Elektrisko traumu saņemšana no atlikušā lādiņa. Eksperimenti ar kondensatoriem Kondensatora uzlāde ar impulsa strāvu

Mēs nesen tikām galā ar , tagad ķersimies pie tā kondensatori.

Kondensators- ir ierīce elektriskā lauka lādiņa un enerģijas uzglabāšanai. Strukturāli tā ir divu vadītāju un dielektriķa “sviestmaize”, kas var būt vakuums, gāze, šķidrums, organiska vai neorganiska cieta viela. Pirmos sadzīves kondensatorus (stikla burkas ar skrotis, pārklāti ar foliju) 1752. gadā izgatavoja M. Lomonosovs un G. Ričmans.

Kas varētu būt interesants kondensatorā? Sākot strādāt pie šī raksta, izdomāju, ka varētu apkopot un īsi izklāstīt visu par šo primitīvo daļu. Taču, iepazīstot kondensatoru, pārsteigts sapratu, ka nespēju izstāstīt pat simto daļu no visiem tajā slēptajiem noslēpumiem un brīnumiem...

Kondensators jau ir vairāk nekā 250 gadus vecs, bet tas pat nedomā novecot.. Turklāt 1 kg "parasto vienkārši kondensatoru" uzglabā mazāk enerģijas nekā kilograms akumulatoru vai kurināmā elementu, bet ir spējīgs to atbrīvot ātrāk nekā viņi dara, vienlaikus attīstot lielāku jaudu. - Kondensatoram ātri izlādējoties, var iegūt lielas jaudas impulsu, piemēram, fotozibspuldzēs, optiski sūknējamos impulsu lāzeros un kolideros. Gandrīz jebkurā ierīcē ir kondensatori, tāpēc, ja jums nav jaunu kondensatoru, varat tos noņemt no turienes eksperimentu veikšanai.

Kondensatora lādiņš ir vienas tās plāksnes lādiņa absolūtā vērtība. To mēra kulonos un ir proporcionāls papildu (-) vai trūkstošo (+) elektronu skaitam. Lai savāktu 1 kulona lādiņu, jums būs nepieciešami 6241509647120420000 elektroni. Apmēram tikpat daudz to ir sērkociņa galviņas lieluma ūdeņraža burbulī.

Tā kā spēju uzkrāt lādiņus pie elektroda ierobežo to savstarpējā atgrūšanās, to pārnešana uz elektrodu nevar būt bezgalīga. Tāpat kā jebkurai atmiņas ierīcei, kondensatoram ir ļoti specifiska jauda. Tā to sauc - elektriskā kapacitāte. To mēra farādos un plakanam kondensatoram ar laukuma plāksnēm S(katrs), kas atrodas attālumā d, jauda irSε 0 ε / d (pieS >> d), Kur ε - relatīvā dielektriskā konstante unε 0 =8,85418781762039 * 10 -12 .

Kondensatora kapacitāte arī ir vienāda ar q/U, Kur q- pozitīvās plāksnes lādiņš, U- spriegums starp plāksnēm. Kapacitāte ir atkarīga no kondensatora ģeometrijas un dielektriķa dielektriskās konstantes un nav atkarīga no plākšņu lādiņa.

Uzlādētā vadītājā lādiņi cenšas izkliedēties viens no otra, cik vien iespējams, un tāpēc atrodas nevis kondensatora biezumā, bet gan metāla virsmas slānī, kā benzīna plēve uz ūdens virsmas. Ja divi vadītāji veido kondensatoru, tad šie liekie lādiņi sakrājas viens pret otru. Tāpēc gandrīz viss kondensatora elektriskais lauks ir koncentrēts starp tā plāksnēm.

Uz katras plāksnes maksas tiek sadalītas tā, lai būtu prom no kaimiņiem. Un tie atrodas diezgan plaši: gaisa kondensatorā ar attālumu starp plāksnēm 1 mm, uzlādēts līdz 120 V, vidējais attālums starp elektroniem ir vairāk nekā 400 nanometri, kas ir tūkstošiem reižu lielāks nekā attālums starp atomiem ( 0,1-0,3 nm), un Tas nozīmē, ka miljoniem virsmas atomu ir tikai viens papildu (vai trūkst) elektrons.

Ja samazināt attālumu starp plāksnēm, tad pieaugs pievilcības spēki, un pie tāda paša sprieguma lādiņi uz plāksnēm varēs ciešāk “satikt”. Jauda palielināsies kondensators. Tā rīkojās nenojaušais Leidenes universitātes profesors van Musšenbruks. Viņš nomainīja pasaulē pirmā kondensatora (vācu priesteris fon Kleists 1745. gadā) biezu sienu pudeli ar plānu stikla burku. Viņš to uzlādēja un pieskārās, un, pēc divām dienām pamostoties, viņš teica, ka nepiekritīs eksperimentu atkārtot, pat ja viņi par to apsolītu Francijas karalistei.

Ja starp plāksnēm ievietojat dielektriķi, tie to polarizēs, tas ir, piesaistīs pretējos lādiņus, no kuriem tas sastāv. Tam būs tāds pats efekts kā tad, ja plāksnes tiktu pietuvinātas. Dielektriķi ar augstu relatīvo dielektrisko konstanti var uzskatīt par labu elektriskā lauka transportētāju. Bet neviens konveijers nav ideāls, tāpēc, lai arī kādu brīnišķīgu dielektriķi mēs pievienotu virsū esošajam, kondensatora kapacitāte tikai samazināsies. Jūs varat palielināt kapacitāti tikai tad, ja pievienojat dielektrisku (vai vēl labāk, vadītāju) tā vietā jau esošs, bet ar mazāku ε.

Dielektriķos gandrīz nav bezmaksas maksas. Tie visi ir fiksēti vai nu kristāla režģī, vai molekulās - polāri (attēlo dipolus) vai nē. Ja ārējā lauka nav, dielektriķis ir nepolarizēts, dipoli un brīvie lādiņi ir izkliedēti haotiski un dielektriķim nav sava lauka. elektriskajā laukā tas ir polarizēts: dipoli ir orientēti gar lauku. Tā kā ir daudz molekulāro dipolu, kad tie ir orientēti, blakus esošo dipolu plusi un mīnusi dielektriķa iekšpusē kompensē viens otru. Nekompensēti paliek tikai virsmas lādiņi - uz vienas virsmas - viena, uz otras - cita. Bezmaksas maksas ārējā laukā arī dreifē un atsevišķi.

Šajā gadījumā notiek dažādi polarizācijas procesi ar dažādos ātrumos. Viena lieta ir elektronu čaulu pārvietošanās, kas notiek gandrīz acumirklī, cita lieta ir molekulu, īpaši lielu, rotācija, un trešā ir brīvo lādiņu migrācija. Pēdējie divi procesi acīmredzami ir atkarīgi no temperatūras, un šķidrumos tie notiek daudz ātrāk nekā cietās vielās. Ja dielektriķis tiek uzkarsēts, dipola rotācijas un lādiņu migrācija paātrinās. Ja lauks ir izslēgts, arī dielektriķa depolarizācija nenotiek uzreiz. Tas kādu laiku paliek polarizēts, līdz termiskā kustība izkliedē molekulas to sākotnējā haotiskajā stāvoklī. Tāpēc kondensatoriem, kuru polaritāte tiek pārslēgta augstās frekvencēs, ir piemēroti tikai nepolārie dielektriķi: fluoroplasts, polipropilēns.

Ja izjauksit uzlādētu kondensatoru un pēc tam saliksiet to no jauna (ar plastmasas pinceti), enerģija nekur nepazudīs, un gaismas diode varēs mirgot. Tas pat mirgos, ja pievienosit to kondensatoram izjauktā stāvoklī. Tas ir saprotams - demontāžas laikā lādiņš no plāksnēm nepazuda, un spriegums pat palielinājās, jo jauda samazinājās, un tagad plāksnes burtiski pārsprāgst no lādiņiem. Pagaidiet, kā šī spriedze pieauga, jo tad palielināsies arī enerģija? Tieši tā, mēs piešķīrām sistēmai mehānisko enerģiju, pārvarot plākšņu Kulona pievilcību. Faktiski tas ir elektrifikācijas triks ar berzi - piesaistīt elektronus attālumā, kas atbilst atomu izmēram, un vilkt tos makroskopiskā attālumā, tādējādi palielinot spriegumu no vairākiem voltiem (un tas ir spriegums ķīmiskajās saitēs) līdz desmitiem un simtiem tūkstošu voltu. Tagad ir skaidrs, kāpēc sintētiskā jaka nerada elektriskās strāvas triecienu, kad to valkā, bet tikai tad, kad to novelk? Pagaidiet, kāpēc ne miljardiem? Decimetrs ir miljards reižu lielāks par angstremu, uz kura mēs izrāvām elektronus? Jā, jo lādiņa pārvietošanas darbs elektriskajā laukā ir vienāds ar Eq integrāli virs d, un šis pats E kvadrātiski vājinās līdz ar attālumu. Un, ja uz visa decimetra starp apvalku un degunu būtu tāds pats lauks kā molekulu iekšpusē, tad uz deguna noklikšķinātu miljards voltu.

Eksperimentāli pārbaudīsim šo parādību - sprieguma pieaugumu, kad kondensators ir izstiepts. Es uzrakstīju vienkāršu programmuVizuāls Pamata lai saņemtu datus no mūsu kontroliera PMK018un parādot tos ekrānā. Kopumā ņemam divas 200x150 mm tekstolīta plāksnes, kas no vienas puses pārklātas ar foliju, un pielodējam vadus, kas iet uz mērīšanas moduli. Tad uz vienas no tām uzliekam dielektriķi - papīra lapu un pārklājam ar otru plāksni. Plāksnes neguļ cieši, tāpēc ar pildspalvas korpusu uzspiedīsim tām virsū (ja nospiežat ar roku, var radīt traucējumus).

Mērīšanas shēma ir vienkārša: potenciometrsR1 iestata spriegumu (mūsu gadījumā tas ir 3 volti), kas tiek pievadīts kondensatoram, un pogaS1 kalpo, lai to piegādātu kondensatoram, vai nepiegādā to.

Tātad, nospiediet un atlaidiet pogu - mēs redzēsim diagrammu, kas parādīta kreisajā pusē. Kondensators ātri izlādējas caur osciloskopa ieeju. Tagad mēģināsim atbrīvot spiedienu uz plāksnēm izlādes laikā - grafikā redzēsim sprieguma maksimumu (pa labi). Tas ir tieši vēlamais efekts. Tajā pašā laikā attālums starp kondensatora plāksnēm palielinās, kapacitāte samazinās, un tāpēc kondensators sāk izlādēties vēl ātrāk.

Šeit es nopietni domāju... Šķiet, ka esam uz lieliska izgudrojuma robežas... Galu galā, ja, pārvietojot plāksnes atsevišķi, spriegums uz tām palielinās, bet lādiņš paliek nemainīgs, tad var ņemt divas kondensatori, uz kuriem jūs atspiežat uz tiem esošās plāksnes, un maksimālās izplešanās punktā pārsūtiet lādiņu uz stacionāru kondensatoru. Pēc tam atgrieziet plāksnes savās vietās un atkārtojiet to pašu apgrieztā secībā, pārvietojot otru kondensatoru. Teorētiski spriegums uz abiem kondensatoriem ar katru ciklu palielināsies par noteiktu skaitu reižu. Lieliska ideja elektroenerģijas ģeneratoram! Būs iespējams izveidot jaunus vējdzirnavu, turbīnu un visu to dizainus! Tātad, lieliski... ērtības labad varat to visu novietot uz diviem diskiem, kas rotē pretējos virzienos.... ak, kas tas ir... uh, šī ir skolas elektriskā mašīna! :(

Tas neiesakņojās kā ģenerators, jo ir neērti rīkoties ar šādiem spriegumiem. Bet nanomērogā viss var mainīties. Magnētiskās parādības nanostruktūrās ir daudzkārt vājākas nekā elektriskās, un tur esošie elektriskie lauki, kā jau redzējām, ir milzīgi, tāpēc molekulārā elektroforiskā iekārta var kļūt ļoti populāra.

Kondensators kā enerģijas krātuve

Ir ļoti viegli pārliecināties, ka enerģija tiek uzkrāta mazākajā kondensatorā. Lai to izdarītu, mums ir nepieciešama caurspīdīga sarkana gaismas diode un pastāvīgas strāvas avots (derēs 9 voltu akumulators, bet, ja kondensatora nominālais spriegums atļauj, labāk ir ņemt lielāku). Eksperiments sastāv no kondensatora uzlādes un pēc tam LED pievienošanas tam (neaizmirstiet par polaritāti) un skatīties, kā tas mirgo. IN tumša istaba zibspuldze ir redzama pat no desmitiem pikofaradu kondensatoriem. Daži simti miljoni elektronu izstaro simts miljonus fotonu. Tomēr tas nav ierobežojums, jo cilvēka acs spēj pamanīt daudz vājāku gaismu. Es vienkārši neesmu atradis mazāk kapacitatīvus kondensatorus. Ja skaitīšana attiecas uz tūkstošiem mikrofaradu, saudzējiet LED un tā vietā saīsiniet kondensatoru ar metāla priekšmetu, lai redzētu dzirksteli - acīmredzami pierādījumi par enerģijas klātbūtni kondensatorā.

Uzlādēta kondensatora enerģija daudzējādā ziņā darbojas kā potenciālā mehāniskā enerģija - saspiestas atsperes, augstumā pacelta svara vai ūdens tvertnes enerģija (un induktora enerģija, gluži pretēji, ir līdzīga kinētiskajai enerģijai ). Kondensatora spēja uzkrāt enerģiju jau sen tiek izmantota, lai nodrošinātu nepārtrauktu ierīču darbību īslaicīgu barošanas sprieguma kritumu laikā - no pulksteņiem līdz tramvajiem.

Kondensators tiek izmantots arī, lai uzglabātu "gandrīz mūžīgu" enerģiju, ko rada kratīšana, vibrācija, skaņa, radioviļņu vai elektrotīkla starojuma noteikšana. Pamazām no tik vājiem avotiem laika gaitā uzkrātā enerģija ļauj kādu laiku darboties bezvadu sensoriem un citām elektroniskām ierīcēm. Šis princips ir mūžīgā “pirksta tipa” akumulatora pamatā ierīcēm ar nelielu enerģijas patēriņu (piemēram, televizora tālvadības pultīm). Tās korpusā ir kondensators ar 500 milifaradu jaudu un ģenerators, kas to baro ar svārstībām ar frekvenci 4-8 herci ar brīvu jaudu no 10 līdz 180 milivatiem. Tiek izstrādāti uz pjezoelektriskiem nanovadiem balstīti ģeneratori, kas spēj kondensatorā novirzīt tādu vāju vibrāciju enerģiju kā sirdspuksti, apavu zolīšu atsitiens pret zemi, tehniskā aprīkojuma vibrācijas.

Vēl viens brīvās enerģijas avots ir inhibīcija. Parasti, transportlīdzeklim bremzējot, enerģija pārvēršas siltumā, bet to var uzkrāt un pēc tam izmantot paātrinājuma laikā. Īpaši aktuāla šī problēma ir sabiedriskajam transportam, kas katrā pieturā palēninās un paātrinās, kas rada ievērojamu degvielas patēriņu un gaisa piesārņojumu no izplūdes gāzēm. 2010. gadā Saratovas apgabalā uzņēmums Elton radīja Ecobus - eksperimentālu mikroautobusu ar neparastiem motorriteņu elektromotoriem un superkondensatoriem - bremzēšanas enerģijas uzkrāšanas ierīcēm, samazinot enerģijas patēriņu par 40%. Tajā izmantoti materiāli, kas izstrādāti projektā Energia-Buran, jo īpaši oglekļa folija. Kopumā, pateicoties PSRS izveidotajai zinātniskajai skolai, Krievija ir viena no pasaules līderēm elektroķīmisko kondensatoru izstrādē un ražošanā. Piemēram, Elton produkcija uz ārzemēm tiek eksportēta kopš 1998. gada, un nesen šo produkciju sāka ražot ASV pēc Krievijas uzņēmuma licences.

Viena mūsdienu kondensatora jauda (2 faradi, foto pa kreisi) ir tūkstošiem reižu lielāka nekā visas zemeslodes kapacitāte. Viņi spēj uzglabāt elektriskais lādiņš pie 40 Kulons!

Tos parasti izmanto automašīnu audio sistēmās, lai samazinātu maksimālo slodzi uz automašīnas elektroinstalāciju (spēcīgu basu triecienu brīžos) un, pateicoties kondensatora milzīgajai kapacitātei, nomāktu visus augstfrekvences traucējumus ieslēgšanas sistēmā. - dēļu tīkls.

Bet šī padomju “vectēva lāde” elektroniem (foto labajā pusē) nav tik ietilpīga, bet var izturēt 40 000 voltu spriegumu (ņemiet vērā porcelāna krūzes, kas aizsargā visus šos voltus no kondensatora korpusa sabrukšanas). Tas ir ļoti ērti “elektromagnētiskai bumbai”, kurā kondensators tiek izlādēts uz vara caurules, kuru tajā pašā brīdī no ārpuses saspiež sprādziens. Tas izrādās ļoti spēcīgs elektromagnētiskais impulss, radioiekārtu atspējošana. Starp citu, kodolsprādziena laikā, atšķirībā no parastā, izdalās arī elektromagnētiskais impulss, kas vēlreiz uzsver urāna kodola līdzību kondensatoram. Starp citu, šādu kondensatoru var tieši uzlādēt ar statisko elektrību no ķemmes, taču, protams, tas prasīs ilgu laiku, lai uzlādētu līdz pilnam spriegumam. Taču van Musšenbruka bēdīgo pieredzi būs iespējams atkārtot ļoti saasinātā versijā.

Ja vienkārši berzējat matus ar pildspalvu (ķemmi, balonu, sintētisko apakšveļu utt.), LED neiedegsies. Tas ir tāpēc, ka liekie (no matiem iegūtie) elektroni ir gūstā, katrs savā plastmasas virsmas punktā. Līdz ar to, pat ja ar LED izvadi trāpīsim kādam elektronam, citi nespēs aizsteigties pēc tā un radīt nepieciešamo strāvu, lai gaismas diode ar neapbruņotu aci manāmi spīdētu. Cits jautājums ir, ja pārsūtāt lādiņu no pildspalvas uz kondensatoru. Lai to izdarītu, paņemiet kondensatoru aiz viena spailes un pēc kārtas berziet pildspalvu, vispirms uz matiem, pēc tam uz kondensatora brīvo spaili. Kāpēc berzēt? Lai maksimāli palielinātu elektronu ražu no visas pildspalvas virsmas! Atkārtosim šo ciklu vairākas reizes un pievienosim kondensatoram LED. Tas mirgos un tikai tad, ja tiks ievērota polaritāte. Tātad kondensators kļuva par tiltu starp “statiskās” un “parastās” elektrības pasauli :)

Es šim eksperimentam paņēmu augstsprieguma kondensatoru, baidoties no zemsprieguma sabrukšanas, taču izrādījās, ka tas bija lieks piesardzības pasākums. Ja uzlādes padeve ir ierobežota, spriegums pāri kondensatoram var būt daudz mazāks par strāvas padeves spriegumu. Kondensators var pārveidot augstu spriegumu zemā spriegumā. Piemēram, statiskā augstsprieguma elektrība - parastajā elektrībā. Patiesībā, vai pastāv atšķirība: kondensatora uzlādēšana ar vienu mikrokulonu no avota ar spriegumu 1 V vai 1000 V? Ja šis kondensators ir tik ietilpīgs, ka 1 µC lādiņš uz tā nepalielina spriegumu virs viena volta strāvas avota sprieguma (t.i., tā kapacitāte ir lielāka par 1 µF), tad atšķirības nav. Vienkārši, ja jūs ar spēku neierobežosit kulonus, tad vairāk no tiem vēlēsies darboties no augstas gribas avota. Un kondensatora spailēs izdalītā siltuma jauda būs lielāka (un siltuma daudzums ir vienāds, tas tikai tiks atbrīvots ātrāk, tāpēc jauda ir lielāka).

Kopumā šim eksperimentam acīmredzot ir piemērots jebkurš kondensators, kura jauda nepārsniedz 100 nf. Jūs varat darīt vairāk, taču jums tas būs jāuzlādē ilgu laiku, lai gaismas diodei iegūtu pietiekami daudz sprieguma. Bet, ja kondensatora noplūdes strāvas ir mazas, LED degs ilgāk. Jūs varētu padomāt par uzlādes ierīces izveidi, pamatojoties uz šo principu. Mobilais telefons no berzēšanas gar matiem sarunas laikā :)

Lieliski augstsprieguma kondensators ir skrūvgriezis. Šajā gadījumā tā rokturis kalpo kā dielektriķis, bet metāla stienis un cilvēka roka kalpo kā plāksnes. Mēs zinām, ka tintes pildspalva, kas ierīvēta matos, piesaista papīra lūžņus. Ja berzē matus ar skrūvgriezi, nekas nesanāks - metālam nav spēju atņemt olbaltumvielām elektronus - tas nepievilka papīra gabalus un nepievilka. Bet, ja, tāpat kā iepriekšējā eksperimentā, to berzējat ar uzlādētu tintes pildspalvu, skrūvgriezis tā mazās ietilpības dēļ ātri uzlādējas līdz augstam spriegumam un tam sāk piesaistīt papīra gabaliņus.

Gaismas diode iedegas arī no skrūvgrieža. Īsu viņa zibspuldzes mirkli nav iespējams iemūžināt fotoattēlā. Bet - atcerēsimies eksponenciālā īpašības - zibspuldzes izdzišana ilgst ilgu laiku (pēc kameras slēdža standartiem). Un tā mēs bijām liecinieki unikālai lingvistiski-optiski-matemātikas parādībai: izstādes dalībnieks eksponēja kameras matricu!

Tomēr, kāpēc tādas grūtības - ir video ieraksts. Tas parāda, ka gaismas diode mirgo diezgan spilgti:

Kad kondensatori ir uzlādēti līdz augstsprieguma, savu lomu sāk pildīt malas efekts, kas sastāv no sekojošā. Ja starp plāksnēm gaisā ievieto dielektriķi un tām tiek pielikts pakāpeniski pieaugošs spriegums, tad pie noteiktas sprieguma vērtības plāksnes malā notiek klusa izlāde, kas nosakāma ar raksturīgu troksni un spīdumu tumsā. Kritiskā sprieguma lielums ir atkarīgs no plāksnes biezuma, malas asuma, dielektriķa veida un biezuma utt. Jo biezāks dielektriķis, jo augstāks cr. Piemēram, jo augstāka ir dielektriskā dielektriskā konstante, jo zemāka tā ir. Lai samazinātu malas efektu, plāksnes malas ir iestrādātas dielektrikā ar augstu elektrisko izturību, pie malām ir sabiezināta dielektriskā blīve, noapaļotas plākšņu malas, un tiek izveidota zona ar pakāpeniski krītošu spriegumu. plākšņu malas izgatavojot plākšņu malas no materiāla ar augstu pretestību, samazinot spriegumu uz vienu kondensatoru, sadalot to vairākos virknē savienotos.

Tāpēc elektrostatikas pamatlicējiem patika, ja elektrodu galos ir bumbiņas. Tas, izrādās, nav dizaina iezīme, bet gan veids, kā samazināt lādiņa plūsmu gaisā. Nav kur citur iet. Ja kāda laukuma izliekums uz bumbas virsmas tiek vēl vairāk samazināts, tad blakus esošo apgabalu izliekums neizbēgami palielināsies. Un šeit, acīmredzot, mūsu elektrostatiskajās lietās svarīgs ir nevis vidējais, bet maksimālais virsmas izliekums, kas, protams, bumbai ir minimāls.

Kas notiek, pozitīvā kapacitāte acīmredzami ir daudz lielāka par negatīvo? Nē! Tā kā elektroni patiesībā bija nevis mūsu lutināšanai, bet gan atomu savienošanai, un bez manāmas to daļas, kristāla režģa pozitīvo jonu Kulona atgrūšanās momentā sagrauj visbruņotāko kondensatoru putekļos :)

Faktiski bez sekundārās plāksnes kondensatora “atsevišķo pusīšu” kapacitāte ir ļoti maza: viena stieples gabala, kura diametrs ir 2 mm un garums 1 m, elektriskā kapacitāte ir aptuveni 10 pF, un visa zemeslode ir 700 μF.

Enerģētikas elektrotehnikā pirmais pasaulē, kas izmantoja kondensatoru, bija Pāvels Nikolajevičs Jabločkovs 1877. gadā. Viņš vienkāršoja un vienlaikus uzlaboja Lomonosova kondensatorus, aizstājot skrotis un foliju ar šķidrumu un paralēli savienojot bankas. Viņš ir atbildīgs ne tikai par inovatīvu izgudrojumu loka lampas, kas iekaroja Eiropu, bet arī vairākus patentus, kas saistīti ar kondensatoriem. Mēģināsim salikt Yablochkov kondensatoru, izmantojot sālītu ūdeni kā vadošu šķidrumu un stikla burku ar dārzeņiem kā burku. Iegūtā jauda bija 0,442 nf. Ja burku nomainīsim pret plastmasas maisiņu, kuram ir lielāks laukums un daudzkārt mazāks biezums, ietilpība palielināsies līdz 85,7 nf. (Vispirms piepildiet maisu ar ūdeni un pārbaudiet, vai nav noplūdes strāvas!) Kondensators darbojas - tas pat ļauj mirgot LED! Tā arī veiksmīgi pilda savas funkcijas elektroniskās shēmas

Metāla plāksnēm pēc iespējas ciešāk jāpieguļ dielektriķim, un ir jāizvairās no līmvielas nokļūšanas starp plāksni un dielektriķi, kas radīs papildu zudumus maiņstrāva. Tāpēc tagad galvenokārt metālu izmanto kā apšuvumu, ķīmiski vai mehāniski uzklāj uz dielektriķa (stikla) vai cieši piespiež pie tā (vizla).

Vizlas vietā varat izmantot virkni dažādu dielektriķu, kas jums patīk. Mērījumi (vienāda biezuma dielektriķiem) parādīja, ka gaissε mazākais, fluoroplastam tas ir lielāks, silikonam tas ir vēl lielāks, un vizlai tas ir vēl lielāks, un svina cirkonāta titanātā tas ir vienkārši milzīgs. Tieši tā tam vajadzētu būt saskaņā ar zinātni - galu galā fluoroplastikā elektroni, varētu teikt, ir cieši saistīti ar fluoroglekļa ķēdēm un var tikai nedaudz novirzīties - elektronam nav kur pārlēkt no atoma uz atomu.

65 nanometri ir nākamais Zelenogradas rūpnīcas Angstrem-T mērķis, kas izmaksās 300-350 miljonus eiro. Uzņēmums jau ir iesniedzis Vņeekonombank (VEB) pieteikumu preferenciāla aizdevuma saņemšanai ražošanas tehnoloģiju modernizācijai, šonedēļ vēstīja Vedomosti, atsaucoties uz rūpnīcas direktoru padomes priekšsēdētāju Leonīdu Reimani. Tagad Angstrem-T gatavojas palaist ražošanas līniju mikroshēmām ar 90 nm topoloģiju. Maksājumi par iepriekšējo VEB aizdevumu, par kuru tas tika iegādāts, tiks uzsākti 2017. gada vidū.

Pekina sagrauj Volstrītu

Galvenie Amerikas indeksi Jaunā gada pirmās dienas atzīmēja ar rekordlielu kritumu; miljardieris Džordžs Soross jau brīdinājis, ka pasaule saskaras ar 2008. gada krīzes atkārtošanos.

Pirmais Krievijas plaša patēriņa procesors Baikal-T1, kura cena ir 60 USD, tiek laists masveida ražošanā

Uzņēmums Baikal Electronics sola 2016. gada sākumā laist rūpnieciskajā ražošanā Krievijas Baikal-T1 procesoru, kas maksās aptuveni 60 USD. Ierīces būs pieprasītas, ja valdība radīs šo pieprasījumu, norāda tirgus dalībnieki.

MTS un Ericsson kopīgi izstrādās un ieviesīs 5G Krievijā

Mobile TeleSystems PJSC un Ericsson ir noslēguši sadarbības līgumus 5G tehnoloģijas attīstībā un ieviešanā Krievijā. Pilotprojektos, tostarp 2018. gada Pasaules kausa izcīņas laikā, MTS plāno pārbaudīt Zviedrijas pārdevēja attīstību. Nākamā gada sākumā operators sāks dialogu ar Telekomunikāciju un masu komunikāciju ministriju par veidošanu tehniskajām prasībām līdz piektajai mobilo sakaru paaudzei.

Sergejs Čemezovs: Rostec jau ir viena no desmit lielākajām inženierzinātņu korporācijām pasaulē

Rostec vadītājs Sergejs Čemezovs intervijā RBC atbildēja uz aktuāliem jautājumiem: par Platon sistēmu, AVTOVAZ problēmām un perspektīvām, Valsts korporācijas interesēm farmācijas biznesā, runāja par starptautisko sadarbību sankciju kontekstā. spiediens, importa aizstāšana, reorganizācija, attīstības stratēģija un jaunas iespējas grūtos laikos.

Rostec “nožogo sevi” un iejaucas Samsung un General Electric laurus

Rostec padome apstiprināja “Attīstības stratēģiju līdz 2025. gadam”. Galvenie mērķi ir palielināt augsto tehnoloģiju civilo produktu īpatsvaru un panākt General Electric un Samsung galvenajos finanšu rādītājos.

Uzlādes strāva pie 100J un ~1 sek. iedarbinot aukstos kondensatorus (pirmo reizi ieslēdzot) līdz 10 ampēriem pīķa laikā, darbības laikā līdz 6A, un ieslēgšanas brīdī tas ir absolūti briesmīgi - 100 A. Ja veiksmīgi sasniedzat sprieguma maksimumu 310V / 3 omi = 103A.

Tātad, pat pamatojoties uz 6A, mēs iegūstam impulsu slodze tīklā līdzvērtīgs 1-1,5kW - 6A * 220V = 1320W !!

Un tas ir 100 J, un, ja būtu vairāki zibšņi, ja es būtu ložmetējs, es apvainotos par šādu impulsu un pēc pirmās labās zibspuldzes es vairs nedotu strāvu.
Ja mēs ņemam ķēdi ar barošanas bloku bez dubultotāja, tad sākotnējais strāvas pieaugums ir vēl lielāks un ir skaidra asimetrija - tiek izmantots tikai viens puscikls.

No otras puses - 100J lādējot 1 sekundi. līdzvērtīgi 100 vatiem, nu 130 ar visādiem zudumiem - nemaz nav baigā jauda.Ko darīt, ja jūs uzlādējat kondensatoru caur kaut ko līdzīgu jaudas koeficienta korektoram - pastiprinātāja sprieguma pārveidotāju bez kondensatora ieejā?

Strāvas forma būs aptuveni šāda:

Izrādās profils tīkla spriegums, piepildīta ar augstfrekvences strāvas impulsiem.Ja vadības ķēde darbojas izejas strāvas ierobežošanas režīmā un, sasniedzot norādīto spriegumu, pārtrauc uzlādi, mēs saņemsim ātra uzlāde- piemēram, pie 350W - 300J/sek. un vienmērīga jaudas kontrole.
Un mašīna ir laimīga, un uzlādes ķēdes ir salīdzinoši zemas strāvas, un nav lielu karsto rezistoru, un to var darbināt ar pastāvīgu spriegumu, un enerģijas uzraudzība ir laimīga - jaudas koeficients ir kā samovāram. ...

Ir tikai viens BET!Es darīju zibspuldzi GANDRĪZ saskaņā ar iepriekš minēto Valdemāra Šimanska diagrammu.Šeit ir diagramma, kuru izmantoju.

ja neiedziļināties detaļās, tad tikai dzēšanas rezistors tika iestatīts uz 5,1 omi, un dubultotāja kondensatori ir 22 mF, tāpēc 1A drošinātājs dzīvo laimīgi, ja ķēde darbojas pareizi. Un ja nē, tad šis pats drošinātājs ir paredzēts avārijas izslēgšanai.Tātad, vai nu aprēķinos kaut kas nebija kārtībā, vai arī teorija un prakse nesakrīt.

Mikroshēmas un dizaina noņemšana no datu lapas nedarbosies - jums tas jāpielāgo, un sākas dīvaini jautājumi -piemēram, kā ķēde uzvedīsies, kad patiešām liels kondensators? - uzkarsīs līdz lādēs līdz 310V, un tikai tad sāks darboties...

Aprēķinos viss ir kārtībā - pirmkārt, es pieņēmu 100uF uzlādes kondensatoru un 3 Ohm rezistoru, otrkārt drošinātājs ierīce ir diezgan inerciāla un var viegli izturēt īsu impulsu, kas vairākas reizes lielāks par nominālvērtību, un manis pieminētā iekārta reaģē arī uz impulsa pārslodzi, kas ir 5 - 15 reizes lielāka par nominālvērtību (atkarībā no klases).
Reālos apstākļos ar šādu impulsu tīklā gaisma mirgos tikai nedaudz. Piemēram, es skaidri redzu, kā virtuvē ieslēdzas kilovatu elektriskā tējkanna.Šeit jūs vēlētos iegūt elegantu risinājumu bez pārslodzes un apkures.

Viss tāpat kā ar kondensatoru, DAĻĀS.Uzlādes laikā uzkrājas tikai DAĻA, UN MAGNĒTISKAIS LAUKS IR SPOLĒ.

Nav strāvas ierobežojumu avārijas gadījumā...
Vienīgais risinājuma trūkums, atšķirībā no kapacitātes, ir tas, ka pati induktivitāte nevar ierobežot strāvu pēc elektromagnētiskās enerģijas savākšanas un strāva var plūst veltīgi.
Un kondensators neaizņems vairāk, nekā tajā ietilps.Un galu galā straume apstāsies.Un spole arī ir jāizslēdz... Tas ir bīstami un neuzticami...

Ja bez reizinātāja, tad piekrītu - pat ja slēdzis sabojājas, kondensators izdzīvos, bet pie saprātīgām strāvām lādēsies pārāk ilgi, bet ar reizinātāju - ja laicīgi neizslēdz, tad dauzīs.Komutācijas barošanas avoti ir diezgan labi izstrādāti, taču, uzlādējot kondensatoru, iekārta darbosies īssavienojumā - jums tas kaut kā jāņem vērā.

Tātad, ko esmu atklājis līdz šim, ir vispiemērotākā flyback ķēde

Viņai ir izejas spriegums nav atkarīgs no ieejas un arī maz ir atkarīgs no pagriezienu attiecības, un jūs varat viegli uzlādēt kondensatoru uz jebkuru spriegumu. Izrādās, ka pēc taisngrieža nav jāinstalē kondensators un galvenais kondensators tiks uzlādēts ne tikai ar sinusoidālā viļņa virsotnēm, bet gandrīz visu periodu.
Mēs iegūstam pilnīgu galvanisko izolāciju no tīkla, labu jaudas koeficientu (ja bez ieejas kondensatora). Jaudas tranzistors ir nepieciešams diezgan mazai strāvai - 100 J/sek, apmēram 3A (IRF830-IRF840).Teorētiski jūs varat likt tam darboties ar 12 V bez izmaiņām.

No mīnusiem ķēde ir acīmredzami grūtāk aprēķināma (un to nevar izdarīt ar aci) un iestatīšana nekā tiristoru ķēde. Jums ir nepieciešams diezgan augstsprieguma tranzistors - saskaņā ar grāmatām - divreiz lielāka tīkla sprieguma amplitūda + rezerve - apmēram 800-900 V vai vairāk sarežģīta ķēde ar 2 tranzistoriem pie 400V, bet tas tomēr ir lētāks par jaudīgo IGBT un salīdzināms ar tiristoru.
Jāuztin transformators
Ja nevēlaties izolēties no tīkla, tad naudas pārveidotājs izskatās skaisti,
bet tas ir pakāpju un man joprojām neskaidrs jautājums - kas ir ērtāk: 300V un lielāka jauda, vai piemēram 400V-500V ar kondensatoru virknes pieslēgumu?

Ierīce uzlādē no 1300 uF līdz 310 V 2,5-4 sekundēs, atkarībā no bateriju stāvokļa! Zibspuldzes kondensatori ir aizsargāti no pārsprieguma, sliekšņa impulsu aizsardzība strāvas tranzistors strāvai un vēl kaut kas...

Tāds sanāca dežūras komplekts. Jā, tiek saglabāta iespēja uzlādēt no 220 V tīkla. Bet, ja to darbina no ierīces, zibspuldzes enerģija ir gandrīz pusotru reizi lielāka...

Ideja par tīkla lidošanu ir laba, ja ne:

1) IRF840, spriegums būs zems. Vajag 1200v

2) Diode, ja spriegums uz kondensatoriem ir 600--1200V diodevar nepietikt.

3) īpaši ātriem pie šādiem spriegumiem būs 2-3 voltu kritums. Efektivitāte 80-85 nevar būt augstāka.

4) Lai nemocītu sevi, var aptuveni izvērtēt visas ideoloģijas http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps_e/smps_e.html#Aww

5) Runājot par kondensatora uzlādi no tīkla līdz 300 V, tas ir dakša uz ūdens, pieņemsim, ka sinusoidālā viļņa augšdaļa ir nogriezta par 25-30 voltiem. Un ķīniešu testeris tīklā rādīs 220V, bet jūs varat uzlādēt burku līdz 300 voltiem.

6) Enerģiju aprēķina kā spriegumu kvadrātā uz kapacitāti, vienmēr ir izdevīgāk spriegumu palielināt.

7) Uzticams impulsu bloks sarežģītāks un dārgāks nekā tiristoru lādētājs. Ir jēga to izmantot tikai dažos gadījumos:

Uzlāde no akumulatoriem
--- liels ātrums uzlāde ar maziem izmēriem (tas nozīmē ātrumu 600-1000 J/s)
--- Galvaniskā izolācija no tīkla (parasti to atrisina kompetenti projekti)

Jūs būsiet patīkami pārsteigti! Drosele, ar tādu pašu izmēru, ir pusotru reizi jaudīgāka un diodes spriegums nav dubultojies! Bet bez galvaniskās izolācijas jūs kaut kā izdzīvosit! Mēs dzīvojām bez viņas...Jūs strādājat diapazonā no 240 līdz 410 V (pēc tīkla taisngrieža un izlīdzināšanas. Lai izejas spriegums ir 410 V, jums pat nav nepieciešams pastiprināšanas tinums.

Slīpajā tiltā viņi aizmirsa vienu diodi un izejas droseles, bez droseles taustiņiem būtu ļoti grūti.

Vienkāršības ziņā, protams, flyback noteikti ir labāks, detaļu ir minimums, nebaidās no īssavienojumiem utt.

Par ko mēs runājam? Šis un ir flyback 2 taustiņu ķēde.

Bet tad tiek zaudēta galvenā flyback priekšrocība (vienkāršība); jums jāinstalē augšējās puses draiveris vai transformatora draiveris.

Tātad:Zibspuldzes kondensatora uzlādēšanai ir piemērota tikai flyback ķēde, jo tas ir strāvas avots (visi tiešās piedziņas ir sprieguma avoti - un mums jau ir sprieguma avots - 220 voltu tīkls).

Apskatīsim kādu teoriju. Es nedodu diagrammu, visi to ļoti labi zina.

Maksimālo spriegumu uz tranzistora nosaka rektificētā barošanas sprieguma summa un apgrieztais spriegums ieslēgts primārais tinums. Ar barošanu viss ir skaidrs, tas ir 310 volti (plus, mīnus). Primārā tinuma apgrieztais spriegums ir atkarīgs _tikai_ no impulsa vai darba cikla darba cikla! Paskaidrošu - līdzsvara stāvoklī kustībā uz priekšu uzkrātā enerģija ir pilnībā jāpārnes uz slodzi atpakaļgaitā (ja tas viss netiek nodots, tad tā sāk uzkrāties kodolā, mēs sasniedzam strāvas robežu primārā tinuma (un, iespējams, piesātinājuma) un PWM kontrolleris samazina impulsa ilgumu). Atcerēsimies formulu:

U = L(dI/dt)

tie. ja apgrieztā gājiena T ir divreiz lielāks nekā uz priekšu, tad apgrieztā gājiena U būs divas reizes mazāks. PARšeit pie D = 33% mēs iegūstam 155 voltu apgriezto spriegumu. Visi. Tā ir mūsu aprēķinātā vērtība, mēs uz to paļaujamies. TTādējādi, neskaitot noplūdes induktivitātes radīto pārspriegumu, uz slēdža būs tikai 310 + 155 = 465 volti! Pie _jebkura_ izejas sprieguma (izejas spriegums tiek aprēķināts kā N2*155/N1, kur N1 un N2 ir attiecīgi apgriezienu skaits primārajā un sekundārajā tinumā). N1 tiek izvēlēts, pamatojoties uz T virzienu uz priekšu un enerģiju, kas jāpārnes vienā impulsā. N2 ir izvēlēts, lai sasniegtu norādīto maksimālo izejas spriegumu. PARNoplūdes induktivitātes dēļ radās pārsnieguma problēma. Tās amplitūdu nekas neierobežo, un jauda ir atkarīga no strāvas caur primāro tinumu un faktiski no noplūdes induktivitātes. Jūs varat sekot standarta ceļam un uzstādīt snubber, tad visa šī enerģija tiks atbrīvota uz tā rezistora (vai Zener diodes). Nav jāuzstāda snubber, tad enerģija tiks atbrīvota uz slēdža (mosfeti ir diezgan izturīgi pret lavīnu procesiem un ļauj izkliedēt diezgan lielu emisijas jaudu bez atteices vai parametru pasliktināšanās, ko nevar teikt par bipolāriem ).
Bet, mūsu gadījumā, nav nepieciešams atsaistīt zibspuldzi no tīkla, tāpēc varam izveidot impulsa transformatoru autotransformatora formā (vai droseļvārstu ar krānu) un... tad mums nebūs noplūdes induktivitātes. pavisam! Šajā gadījumā atslēgas spriegums vienmēr būs 465 volti! HKas attiecas uz izejas diodes reverso spriegumu, tad jā, tas būs liels un var ievērojami pārsniegt kilovoltu (t.i., spriegumu, kuram ir paredzētas lielākā daļa mūsdienu diožu). bet šeit mēs varam savienot divas diodes virknē un iegūt 2 kilovoltu taisngriezi.

Tātad, mēs esam aprēķinājuši ķēdi maksimālajam izejas spriegumam. kas ar to notiks, ja gribēsim beigt uzlādēt kondensatoru pie divas (piemēram) reizes mazāka sprieguma? bet nekas slikts. sprieguma amplitūda uz atslēgas pat nesasniegs 465 voltus - būs 310 + 155/2 volti.

Galvenā problēma šajā shēmā būs transformatora izgatavošana – pie katra impulsa tam būs jāuzglabā pietiekami liels enerģijas daudzums, lai izejas kondensatoru uzlādētu vajadzīgajā ātrumā. to var izgatavot uz diezgan lielas W formas serdes ar atstarpi vai uz droseļvārsta gredzena ar zemu caurlaidību. parametrus var aprēķināt un/vai izvēlēties eksperimentāli, uztinot tinumu, laižot caur to strāvu un vērojot piesātinājuma momentu. Mmaksimālā strāva caur slēdzi būs vairāk nekā pieticīga - 4-6 ampēri, atkarībā no ķēdes režīma (pārtrauktas vai nepārtrauktas strāvas) un jaudas (es aprēķināju apmēram 300-320 vati).

Es piedāvāju shēmas skici. Shēma ir balstīta uz UC3842 (vai 3844) - lētu PWM kontrolieri (principā shēmu var pielāgot jebkuram citam).

Es īsi pastāstīšu, kā viss darbojas.

Kad pieslēdzat strāvu (ieejas filtru, taisngriezi un kondensatoru atstāju jūsu izvēlei) caur rezistoru R7, kondensators C3 tiek uzlādēts līdz 16,5 voltu spriegumam, kas ir PWM kontrollera palaišanas slieksnis. Pēc tam strāva tiek ņemta no transformatora III tinuma caur taisngriezi un filtru R9, VD4, C8. Diode VD1 ir nepieciešama, lai caur rezistoru R7 tiktu uzlādēts tikai kondensators C3, bet ne C8. Jāņem vērā, ka tinums III ir savienots tā, ka spriegums uz tā tiek ņemts kustībā uz priekšu, nevis atpakaļgaitā, un tādējādi tas nav atkarīgs no iekārtas izejas sprieguma, bet ir atkarīgs tikai no barošanas sprieguma. IV tinums ir savienots, izmantojot to pašu principu, kas nodrošina atgriezeniskās saites ķēdes jaudu. Tā kā strāvas šajās ķēdēs ir mazas (ierobežotas ar rezistori R8 un R9), to iekļaušana praktiski neietekmē ķēdes darbību.

PWM ģeneratora frekvenci un maksimālo darba ciklu nosaka kondensators C1 un rezistors R1. Diagrammā sniedzu aptuvenus datus, iespējams, būs jāizvēlas šie elementi (es plānoju 100 KHz frekvenci). PWM ģeneratora vispārējais darbības princips ir šāds: sākumā kondensators C1 tiek uzlādēts caur rezistoru R1 no mikroshēmas atsauces sprieguma (5 volti), pēc tam izlādējas caur iekšējo strāvas avotu. Tajā pašā laikā kondensatora izlādes procesā mikroshēmas izejas spriegums vienmēr ir zems (t.i., miris laiks).

Rezistors R2 rada spriegumu, kas ir proporcionāls strāvai caur slēdzi. Kad tas sasniedz 4A (spriegums 1V CS ieejā), PWM aizver tranzistoru. R3C6 filtrs ir paredzēts, lai slāpētu troksni, kas saistīts ar tranzistora pārslēgšanu. Rezistors R1 un diode VD2 ir paredzēti, lai atslēgu atvērtu salīdzinoši lēni un aizvērtu to pēc iespējas ātrāk.

Tātad, tagad aplūkosim izejas sprieguma iegūšanu. Kamēr atslēga ir atvērta, strāva plūst caur transformatora tinumu I. Tajā pašā laikā diodēs VD5-VD6 tiek mainīts spriegums un tie ir aizvērti. Kad slēdzis ir aizvērts, I un II tinumu spriegums strauji maina zīmi, diodes atveras un sāk uzlādēt kondensatoru ar lineāri samazinošu strāvu. Sakarā ar to, ka šajā gadījumā spriegums tiek ņemts arī no primārā tinuma, mums vispār nav noplūdes induktivitātes, un mums nav nepieciešams uzstādīt snubber. Vienīgais šīs ķēdes trūkums ir tas, ka izejas spriegumam ir atšķirīgs “kopējais” vads un tas ir galvaniski savienots ar tīklu. Bet zibspuldzes darbināšanai tam nav nozīmes.

TL431A un optrona 817C ir izejas sprieguma stabilizators, kuru regulē rezistors R16 no aptuveni 150 līdz 350 voltiem. Rezistors R13 ir nepieciešams, lai kondensators pastāvīgi nedaudz izlādētos un PWM kontrolleris neizslēgtos, kad tiek sasniegts norādītais spriegums (jo tas baro sevi un atgriezeniskās saites ķēdi). Lai gan es neesmu pilnīgi pārliecināts, ka šāds barošanas avots darbosies droši - tas ir jāsamontē un jāpārbauda. Alternatīvi, jūs varat darbināt kontrolieri un atsauksmes no atsevišķa strāvas avota uz transformatora, taču tas palielinās konstrukcijas izmērus.

Kā jau teicu iepriekš, transformatora aptuvenie dati ir tinumi I un II pa 500 μH katrs, tinumi III un IV - tādi, lai uz tiem tiktu radīts nepieciešamais spriegums, braucot uz priekšu (attiecīgi aptuveni 16 V un 12 V). Transformatoram bez piesātinājuma jāiztur 4A strāva primārajā tinumā. Principā strāva var būt atšķirīga - tas mainīs tikai ierīces jaudu un kondensatora uzlādes ātrumu (maksimālajai pieļaujamajai tinuma strāvai ir jāizvēlas tikai R2).

Strukturāli tā ir divu vadītāju un dielektriķa “sviestmaize”, kas var būt vakuums, gāze, šķidrums, organiska vai neorganiska cieta viela. Pirmos sadzīves kondensatorus (stikla burkas ar skrotis, pārklāti ar foliju) 1752. gadā izgatavoja M. Lomonosovs un G. Rihters.

Kondensators jau ir vairāk nekā 250 gadus vecs, bet tas pat nedomā novecot.. Turklāt 1 kg "parasto vienkārši kondensatoru" uzglabā mazāk enerģijas nekā kilograms akumulatoru vai kurināmā elementu, bet ir spējīgs to atbrīvot ātrāk nekā viņi dara, vienlaikus attīstot lielāku jaudu. — Kondensatoram ātri izlādējoties, var iegūt lielas jaudas impulsu, piemēram, fotozibspuldzēs, optiski sūknējamos impulsu lāzeros un kolideros. Gandrīz jebkurā ierīcē ir kondensatori, tāpēc, ja jums nav jaunu kondensatoru, varat tos noņemt no turienes eksperimentu veikšanai.

Tā kā spēju uzkrāt lādiņus pie elektroda ierobežo to savstarpējā atgrūšanās, to pārnešana uz elektrodu nevar būt bezgalīga. Tāpat kā jebkurai atmiņas ierīcei, kondensatoram ir ļoti specifiska jauda. Tā to sauc - elektriskā kapacitāte. To mēra farādos un plakanam kondensatoram ar laukuma plāksnēm S(katrs), kas atrodas attālumā d, jauda ir Sε 0 ε/d(pie S>> d), Kur ε – relatīvā dielektriskā konstante un ε 0 =8,85418781762039 * 10 -12 .

Kondensatora kapacitāte arī ir vienāda ar q/U, Kur q- pozitīvās plāksnes lādiņš, U— spriegums starp plāksnēm. Kapacitāte ir atkarīga no kondensatora ģeometrijas un dielektriķa dielektriskās konstantes un nav atkarīga no plākšņu lādiņa.

Šajā gadījumā dažādi polarizācijas procesi notiek dažādos ātrumos. Viena lieta ir elektronu čaulu pārvietošanās, kas notiek gandrīz acumirklī, cita lieta ir molekulu, īpaši lielu, rotācija, un trešā ir brīvo lādiņu migrācija. Pēdējie divi procesi acīmredzami ir atkarīgi no temperatūras, un šķidrumos tie notiek daudz ātrāk nekā cietās vielās. Ja dielektriķis tiek uzkarsēts, dipola rotācijas un lādiņu migrācija paātrinās. Ja lauks ir izslēgts, arī dielektriķa depolarizācija nenotiek uzreiz. Tas kādu laiku paliek polarizēts, līdz termiskā kustība izkliedē molekulas to sākotnējā haotiskajā stāvoklī. Tāpēc kondensatoriem, kuru polaritāte tiek pārslēgta augstās frekvencēs, ir piemēroti tikai nepolārie dielektriķi: fluoroplasts, polipropilēns.

Eksperimentāli pārbaudīsim šo parādību - sprieguma pieaugumu, kad kondensators ir izstiepts. Es uzrakstīju vienkāršu programmu Visual Basic, lai saņemtu datus no mūsu kontrollera PMK018 un parādītu tos ekrānā. Kopumā ņemam divas 200x150 mm tekstolīta plāksnes, kas no vienas puses pārklātas ar foliju, un pielodējam vadus, kas iet uz mērīšanas moduli. Tad uz vienas no tām uzliekam dielektriķi - papīra lapu un pārklājam ar otru plāksni. Plāksnes neguļ cieši, tāpēc ar pildspalvas korpusu uzspiedīsim tām virsū (ja nospiežat ar roku, var radīt traucējumus).

Mērīšanas shēma ir vienkārša: potenciometrs R1 iestata spriegumu (mūsu gadījumā tas ir 3 volti), kas tiek piegādāts kondensatoram, un poga S1 kalpo, lai to piegādātu kondensatoram vai nē.

Kondensators kā enerģijas krātuve

Ir ļoti viegli pārliecināties, ka enerģija tiek uzkrāta mazākajā kondensatorā. Lai to izdarītu, mums ir nepieciešama caurspīdīga sarkana gaismas diode un pastāvīgas strāvas avots (derēs 9 voltu akumulators, bet, ja kondensatora nominālais spriegums atļauj, labāk ir ņemt lielāku). Eksperiments sastāv no kondensatora uzlādes un pēc tam LED pievienošanas tam (neaizmirstiet par polaritāti) un skatīties, kā tas mirgo. Tumšā telpā zibspuldze ir redzama pat no desmitiem pikofaradu kondensatoriem. Daži simti miljoni elektronu izstaro simts miljonus fotonu. Tomēr tas nav ierobežojums, jo cilvēka acs spēj pamanīt daudz vājāku gaismu. Es vienkārši neesmu atradis mazāk kapacitatīvus kondensatorus. Ja skaitīšana attiecas uz tūkstošiem mikrofaradu, saudzējiet LED un tā vietā saīsiniet kondensatoru ar metāla priekšmetu, lai redzētu dzirksteli, kas ir acīmredzama norāde uz enerģijas klātbūtni kondensatorā.

Kondensators tiek izmantots arī, lai uzglabātu "gandrīz mūžīgu" enerģiju, ko rada kratīšana, vibrācija, skaņa, radioviļņu vai elektrotīkla starojuma noteikšana. Pamazām no tik vājiem avotiem laika gaitā uzkrātā enerģija ļauj kādu laiku darboties bezvadu sensoriem un citām elektroniskām ierīcēm. Šis princips ir mūžīgā “pirksta tipa” akumulatora pamatā ierīcēm ar nelielu enerģijas patēriņu (piemēram, televizora tālvadības pultīm). Tās korpusā ir kondensators ar 500 milifaradu jaudu un ģenerators, kas to baro ar svārstībām ar frekvenci 4–8 herci ar brīvo jaudu no 10 līdz 180 milivatiem. Tiek izstrādāti uz pjezoelektriskiem nanovadiem balstīti ģeneratori, kas spēj kondensatorā novirzīt tādu vāju vibrāciju enerģiju kā sirdspuksti, apavu zolīšu atsitiens pret zemi, tehniskā aprīkojuma vibrācijas.

Vēl viens brīvās enerģijas avots ir inhibīcija. Parasti, transportlīdzeklim bremzējot, enerģija pārvēršas siltumā, bet to var uzkrāt un pēc tam izmantot paātrinājuma laikā. Īpaši aktuāla šī problēma ir sabiedriskajam transportam, kas katrā pieturā palēninās un paātrinās, kas rada ievērojamu degvielas patēriņu un gaisa piesārņojumu no izplūdes gāzēm. 2010. gadā Saratovas apgabalā uzņēmums Elton radīja Ecobus - eksperimentālu mikroautobusu ar neparastiem motorriteņu elektromotoriem un superkondensatoriem - bremzēšanas enerģijas uzkrāšanas ierīcēm, kas samazina enerģijas patēriņu par 40%. Tajā izmantoti materiāli, kas izstrādāti projektā Energia-Buran, jo īpaši oglekļa folija. Kopumā, pateicoties PSRS izveidotajai zinātniskajai skolai, Krievija ir viena no pasaules līderēm elektroķīmisko kondensatoru izstrādē un ražošanā. Piemēram, Elton produkcija uz ārzemēm tiek eksportēta kopš 1998. gada, un nesen šo produkciju sāka ražot ASV pēc Krievijas uzņēmuma licences.

Viena mūsdienu kondensatora jauda (2 faradi, foto pa kreisi) ir tūkstošiem reižu lielāka nekā visas zemeslodes kapacitāte. Tie spēj uzglabāt 40 kulonu elektrisko lādiņu!

Bet šī padomju “vectēva lāde” elektroniem (foto labajā pusē) nav tik ietilpīga, bet var izturēt 40 000 voltu spriegumu (ņemiet vērā porcelāna krūzes, kas aizsargā visus šos voltus no kondensatora korpusa sabrukšanas). Tas ir ļoti ērti “elektromagnētiskai bumbai”, kurā kondensators tiek izlādēts uz vara caurules, kuru tajā pašā brīdī no ārpuses saspiež sprādziens. Rezultāts ir ļoti spēcīgs elektromagnētiskais impulss, kas atspējo radioiekārtas. Starp citu, kodolsprādziena laikā, atšķirībā no parastā, izdalās arī elektromagnētiskais impulss, kas vēlreiz uzsver urāna kodola līdzību kondensatoram. Starp citu, šādu kondensatoru var tieši uzlādēt ar statisko elektrību no ķemmes, taču, protams, tas prasīs ilgu laiku, lai uzlādētu līdz pilnam spriegumam. Taču van Musšenbruka bēdīgo pieredzi būs iespējams atkārtot ļoti saasinātā versijā.

Kopumā šim eksperimentam acīmredzot ir piemērots jebkurš kondensators, kura jauda nepārsniedz 100 nf. Jūs varat darīt vairāk, taču jums tas būs jāuzlādē ilgu laiku, lai gaismas diodei iegūtu pietiekami daudz sprieguma. Bet, ja kondensatora noplūdes strāvas ir mazas, LED degs ilgāk. Varētu padomāt par šī principa izmantošanu, lai izveidotu ierīci mobilā telefona uzlādēšanai, sarunas laikā to berzējot gar matiem :)

Lielisks augstsprieguma kondensators ir skrūvgriezis. Šajā gadījumā tā rokturis kalpo kā dielektriķis, bet metāla stienis un cilvēka roka kalpo kā plāksnes. Mēs zinām, ka tintes pildspalva, kas ierīvēta matos, piesaista papīra lūžņus. Ja berzē matus ar skrūvgriezi, nekas nesanāks - metālam nav spēju atņemt olbaltumvielām elektronus - tas nepievilka papīra gabalus un nepievilka. Bet, ja, tāpat kā iepriekšējā eksperimentā, to berzējat ar uzlādētu tintes pildspalvu, skrūvgriezis tā mazās ietilpības dēļ ātri uzlādējas līdz augstam spriegumam un tam sāk piesaistīt papīra gabaliņus.

Tomēr, kāpēc tādas grūtības - ir video ieraksts. Tas parāda, ka gaismas diode mirgo diezgan spilgti:

Kad kondensatori tiek uzlādēti ar augstu spriegumu, lomu sāk spēlēt malas efekts, kas sastāv no sekojošā. Ja starp plāksnēm gaisā ievieto dielektriķi un tām tiek pielikts pakāpeniski pieaugošs spriegums, tad pie noteiktas sprieguma vērtības plāksnes malā notiek klusa izlāde, kas nosakāma ar raksturīgu troksni un spīdumu tumsā. Kritiskā sprieguma lielums ir atkarīgs no plāksnes biezuma, malas asuma, dielektriķa veida un biezuma utt. Jo biezāks dielektriķis, jo augstāks cr. Piemēram, jo augstāka ir dielektriskā dielektriskā konstante, jo zemāka tā ir. Lai samazinātu malas efektu, plāksnes malas ir iestrādātas dielektrikā ar augstu elektrisko izturību, pie malām ir sabiezināta dielektriskā blīve, noapaļotas plākšņu malas, un tiek izveidota zona ar pakāpeniski krītošu spriegumu. plākšņu malas izgatavojot plākšņu malas no materiāla ar augstu pretestību, samazinot spriegumu uz vienu kondensatoru, sadalot to vairākos virknē savienotos.

Hmm.. bet, ja ķermeņa kapacitāte ir spēja uzkrāt lādiņu, tad tā droši vien ļoti atšķiras pozitīvajiem un negatīvajiem lādiņiem.... Iedomāsimies sfērisku kondensatoru vakuumā... Uzlādēsim to negatīvi no sirds, nesaudzējot spēkstacijas un gigavatstundas (tas ir tas, kas labs domu eksperimentā!)... bet kādā brīdī būs tik daudz pārpalikuma. elektronus uz šīs bumbiņas, ka tie vienkārši sāks izkliedēties pa visu vakuumu, lai tikai nebūtu tik elektronegatīvā blīvumā. Bet tas nenotiks ar pozitīvu lādiņu - elektroni, lai cik maz to paliktu, no kondensatora kristāliskā režģa neaizlidos.
Kas notiek, pozitīvā kapacitāte acīmredzami ir daudz lielāka par negatīvo? Nē! Tā kā elektroni patiesībā bija nevis mūsu lutināšanai, bet gan atomu savienošanai, un bez manāmas to daļas, kristāla režģa pozitīvo jonu Kulona atgrūšanās momentā sagrauj visbruņotāko kondensatoru putekļos :)

Ir iespējams izveidot absolūtu kapacitātes standartu, aprēķinot tā kapacitāti, izmantojot fizikālās formulas, kuru pamatā ir precīzi plākšņu izmēru mērījumi. Tā top mūsu valstī precīzākie kondensatori, kas izvietoti divās vietās. Valsts standarts GET 107-77 atrodas federālajā valsts vienotajā uzņēmumā SNIIM un sastāv no 4 neatbalstītiem koaksiāli cilindriskiem kondensatoriem, kuru kapacitāte tiek aprēķināta ar augstu precizitāti, izmantojot gaismas ātrumu un garuma un frekvences vienības, kā arī augstfrekvences kapacitatīvs salīdzinājums, kas ļauj salīdzināt verifikācijai atvesto kondensatoru kapacitātes ar standartu (10 pf) ar kļūdu, kas mazāka par 0,01% frekvenču diapazonā 1-100 MHz (foto pa kreisi).

Standarts GET 25-79 (foto pa labi), kas atrodas federālajā valsts vienotajā uzņēmumā VNIIM, kas nosaukts pēc nosaukuma. DI. Mendeļejevs satur aprēķina kondensatoru un interferometru vakuuma blokā, kapacitatīvo transformatora tiltu komplektā ar kapacitātes mērījumiem un termostatu un starojuma avotus ar stabilizētu viļņa garumu. Standarta pamatā ir metode, kā noteikt konstrukcijas kondensatora šķērsenisko elektrodu sistēmas kapacitātes pieaugumu, kad elektrodu garums mainās par noteiktu ļoti stabila gaismas starojuma viļņu garumu skaitu. Tas nodrošina, ka tiek uzturēta precīza 0,2 pF kapacitātes vērtība ar precizitāti, kas ir labāka par 0,00005%.

Bet radio tirgū Mitino man bija grūti atrast kondensatoru, kura precizitāte būtu augstāka par 5% 🙁 Nu, mēģināsim aprēķināt kapacitāti, izmantojot formulas, kuru pamatā ir sprieguma un laika mērījumi, izmantojot mūsu iecienīto PMK018. Mēs aprēķināsim jaudu divos veidos. Pirmā metode ir balstīta uz eksponenciālā īpašībām un kondensatora spriegumu attiecību, ko mēra dažādos izlādes brīžos. Otrais ir, mērot lādiņu, ko kondensators izdala izlādes laikā; to iegūst, integrējot strāvu laika gaitā. Laukums, ko ierobežo pašreizējā grafika un koordinātu asis, ir skaitliski vienāds ar kondensatora doto lādiņu. Lai veiktu šos aprēķinus, jums precīzi jāzina ķēdes pretestība, caur kuru kondensators tiek izlādēts. Es iestatīju šo pretestību ar 10 kOhm precizitātes rezistoru no elektroniskā komplekta.

Un šeit ir eksperimenta rezultāti. Pievērsiet uzmanību tam, cik skaists un gluds izrādījās izstādes dalībnieks. To matemātiski neaprēķina dators, bet gan tieši mēra no pašas dabas. Pateicoties koordinātu režģim uz ekrāna, ir skaidrs, ka eksponenciāla īpašība tiek precīzi ievērota - vienādos laika intervālos tas samazinās par vienādu reižu skaitu (es to pat mērīju ar lineālu uz ekrāna :) Tātad, mēs redzam, ka fiziskās formulas diezgan adekvāti atspoguļo realitāti mums apkārt.

Kā redzat, izmērītā un aprēķinātā kapacitāte aptuveni sakrīt ar nominālo (un ar ķīniešu multimetru rādījumiem), bet ne precīzi. Žēl, ka nav standarta, lai noteiktu, kurš no tiem ir patiess! Ja kāds zina standarta konteineru, kas ir lēts vai pieejams mājās, noteikti rakstiet par to šeit komentāros.

Enerģētikas elektrotehnikā pirmais pasaulē, kas izmantoja kondensatoru, bija Pāvels Nikolajevičs Jabločkovs 1877. gadā. Viņš vienkāršoja un vienlaikus uzlaboja Lomonosova kondensatorus, aizstājot skrotis un foliju ar šķidrumu un paralēli savienojot bankas. Viņam pieder ne tikai Eiropu iekarojušo novatorisko loka spuldžu izgudrojums, bet arī vairāki patenti, kas saistīti ar kondensatoriem. Mēģināsim salikt Yablochkov kondensatoru, izmantojot sālītu ūdeni kā vadošu šķidrumu un stikla burku ar dārzeņiem kā burku. Iegūtā jauda bija 0,442 nf. Ja burku nomainīsim pret plastmasas maisiņu, kuram ir lielāks laukums un daudzkārt mazāks biezums, ietilpība palielināsies līdz 85,7 nf. (Vispirms piepildiet maisu ar ūdeni un pārbaudiet, vai nav noplūdes strāvas!) Kondensators darbojas - tas pat ļauj mirgot LED! Tas arī veiksmīgi pilda savas funkcijas elektroniskajās shēmās (mēģināju pieslēgt ģeneratoram nevis parastajam kondensatoram - viss strādā).

Ūdenim šeit ir ļoti pieticīga diriģenta loma, un, ja jums ir folija, varat iztikt bez tās. Sekojot Jabločkovam, mēs darīsim to pašu. Šeit ir vizlas un vara folijas kondensators ar jaudu 130 pf.

Metāla plāksnēm pēc iespējas ciešāk jāpieguļ dielektriķim, un ir jāizvairās no līmvielas iekļūšanas starp plāksni un dielektriķi, kas radīs papildu zudumus maiņstrāvai. Tāpēc tagad galvenokārt metālu izmanto kā apšuvumu, ķīmiski vai mehāniski uzklāj uz dielektriķa (stikla) vai cieši piespiež pie tā (vizla).

Vizlas vietā varat izmantot virkni dažādu dielektriķu, kas jums patīk. Mērījumi (vienāda biezuma dielektriķiem) parādīja, ka gaiss ε mazākais, fluoroplastam tas ir lielāks, silikonam tas ir vēl lielāks, un vizlai tas ir vēl lielāks, un svina cirkonāta titanātā tas ir vienkārši milzīgs. Tieši tā tam vajadzētu būt saskaņā ar zinātni - galu galā fluoroplastikā elektroni, varētu teikt, ir cieši saistīti ar fluoroglekļa ķēdēm un var tikai nedaudz novirzīties - elektronam nav kur pārlēkt no atoma uz atomu.

Šādus eksperimentus varat veikt pats ar vielām, kurām ir dažādas dielektriskās konstantes. Kam, jūsuprāt, ir augstāka dielektriskā konstante, destilētam ūdenim vai eļļai? Sāls vai cukurs? Parafīns vai ziepes? Kāpēc? Dielektriskā konstante ir atkarīga no daudzām lietām... par to varētu uzrakstīt veselu grāmatu.

Tas ir viss? 🙁

Nē, ne visi! Pēc nedēļas būs turpinājums! 🙂