijenivši sačmu i foliju tekućinom, a baterije spojivši paralelno. On je odgovoran ne samo za izum inovativnih lučne svjetiljke, koji je osvojio Europu, ali i niz patenata vezanih uz kondenzatore. Pokušajmo sastaviti Yablochkov kondenzator koristeći slanu vodu kao vodljivu tekućinu i staklenu teglu povrća kao teglu. Rezultirajući kapacitet bio je 0,442 nf. Ako staklenku zamijenimo plastičnom vrećicom, koja ima veću površinu i višestruko manju debljinu, kapacitet će se povećati na 85,7 nf. (Prvo, napunite vrećicu vodom i provjerite postoje li struje curenja!) Kondenzator radi - čak vam omogućuje i treptanje LED diode! Također uspješno obavlja svoje funkcije u elektronički sklopovi

Metalne ploče trebaju što čvršće prianjati uz dielektrik, a potrebno je izbjegavati unošenje ljepila između ploče i dielektrika koje će uzrokovati dodatne gubitke na naizmjenična struja. Stoga se sada uglavnom metal koristi kao oplata, kemijski ili mehanički nanesena na dielektrik (staklo) ili čvrsto pritisnuta na njega (liskun).

Umjesto tinjca, možete koristiti hrpu različitih dielektrika, što god želite. Mjerenja (za dielektrike jednake debljine) pokazala su da zrakε najmanji, za fluoroplastiku je veći, za silikon je još veći, a za tinjac je još veći, au olovnom cirkonat titanatu jednostavno je ogroman. Točno tako bi i trebalo biti po znanosti - uostalom, u fluoroplastici su elektroni, reklo bi se, čvrsto vezani za fluorougljikove lance i mogu samo malo skrenuti - elektron nema kamo skočiti s atoma na atom.

65 nanometara sljedeći je cilj tvornice Angstrem-T u Zelenogradu, koja će stajati 300-350 milijuna eura. Tvrtka je Vnesheconombank (VEB) već podnijela zahtjev za povlašteni kredit za modernizaciju proizvodnih tehnologija, objavile su Vedomosti ovog tjedna pozivajući se na predsjednika upravnog odbora tvornice Leonida Reimana. Sada se Angstrem-T priprema za pokretanje proizvodne linije za mikro krugove s 90nm topologijom. Isplate prethodnog kredita VEB-a, za koji je kupljen, počet će sredinom 2017.

Peking srušio Wall Street

Ključni američki indeksi obilježili su prve dane Nove godine rekordnim padom, a milijarder George Soros već je upozorio da se svijet suočava s reprizom krize iz 2008. godine.

Prvi ruski potrošački procesor Baikal-T1, po cijeni od 60 dolara, kreće u masovnu proizvodnju

Tvrtka Baikal Electronics obećava lansiranje u industrijsku proizvodnju ruskog procesora Baikal-T1 koji će koštati oko 60 dolara početkom 2016. Uređaji će biti traženi ako vlada stvori tu potražnju, kažu sudionici na tržištu.

MTS i Ericsson zajednički će razvijati i implementirati 5G u Rusiji

Mobile TeleSystems PJSC i Ericsson sklopili su sporazume o suradnji u razvoju i implementaciji 5G tehnologije u Rusiji. U pilot projektima, uključujući i tijekom Svjetskog prvenstva 2018., MTS namjerava testirati razvoj švedskog dobavljača. Operater će početkom sljedeće godine započeti dijalog s Ministarstvom telekomunikacija i masovnih komunikacija o osnivanju tehnički zahtjevi do pete generacije mobilnih komunikacija.

Sergey Chemezov: Rostec je već jedna od deset najvećih inženjerskih korporacija na svijetu

Šef Rosteca Sergej Čemezov u intervjuu za RBC odgovorio je na goruća pitanja: o sustavu Platon, problemima i perspektivama AVTOVAZA, interesima Državne korporacije u farmaceutskom poslovanju, govorio je o međunarodnoj suradnji u kontekstu sankcija pritisak, supstitucija uvoza, reorganizacija, strategija razvoja i nove mogućnosti u teškim vremenima.

Rostec se “ograđuje” i zadire u lovorike Samsunga i General Electrica

Nadzorni odbor Rosteca odobrio je „Strategiju razvoja do 2025. godine“. Glavni ciljevi su povećanje udjela visokotehnoloških civilnih proizvoda i sustizanje General Electrica i Samsunga u ključnim financijskim pokazateljima.

Struja punjenja na 100J i ~1 sek. pri pokretanju hladnih kondenzatora (prvo uključivanje) do 10 ampera na vrhuncu, tijekom rada do 6A, au trenutku uključivanja apsolutno je strašno - 100A. Ako ste uspješno pogodili vrh napona 310 V / 3 Ohma = 103 A.

Dakle, čak i na temelju 6A dobivamo impulsno opterećenje u mreži ekvivalentno 1-1,5kW - 6A * 220V = 1320W !!

A ovo je 100 J, i da je bilo nekoliko bljeskova, da sam mitraljez, uvrijedio bi me takav impuls i nakon prvog dobrog bljeska ne bih više dao struju.
Ako uzmemo krug s napajanjem bez udvostručitelja, tada je početni udar struje još veći i postoji jasna asimetrija - koristi se samo jedan poluciklus.

S druge strane - 100J pri punjenju od 1 sekunde. ekvivalentno 100 vata, dobro, 130 sa svim vrstama gubitaka - uopće nije strašna snaga.Što ako napunite kondenzator preko nečega poput korektora faktora snage - pomoćnog pretvarača napona bez kondenzatora na ulazu?

Oblik struje bit će otprilike ovakav:

Ispada profil mrežni napon, ispunjen visokofrekventnim strujnim impulsima.Ako upravljački krug radi u načinu ograničenja izlazne struje i prekida punjenje nakon postizanja navedenog napona, tada ćemo dobiti brzo punjenje- na primjer kod 350W - 300J/sec. i glatka kontrola snage.
I mašina je zadovoljna, i krugovi za punjenje su relativno slabo strujni, i nema velikih vrućih otpornika, i može se napajati konstantnim naponom, i energetski nadzor je zadovoljan - faktor snage je kao kod samovara ...

Ima samo jedno ALI!Radio sam blic SKORO prema gornjem dijagramu Waldemara Szymanskog.Evo dijagrama koji sam koristio.

ako ne idete u detalje, samo je otpornik za gašenje postavljen na 5,1 ohma, a kondenzatori u udvostručivaču su 22mF, tako da osigurač od 1A živi sretno do kraja života ako krug radi ispravno. A ako ne, onda je ovaj isti osigurač tu za hitno isključivanje.Dakle, ili nešto nije bilo u redu u izračunima, ili se teorija i praksa ne poklapaju.

Uzimanje mikro kruga i dizajna iz podatkovne tablice neće raditi - morate ga prilagoditi i počinju čudna pitanja -na primjer, kako će se sklop ponašati kada stvarno veliki kondenzator? - grijaće se dok ga ne napuni na 310V, pa će tek onda proraditi...

U izračunima je sve u redu - prvo, pretpostavio sam kondenzator za punjenje od 100uF i otpornik od 3 Ohma, drugo osigurač uređaj je prilično inercijalan i bez problema podnosi kratki impuls nekoliko puta veći od nazivne vrijednosti, a stroj koji sam spomenuo reagira i na pulsno preopterećenje 5 - 15 puta veće od nazivne vrijednosti (ovisno o klasi).
U stvarnim uvjetima, s takvim impulsom u mreži, svjetlo će samo lagano treptati. Na primjer, jasno vidim kako se kuhalo za vodu od kilovata u kuhinji uključuje.Ovdje biste radije dobili elegantno rješenje bez preopterećenja i grijanja.

Sve je isto kao i kod kondenzatora, U DORCIMA.Samo DIO se nakuplja po naboju, A MAGNETSKO POLJE JE U SVITKU.

Nema ograničenja struje u hitnim slučajevima...
Jedini nedostatak rješenja, za razliku od kapacitivnosti, je taj što sam induktivitet ne može ograničiti struju nakon što se prikupi elektromagnetska energija i struja može teći uzalud.
A kondenzator neće uzeti više nego što će stati.I na kraju će struja prestati.I zavojnicu također treba isključiti... Ovo je opasno i nepouzdano...

Ako je bez množitelja, onda se slažem - čak i ako se prekidač pokvari, kondenzator će preživjeti, ali pri razumnim strujama će se predugo puniti, ali s množiteljem - ako ga ne isključite na vrijeme, će lupati.Preklopni izvori napajanja su prilično dobro dizajnirani, ali kada se puni kondenzator, jedinica će raditi u kratkom spoju - morate to nekako uzeti u obzir.

Dakle, ono što sam do sada otkrio je da je povratni krug najprikladniji

Ona ima izlazni napon ne ovisi o ulazu i također malo ovisi o omjeru zavoja i možete jednostavno napuniti kondenzator na bilo koji napon. Ispada da nema potrebe za ugradnjom kondenzatora nakon ispravljača, a glavni kondenzator će se puniti ne samo vrhovima sinusnog vala, već gotovo cijelo razdoblje.
Dobivamo potpunu galvansku izolaciju od mreže, dobar faktor snage (ako nema ulaznog kondenzatora). Tranzistor snage je potreban za relativno malu struju - 100 J/sec, oko 3A (IRF830-IRF840).Teoretski, možete ga natjerati da radi na 12V bez modifikacija.

Od minusa, krug je očito teži za izračunavanje (i ne možete to učiniti na oko) i postavljanje od tiristorskih. Potreban vam je prilično visokonaponski tranzistor - prema knjigama - dvostruko veća od amplitude mrežnog napona + rezerva - oko 800-900V, ili više složeni sklop s 2 tranzistora na 400V, ali je još uvijek jeftiniji od snažnog IGBT-a i usporediv s tiristorom.
MORATE namotati transformator
Ako se ne namjeravate izolirati od mreže, pretvarač dolara izgleda lijepo,
ali je step-down i još uvijek mi nije jasno pitanje - što je zgodnije: 300V i veći kapacitet, ili na primjer 400V-500V sa serijskim spojem kondenzatora?

Jedinica puni 1300 uF do 310V za 2,5-4 sekunde, ovisno o stanju baterija! Flash kondenzatori su zaštićeni od prenapona, praga zaštita od impulsa tranzistor snage za struju i još nešto...

Ovako je ispao dežurni pribor. Da, zadržana je mogućnost punjenja iz mreže od 220 V. Ali, kada se napaja iz jedinice, energija bljeska je gotovo jedan i pol puta veća...

Ideja o mrežnom preletu je dobra, ako ne za:

1) IRF840, napon će biti nizak. Treba 1200v

2) Dioda, ako je napon na kondenzatorima 600--1200V diodamožda neće biti dovoljno.

3) ultrabrzi na takvim naponima će imati pad od 2-3 volta. Učinkovitost 80-85 ne može biti veća.

4) Da se ne bi mučili, možete okvirno procijeniti sve ideologije http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps_e/smps_e.html#Aww

5) Što se tiče punjenja kondenzatora iz mreže do 300 V, ovo su vile na vodi, recimo da je vrh sinusnog vala odsječen za 25-30 volti. A kineski tester pokazat će 220 V u mreži, ali staklenku možete napuniti do 300 volti.

6) Energija se izračunava kao napon na kvadrat kapacitivnosti; uvijek je isplativije povećati napon.

7) Pouzdan pulsni blok složeniji i skuplji od tiristorskog punjača. Ima smisla koristiti ga samo u nekoliko slučajeva:

Punjenje iz baterija
--- velika brzina punjenje malih dimenzija (što znači brzina 600-1000 J/sec)
--- Galvanska izolacija od mreže (obično se rješava kompetentnim dizajnom)

Bit ćete ugodno iznenađeni! Prigušnica je iste veličine jedan i pol puta jača i nema dupliranja napona na diodi! Ali bez galvanske izolacije preživjet ćeš nekako! Zivjeli smo bez nje...Radite u rasponu od 240-410V (nakon mrežnog ispravljača i izglađivanja. Za izlazni napon od 410V ne treba vam čak ni pojačivački namot.

u Kosom mostu su zaboravili jednu diodu i izlaznu prigušnicu, bez prigušnice bi bilo jako teško za tipke.

Što se tiče jednostavnosti, naravno, flyback je svakako bolji, ima minimalno dijelova, ne boji se kratkih spojeva itd.

O čemu pričamo? Ovaj i tu je flyback sklop s 2 ključa.

Ali tada se gubi glavna prednost flyback-a (jednostavnost); trebate instalirati upravljački program s gornje strane ili upravljački program transformatora.

Tako:Samo povratni krug prikladan je za punjenje kondenzatora bljeskalice, jer to je izvor struje (svi pogoni naprijed su izvori napona - a već imamo izvor napona - mrežu od 220 volti).

Pogledajmo malo teorije. Ne dajem dijagram, svi ga dobro znaju.

Maksimalni napon na tranzistoru određen je zbrojem ispravljenog napona napajanja i obrnuti napon na primarni namot. S napajanjem je sve jasno, to je 310 volti (plus, minus). Reverzni napon na primarnom namotu ovisi _samo_ o radnom ciklusu impulsa ili radnom ciklusu! Da objasnim - u ustaljenom stanju rada, energija pohranjena u gibanju naprijed mora se potpuno prenijeti na teret unatrag (ako nije sva prenesena, onda se počinje akumulirati u jezgri, dolazimo do granice struje primarnog namota (i, eventualno, zasićenja) i PWM regulator smanjuje trajanje impulsa). Sjetimo se formule:

U = L(dI/dt)

oni. ako je T obrnutog hoda dvostruko veći od onog prednjeg hoda, tada će U obrnutog hoda biti dva puta manji. OKOovdje kod D = 33% dobivamo reverzni napon od 155 volti. Svi. Ovo je naša izračunata vrijednost, oslanjamo se na nju. TDakle, ne računajući prenapon zbog induktiviteta curenja, na prekidaču će biti samo 310 + 155 = 465 volti! Pri _bilo kojem_ izlaznom naponu (izlazni napon izračunava se kao N2*155/N1, gdje su N1 i N2 broj zavoja u primarnom i sekundarnom namotu, redom). N1 se bira na temelju T hoda naprijed i energije koja se mora prenijeti u jednom impulsu. N2 je odabran za postizanje navedenog maksimalnog izlaznog napona. OKOPostojao je problem prekoračenja zbog induktiviteta curenja. Njegova amplituda nije ničim ograničena, a snaga ovisi o struji kroz primarni namot i, zapravo, induktivitetu curenja. Možete slijediti standardni put i instalirati prigušivač, tada će se sva ta energija osloboditi na njegovom otporniku (ili zener diodi). Ne morate instalirati prigušivač, tada će se energija osloboditi na prekidaču (mosfeti su prilično otporni na lavinske procese i omogućuju vam raspršivanje prilično velike snage emisije bez kvara ili pogoršanja parametara, što se ne može reći za bipolarne ).
Ali, u našem slučaju, nema potrebe za odvajanjem bljeskalice od mreže, tako da možemo napraviti impulsni transformator u obliku autotransformatora (ili prigušnice s slavinom) i... tada nećemo imati induktivitet curenja. uopće! U tom će slučaju napon na ključu uvijek biti 465 volti! HŠto se tiče obrnutog napona na izlaznoj diodi, onda da, bit će velik i mogao bi premašiti kilovolt (tj. napon za koji je većina modernih dioda dizajnirana). ali ovdje možemo spojiti dvije diode u seriju i dobiti ispravljač od 2 kilovolta.

Dakle, izračunali smo krug za maksimalni izlazni napon. što će biti s njim ako želimo prestati puniti kondenzator na dva (npr.) puta manjem naponu? ali ništa loše. amplituda napona na ključu neće doseći ni 465 volti - bit će 310 + 155/2 volta.

Glavni problem u ovom krugu bit će izrada transformatora - on će morati pohraniti dovoljno veliku količinu energije pri svakom impulsu kako bi napunio izlazni kondenzator potrebnom brzinom. može se izraditi na prilično velikoj jezgri u obliku slova W s razmakom ili na prigušnom prstenu niske propusnosti. parametri se mogu izračunati i/ili odabrati eksperimentalno namotavanjem namota, propuštanjem struje kroz njega i promatranjem trenutka zasićenja. Mmaksimalna struja kroz sklopku bit će više nego skromna - 4-6 ampera, ovisno o načinu rada kruga (isprekidane ili kontinuirane struje) i snazi (izračunao sam na oko 300-320 vata).

Predstavljam skicu sheme. Krug se temelji na UC3842 (ili 3844) - jeftinom PWM kontroleru (u principu, krug se može prilagoditi za bilo koji drugi).

Ukratko ću vam reći kako sve funkcionira.

Kada spojite napajanje (ulazni filter, ispravljač i kondenzator ostavljam na izbor) preko otpornika R7, kondenzator C3 se puni na napon od 16,5 volti, što je prag za pokretanje PWM kontrolera. Nakon toga, snaga se uzima iz namota III transformatora kroz ispravljač i filter R9, VD4, C8. Dioda VD1 je neophodna tako da se samo kondenzator C3, ali ne i C8, puni kroz otpornik R7. Treba napomenuti da je namot III spojen na takav način da se napon na njemu uzima u hodu naprijed, a ne unatrag, te stoga ne ovisi o izlaznom naponu jedinice, već ovisi samo o naponu napajanja. Namotaj IV spojen je na isti princip, koji daje snagu povratnom krugu. Budući da su struje u tim krugovima male (ograničene otpornicima R8 i R9), njihovo uključivanje praktički nema utjecaja na rad kruga.

Frekvencija i maksimalni radni ciklus PWM generatora postavljaju se pomoću kondenzatora C1 i otpornika R1. Dajem približne podatke u dijagramu; možda će te elemente morati odabrati (planirao sam frekvenciju od 100 KHz). Općenito načelo rada PWM generatora je sljedeće: na početku se kondenzator C1 puni kroz otpornik R1 iz referentnog napona mikro kruga (5 volti), a zatim se prazni kroz unutarnji izvor struje. U isto vrijeme, tijekom procesa pražnjenja kondenzatora, izlazni napon mikro kruga je uvijek nizak (tj. Mrtvo vrijeme).

Otpornik R2 proizvodi napon proporcionalan struji kroz sklopku. Kada dosegne 4A (napon 1V na CS ulazu), PWM zatvara tranzistor. Filtar R3C6 dizajniran je za suzbijanje buke povezane s prebacivanjem tranzistora. Otpornik R1 i dioda VD2 dizajnirani su za otvaranje ključa relativno sporo i zatvaranje što je brže moguće.

Dakle, pogledajmo sada dobivanje izlaznog napona. Dok je ključ otvoren struja teče kroz namot I transformatora. U isto vrijeme, napon na diodama VD5-VD6 je obrnut i one su zatvorene. Kada je sklopka zatvorena, napon na namotima I i II naglo mijenja znak, diode se otvaraju i počinju puniti kondenzator linearno opadajućom strujom. Zbog činjenice da se u ovom slučaju napon također uzima iz primarnog namota, uopće nemamo induktivitet rasipanja, a ne trebamo ugraditi prigušivač. Jedini nedostatak ovog sklopa je što izlazni napon ima drugu "zajedničku" žicu i galvanski je povezan s mrežom. Ali za napajanje bljeskalica to nije važno.

TL431A i optički sprežnik 817C imaju stabilizator izlaznog napona, koji se regulira otpornikom R16 od približno 150 do 350 volti. Otpornik R13 je potreban tako da se kondenzator stalno malo prazni i da se PWM kontroler ne isključuje kada se postigne navedeni napon (budući da napaja sebe i povratni krug). Iako, nisam posve siguran da će takvo napajanje raditi pouzdano - treba ga sastaviti i testirati. Alternativno, možete napajati regulator i Povratne informacije iz zasebnog izvora napajanja na transformatoru, ali to će povećati dimenzije strukture.

Kao što sam ranije rekao, približni podaci transformatora - namoti I i II su po 500 μH, namoti III i IV - takvi su da se na njima generiraju potrebni naponi tijekom vožnje naprijed (oko 16 V, odnosno 12 V). Transformator mora izdržati struju od 4A u primarnom namotu bez zasićenja. U načelu, struja može biti drugačija - to će promijeniti samo snagu jedinice i brzinu punjenja kondenzatora (samo R2 mora biti odabran za najveću dopuštenu struju namota).

Strukturno, to je "sendvič" od dva vodiča i dielektrika, koji može biti vakuum, plin, tekućina, organska ili anorganska kruta tvar. Prve domaće kondenzatore (staklene posude sa sačmom, prekrivene folijom) izradili su 1752. M. Lomonosov i G. Richter.

Kondenzator je star već više od 250 godina, ali niti ne pomišlja zastarjeti. Osim toga, 1 kg “običnih kondenzatora” pohranjuje manje energije od kilograma baterija ili gorivih ćelija, ali ju je sposoban osloboditi brže nego oni, dok razvijaju više snage. — Kad se kondenzator brzo isprazni, može se dobiti puls velike snage, na primjer, u fotobljeskovima, laserima s optičkim pumpanjem i sudaračima. Kondenzatori postoje u gotovo svakom uređaju, pa ako nemate nove kondenzatore, možete ih ukloniti odatle radi eksperimenata.

Budući da je sposobnost nakupljanja naboja na elektrodi ograničena njihovim međusobnim odbijanjem, njihov prijenos na elektrodu ne može biti beskonačan. Kao i svaki uređaj za pohranu podataka, kondenzator ima vrlo specifičan kapacitet. Tako se zove - električni kapacitet. Mjeri se u faradima i za ravni kondenzator s pločama površine S(svaki), koji se nalaze na udaljenosti d, kapacitet je Sε 0 ε/d(na S>> d), Gdje ε – relativna dielektrična konstanta, i ε 0 =8,85418781762039 * 10 -12 .

Kapacitet kondenzatora također je jednak q/U, Gdje q– naboj pozitivne ploče, U— napetost između ploča. Kapacitet ovisi o geometriji kondenzatora i dielektričnoj konstanti dielektrika, a ne ovisi o naboju ploča.

U tom se slučaju različiti procesi polarizacije odvijaju različitim brzinama. Jedna stvar je pomicanje elektronskih ljuski, koja se događa gotovo trenutno, druga stvar je rotacija molekula, posebno velikih, a treća je migracija slobodnih naboja. Posljednja dva procesa očito ovise o temperaturi, au tekućinama se odvijaju mnogo brže nego u čvrstim tvarima. Ako se dielektrik zagrijava, rotacija dipola i migracija naboja će se ubrzati. Ako je polje isključeno, ni depolarizacija dielektrika se ne događa trenutno. Ostaje polariziran neko vrijeme dok toplinsko gibanje ne rasprši molekule u njihovo izvorno kaotično stanje. Stoga su za kondenzatore kod kojih se polaritet mijenja na visokim frekvencijama prikladni samo nepolarni dielektrici: fluoroplastični, polipropilen.

Provjerimo ovaj fenomen - povećanje napona kada se kondenzator rasteže - eksperimentalno. Napisao sam jednostavan program u Visual Basicu za primanje podataka s našeg PMK018 kontrolera i njihovo prikazivanje na ekranu. Općenito, uzimamo dvije ploče od tekstolita veličine 200x150 mm, prekrivene s jedne strane folijom, i lemimo žice koje idu do mjernog modula. Zatim na jedan od njih stavimo dielektrik - list papira i pokrijemo ga drugom pločom. Ploče ne prianjaju čvrsto, pa ćemo ih pritisnuti na vrhu tijelom olovke (ako pritisnete rukom, možete stvoriti smetnje).

Mjerni krug je jednostavan: potenciometar R1 postavlja napon (u našem slučaju to je 3 volta) koji se dovodi na kondenzator, a tipka S1 služi za napajanje kondenzatora ili ne.

Kondenzator kao spremište energije

Vrlo je lako provjeriti da je energija pohranjena u najmanjem kondenzatoru. Da bismo to učinili, potrebna nam je prozirna crvena LED dioda i izvor konstantne struje (9-voltna baterija će poslužiti, ali ako nazivni napon kondenzatora dopušta, bolje je uzeti veću). Eksperiment se sastoji od punjenja kondenzatora, zatim spajanja LED diode na njega (ne zaboravite na polaritet) i gledanja kako trepće. U mračnoj sobi bljesak je vidljiv čak i iz kondenzatora od desetaka pikofarada. Nekoliko stotina milijuna elektrona emitira sto milijuna fotona. No, to nije granica, jer ljudsko oko može primijetiti puno slabiju svjetlost. Jednostavno nisam našao manje kapacitivne kondenzatore. Ako broj ide na tisuće mikrofarada, poštedite LED diodu i umjesto toga kratko spojite kondenzator s metalnim predmetom kako biste vidjeli iskru - očigledan pokazatelj prisutnosti energije u kondenzatoru.

Kondenzator se također koristi za pohranjivanje "gotovo vječne" energije generirane podrhtavanjem, vibracijama, zvukom, otkrivanjem radio valova ili zračenjem električne mreže. Malo po malo, akumulirana energija iz tako slabih izvora tijekom vremena omogućuje bežičnim senzorima i drugim elektroničkim uređajima da rade neko vrijeme. Ovaj princip je osnova vječne “prstne” baterije za uređaje sa skromnom potrošnjom energije (poput TV daljinskih upravljača). Njegovo tijelo sadrži kondenzator kapaciteta 500 milifarada i generator koji ga napaja oscilacijama na frekvenciji od 4-8 herca sa slobodnom snagom od 10 do 180 milivata. Razvijaju se generatori temeljeni na piezoelektričnim nanožicama koji su sposobni usmjeriti energiju tako slabih vibracija kao što su otkucaji srca, udar potplata cipela o tlo i vibracije tehničke opreme u kondenzator.

Drugi izvor slobodne energije je inhibicija. Obično, kada vozilo koči, energija se pretvara u toplinu, ali se može pohraniti i koristiti tijekom ubrzavanja. Ovaj problem posebno je akutan za javni prijevoz koji usporava i ubrzava pri svakom zaustavljanju, što dovodi do značajne potrošnje goriva i zagađenja zraka emisijom ispušnih plinova. U regiji Saratov 2010. godine tvrtka Elton stvorila je Ecobus - eksperimentalni minibus s neobičnim elektromotorima na kotačima i superkondenzatorima - uređajima za pohranu energije kočenja koji smanjuju potrošnju energije za 40%. Koristi materijale razvijene u projektu Energia-Buran, posebice karbonsku foliju. Općenito, zahvaljujući znanstvenoj školi stvorenoj još u SSSR-u, Rusija je jedan od svjetskih lidera u razvoju i proizvodnji elektrokemijskih kondenzatora. Na primjer, proizvodi Elton izvoze se u inozemstvo od 1998. godine, a nedavno je počela proizvodnja ovih proizvoda u SAD-u prema licenci ruske tvrtke.

Kapacitet jednog modernog kondenzatora (2 farada, fotografija lijevo) tisućama je puta veći od kapaciteta cijelog svijeta. Sposobni su pohraniti električni naboj od 40 kulona!

Ali ova sovjetska "djedova škrinja" za elektrone (slika desno) nije toliko prostrana, ali može izdržati napon od 40 000 volti (obratite pažnju na porculanske čaše koje štite sve te volte od kvara na tijelu kondenzatora). Ovo je vrlo zgodno za "elektromagnetsku bombu", u kojoj se kondenzator ispušta na bakrenu cijev, koja je u istom trenutku izvana komprimirana eksplozijom. Rezultat je vrlo snažan elektromagnetski puls koji onesposobljava radio opremu. Usput, tijekom nuklearne eksplozije, za razliku od normalne, oslobađa se i elektromagnetski impuls, što još jednom naglašava sličnost jezgre urana s kondenzatorom. Usput, takav se kondenzator može izravno puniti statičkim elektricitetom iz češlja, ali će naravno trebati puno vremena da se napuni do punog napona. Ali bit će moguće ponoviti van Musschenbroeckovo tužno iskustvo u vrlo otežanoj verziji.

Općenito, očito je da je svaki kondenzator s kapacitetom ne većim od 100 nf prikladan za ovaj eksperiment. Možete i više, ali ćete ga morati dugo puniti da biste dobili dovoljan napon za LED. Ali ako su struje curenja u kondenzatoru male, LED će gorjeti duže. Možda razmislite o tome da na ovom principu napravite uređaj za punjenje mobitela trljanjem o kosu tijekom razgovora :)

Izvrstan visokonaponski kondenzator je odvijač. U ovom slučaju, njegova drška služi kao dielektrik, a metalna šipka i ljudska ruka služe kao ploče. Znamo da nalivpero protrljano o kosu privlači komadiće papira. Protrljate li odvijač po kosi, neće biti ništa - metal nema sposobnost oduzimati elektrone proteinima - nije privlačio papiriće, i nije. Ali ako ga, kao u prethodnom pokusu, protrljate napunjenim nalivperom, odvijač se zbog malog kapaciteta brzo puni do visokog napona i počinju se privlačiti papirići.

Međutim, zašto takve poteškoće - postoji video snimanje. Prikazuje da LED svijetli prilično jako:

Kada se kondenzatori pune do visokih napona, rubni efekt počinje igrati ulogu, koja se sastoji od sljedećeg. Ako se dielektrik stavi u zrak između ploča i na njih se dovodi postupno rastući napon, tada se pri određenoj vrijednosti napona na rubu ploče javlja tiho pražnjenje, koje se može detektirati karakterističnim šumom i sjajem u mraku. Veličina kritičnog napona ovisi o debljini ploče, oštrini ruba, vrsti i debljini dielektrika itd. Što je dielektrik deblji, to je kr. Na primjer, što je veća dielektrična konstanta dielektrika, to je niža. Kako bi se smanjio rubni učinak, rubovi ploče su ugrađeni u dielektrik visoke električne čvrstoće, dielektrična brtva je zadebljana na rubovima, rubovi ploča su zaobljeni, a na površini se stvara zona s postupno opadajućim naponom. rub ploča izradom rubova ploča od materijala visokog otpora, smanjenjem napona po jednom kondenzatoru dijeljenjem na nekoliko serijski spojenih.

Hmm.. ali ako je kapacitet tijela sposobnost akumuliranja naboja, onda je vjerojatno vrlo različit za pozitivne i negativne naboje…. Zamislimo kuglasti kondenzator u vakuumu... Punimo ga negativno iz srca, ne štedeći elektrane i gigavat-sate (to je dobro kod misaonog eksperimenta!)... ali kad-tad će biti toliko viška elektrona na ovoj kugli da će se jednostavno početi raspršivati po cijelom vakuumu, samo da ne budu u takvom elektronegativnom tijesu. Ali to se neće dogoditi s pozitivnim nabojem - elektroni, koliko god ih malo ostalo, neće odletjeti od kristalne rešetke kondenzatora.
Što se događa, pozitivni kapacitet je očito mnogo veći od negativnog? Ne! Jer elektroni zapravo nisu bili tu zbog našeg maženja, već zbog povezivanja atoma, a bez ikakvog primjetnog udjela istih, Coulombovsko odbijanje pozitivnih iona kristalne rešetke začas bi i najblindiraniji kondenzator razbilo u prah :)

U stvari, bez sekundarne ploče, kapacitet "usamljenih polovica" kondenzatora je vrlo mali: električni kapacitet jednog komada žice promjera 2 mm i duljine 1 m je približno 10 pF, a cijeli globus je 700 μF.

Moguće je konstruirati apsolutni standard kapaciteta izračunavanjem njegovog kapaciteta pomoću fizikalnih formula temeljenih na preciznim mjerenjima dimenzija ploča. Tako se izrađuju najprecizniji kondenzatori kod nas koji se nalaze na dva mjesta. Državni standard GET 107-77 nalazi se u Saveznom državnom jedinstvenom poduzeću SNIIM i sastoji se od 4 nepodržana koaksijalno-cilindrična kondenzatora, čiji se kapacitet izračunava s visokom točnošću pomoću brzine svjetlosti i jedinica duljine i frekvencije, kao i visokofrekventni kapacitivni komparator, koji vam omogućuje usporedbu kapaciteta kondenzatora donesenih na provjeru sa standardom (10 pf) s pogreškom manjom od 0,01% u frekvencijskom rasponu 1-100 MHz (fotografija s lijeve strane).

Standard GET 25-79 (fotografija desno), koji se nalazi u Saveznom državnom jedinstvenom poduzeću VNIIM nazvanom po. DI. Mendeleev sadrži računski kondenzator i interferometar u vakuumskom bloku, kapacitivni transformatorski most zajedno s mjeračima kapaciteta i termostatom te izvore zračenja sa stabiliziranom valnom duljinom. Norma se temelji na metodi za određivanje prirasta u kapacitetu sustava križnih elektroda projektiranog kondenzatora kada se duljina elektroda mijenja za zadani broj valnih duljina visoko stabilnog svjetlosnog zračenja. To osigurava da se precizna vrijednost kapacitivnosti od 0,2 pF održava s točnošću boljom od 0,00005%

Ali na radio tržnici u Mitinu bilo mi je teško pronaći kondenzator s točnošću višom od 5% 🙁 Pa, pokušajmo izračunati kapacitet pomoću formula na temelju mjerenja napona i vremena putem našeg omiljenog PMK018. Kapacitet ćemo izračunati na dva načina. Prva metoda temelji se na svojstvima eksponencijala i omjera napona na kondenzatoru, mjerenih u različitim trenucima pražnjenja. Drugi je mjerenje naboja koji ispušta kondenzator tijekom pražnjenja; dobiva se integracijom struje tijekom vremena. Područje ograničeno strujnim grafikonom i koordinatnim osima brojčano je jednako naboju kondenzatora. Za ove izračune morate točno znati otpor kruga kroz koji se kondenzator prazni. Postavio sam ovaj otpor s preciznim otpornikom od 10 kOhm iz elektroničkog kompleta.

A evo i rezultata eksperimenta. Obratite pozornost na to kako je izlagač ispao lijep i gladak. Nije matematički izračunato računalom, već izravno izmjereno iz same prirode. Zahvaljujući koordinatnoj mreži na ekranu, jasno je da je svojstvo eksponencijala precizno uočeno - u jednakim vremenskim intervalima opada za jednak broj puta (čak sam to mjerio ravnalom na ekranu :) Dakle, vidimo da fizičke formule sasvim adekvatno odražavaju stvarnost oko nas.

Kao što vidite, izmjerena i izračunata kapacitivnost približno se podudara s nominalnom (i s očitanjima kineskih multimetara), ali ne točno. Šteta je što ne postoji standard koji bi odredio što je od toga točno! Ako netko zna standardni spremnik koji je jeftin ili dostupan kod kuće, svakako napišite o tome ovdje u komentarima.

U energetskoj elektrotehnici, prvi u svijetu koji je upotrijebio kondenzator bio je Pavel Nikolajevič Jabločkov 1877. godine. On je pojednostavio i ujedno poboljšao Lomonosovljeve kondenzatore, zamijenivši sačmu i foliju tekućinom, a baterije spojivši paralelno. Vlasnik je ne samo izuma inovativnih lučnih žarulja koje su osvojile Europu, već i niza patenata vezanih uz kondenzatore. Pokušajmo sastaviti Yablochkov kondenzator koristeći slanu vodu kao vodljivu tekućinu i staklenu teglu povrća kao teglu. Rezultirajući kapacitet bio je 0,442 nf. Ako staklenku zamijenimo plastičnom vrećicom, koja ima veću površinu i višestruko manju debljinu, kapacitet će se povećati na 85,7 nf. (Prvo, napunite vrećicu vodom i provjerite postoje li struje curenja!) Kondenzator radi - čak vam omogućuje i treptanje LED diode! Također uspješno obavlja svoje funkcije u elektroničkim krugovima (pokušao sam ga spojiti na generator umjesto običnog kondenzatora - sve radi).

Voda ovdje ima vrlo skromnu ulogu provodnika, a ako imate foliju, možete i bez nje. Slijedeći Yablochkova, učinit ćemo isto. Ovdje je kondenzator od tinjca i bakrene folije kapaciteta 130 pf.

Metalne ploče trebaju prilijegati što je moguće bliže dielektriku, a potrebno je izbjegavati unošenje ljepila između ploče i dielektrika, što će uzrokovati dodatne gubitke na izmjeničnoj struji. Stoga se sada uglavnom metal koristi kao oplata, kemijski ili mehanički nanesena na dielektrik (staklo) ili čvrsto pritisnuta na njega (liskun).

Umjesto tinjca, možete koristiti hrpu različitih dielektrika, što god želite. Mjerenja (za dielektrike jednake debljine) pokazala su da zrak ε najmanji, za fluoroplastiku je veći, za silikon je još veći, a za tinjac je još veći, au olovnom cirkonat titanatu jednostavno je ogroman. Točno tako bi i trebalo biti po znanosti - uostalom, u fluoroplastici su elektroni, reklo bi se, čvrsto vezani za fluorougljikove lance i mogu samo malo skrenuti - elektron nema kamo skočiti s atoma na atom.

Takve pokuse možete sami provesti s tvarima koje imaju različite dielektrične konstante. Što mislite, što ima veću dielektričnu konstantu, destilirana voda ili ulje? Sol ili šećer? Parafin ili sapun? Zašto? Dielektrična konstanta ovisi o puno stvari... o tome bi se mogla napisati cijela knjiga.

To je sve? 🙁

Ne, ne sve! Za tjedan dana slijedi nastavak! 🙂