Úraz elektrickým prúdom zo zvyškového náboja. Pokusy s kondenzátormi Nabíjanie kondenzátora pulzným prúdom

Nedávno sme sa zaoberali , teraz poďme na to kondenzátory.

Kondenzátor- je zariadenie na uchovávanie náboja a energie elektrického poľa. Štrukturálne je to „sendvič“ dvoch vodičov a dielektrika, ktorým môže byť vákuum, plyn, kvapalina, organická alebo anorganická pevná látka. Prvé domáce kondenzátory (sklenené nádoby s brokom, pokryté fóliou) vyrobili v roku 1752 M. Lomonosov a G. Richman.

Čo by mohlo byť zaujímavé na kondenzátore? Keď som začal pracovať na tomto článku, myslel som si, že by som mohol zozbierať a stručne predstaviť všetko o tejto primitívnej časti. Ale keď som spoznal kondenzátor, s prekvapením som si uvedomil, že nedokážem prezradiť ani stotinu zo všetkých tajomstiev a zázrakov, ktoré sú v ňom ukryté...

Kondenzátor má už viac ako 250 rokov, no ani nepomyslí na zastaranie. Navyše 1 kg „obyčajných spravodlivých kondenzátorov“ uchová menej energie ako kilogram batérií alebo palivových článkov, ale je schopný ju uvoľniť rýchlejšie ako oni a zároveň vyvíjajú väčšiu silu. - Pri rýchlom vybití kondenzátora je možné získať vysokovýkonný impulz, napríklad vo fotobleskoch, opticky čerpaných pulzných laseroch a kolidéroch. Takmer v každom zariadení sú kondenzátory, takže ak nemáte nové kondenzátory, môžete ich odtiaľ pre experimenty odstrániť.

Nabíjanie kondenzátora je absolútna hodnota náboja jednej z jeho dosiek. Meria sa v coulombách a je úmerná počtu ďalších (-) alebo chýbajúcich (+) elektrónov. Na nazbieranie náboja 1 coulomb budete potrebovať 6241509647120420000 elektrónov. Vo vodíkovej bubline veľkosti hlavičky zápalky je ich približne rovnaký počet.

Keďže schopnosť akumulovať náboje na elektróde je obmedzená ich vzájomným odpudzovaním, ich prenos na elektródu nemôže byť nekonečný. Ako každé úložné zariadenie, aj kondenzátor má veľmi špecifickú kapacitu. Tak sa tomu hovorí - elektrická kapacita. Meria sa vo faradoch a pre plochý kondenzátor s doskami plochy S(každý), umiestnený na diaľku d, kapacita jeSε 0 ε / d (atS >> d), Kde ε - relatívna dielektrická konštanta, aε 0 =8,85418781762039 * 10 -12 .

Kapacita kondenzátora je tiež rovnaká q/U, Kde q- náboj kladnej platne, U- napätie medzi platňami. Kapacita závisí od geometrie kondenzátora a dielektrickej konštanty dielektrika a nezávisí od náboja dosiek.

V nabitom vodiči sa náboje snažia rozptýliť od seba čo najďalej, a preto nie sú v hrúbke kondenzátora, ale v povrchovej vrstve kovu, ako film benzínu na hladine vody. Ak dva vodiče tvoria kondenzátor, potom sa tieto prebytočné náboje zhromažďujú oproti sebe. Preto je takmer celé elektrické pole kondenzátora sústredené medzi jeho platňami.

Na každej doske sú náboje rozmiestnené tak, aby boli ďaleko od susedov. A sú umiestnené pomerne priestranne: vo vzduchovom kondenzátore so vzdialenosťou medzi doskami 1 mm, nabitom až 120 V, je priemerná vzdialenosť medzi elektrónmi viac ako 400 nanometrov, čo je tisíckrát väčšia ako vzdialenosť medzi atómami ( 0,1-0,3 nm) a To znamená, že pre milióny povrchových atómov existuje iba jeden elektrón navyše (alebo chýbajúci).

Ak zmenšiť vzdialenosť medzi doskami, potom sa príťažlivé sily zvýšia a pri rovnakom napätí sa náboje na doskách budú môcť „približovať“. Kapacita sa zvýši kondenzátor. Toto urobil nič netušiaci profesor z Leidenskej univerzity van Musschenbroeck. Hrubostennú fľašu prvého kondenzátora na svete (vytvorený nemeckým kňazom von Kleistom v roku 1745) nahradil tenkou sklenenou nádobou. Nabil ho a dotkol sa ho, a keď sa o dva dni prebudil, povedal, že nebude súhlasiť s opakovaním experimentu, aj keby za to sľúbili francúzske kráľovstvo.

Ak medzi dosky umiestnite dielektrikum, budú ho polarizovať, to znamená, že budú priťahovať opačné náboje, z ktorých pozostáva. Bude to mať rovnaký efekt, ako keby sa taniere priblížili. Dielektrikum s vysokou relatívnou dielektrickou konštantou možno považovať za dobrý prenášač elektrického poľa. Žiadny dopravník však nie je dokonalý, takže bez ohľadu na to, aké úžasné dielektrikum pridáme k existujúcemu, kapacita kondenzátora sa len zníži. Kapacitu môžete zvýšiť, iba ak pridáte dielektrikum (alebo ešte lepšie vodič) namiesto už existujú, ale majú menšie ε.

V dielektrikách nie sú takmer žiadne bezplatné poplatky. Všetky sú fixované buď v kryštálovej mriežke alebo v molekulách - polárnych (predstavujúcich dipóly) alebo nie. Ak neexistuje vonkajšie pole, dielektrikum je nepolarizované, dipóly a voľné náboje sú rozptýlené chaoticky a dielektrikum nemá vlastné pole. v elektrickom poli je polarizovaná: dipóly sú orientované pozdĺž poľa. Pretože existuje veľa molekulárnych dipólov, keď sú orientované, klady a zápory susedných dipólov vo vnútri dielektrika sa navzájom kompenzujú. Iba povrchové náboje zostávajú nekompenzované - na jednom povrchu - jeden, na druhom - iný. Voľné poplatky v externom poli sa tiež unášajú a oddeľujú.

V tomto prípade dochádza k rôznym polarizačným procesom s pri rôznych rýchlostiach. Jedna vec je premiestňovanie elektrónových obalov, ku ktorému dochádza takmer okamžite, druhá vec je rotácia molekúl, najmä veľkých, a tretia je migrácia voľných nábojov. Posledné dva procesy samozrejme závisia od teploty a v kvapalinách prebiehajú oveľa rýchlejšie ako v pevných látkach. Ak sa dielektrikum zahreje, rotácia dipólu a migrácia náboja sa urýchli. Ak je pole vypnuté, depolarizácia dielektrika tiež nenastane okamžite. Zostáva polarizovaný nejaký čas, kým tepelný pohyb nerozptýli molekuly do ich pôvodného chaotického stavu. Preto sú pre kondenzátory, kde je polarita prepínaná pri vysokých frekvenciách, vhodné iba nepolárne dielektrikum: fluoroplast, polypropylén.

Ak rozložíte nabitý kondenzátor a potom ho znova zložíte (plastovou pinzetou), energia nikam nepôjde a LED dióda bude môcť blikať. Bude dokonca blikať, ak ho pripojíte ku kondenzátoru v rozloženom stave. Je to pochopiteľné - pri demontáži náboj z dosiek nezmizol a napätie sa dokonca zvýšilo, pretože kapacita sa znížila a teraz dosky doslova praskajú nábojmi. Počkať, ako sa toto napätie zvýšilo, pretože potom sa zvýši aj energia? Je to tak, do systému sme odovzdali mechanickú energiu, čím sme prekonali Coulombovu príťažlivosť dosiek. V skutočnosti ide o trik elektrifikácie trením - zavesiť elektróny vo vzdialenosti rádovo veľkosti atómov a pretiahnuť ich do makroskopickej vzdialenosti, čím sa zvýši napätie o niekoľko voltov (a to je napätie v chemických väzbách) na desiatky a stovky tisíc voltov. Teraz je jasné, prečo syntetická bunda negeneruje elektrický šok, keď ju nosíte, ale iba keď ju vyzlečiete? Počkať, prečo nie miliardy? Decimeter je miliarda krát väčší ako angstrom, na ktorom sme vytrhli elektróny? Áno, pretože pohyb náboja v elektrickom poli sa rovná integrálu Eq nad d a ten istý E slabne kvadraticky so vzdialenosťou. A ak by na celom decimetri medzi plášťom a nosom bolo rovnaké pole ako vo vnútri molekúl, potom by na nos kliklo miliarda voltov.

Skontrolujme tento jav - zvýšenie napätia pri natiahnutí kondenzátora - experimentálne. Napísal som jednoduchý programVizuálne Základné na príjem údajov z nášho ovládača PMK018a ich zobrazenie na obrazovke. Vo všeobecnosti vezmeme dve 200 x 150 mm dosky z textolitu, pokryté na jednej strane fóliou, a spájkujeme vodiče vedúce k meraciemu modulu. Potom na jeden z nich položíme dielektrikum - list papiera - a prikryjeme ho druhým plátom. Doštičky nedoliehajú tesne, preto ich pritlačíme nahor telom pera (ak stlačíte rukou, môžete si vytvoriť interferenciu).

Merací obvod je jednoduchý: potenciometerR1 nastavuje napätie (v našom prípade sú to 3 volty) privedené na kondenzátor a tlačidloS1 slúži na jeho napájanie ku kondenzátoru, prípadne na jeho nenapájanie.

Takže stlačte a uvoľnite tlačidlo - uvidíme graf zobrazený vľavo. Kondenzátor sa rýchlo vybíja cez vstup osciloskopu. Teraz skúsme zmierniť tlak na platničky pri vybíjaní – na grafe (vpravo) uvidíme napäťový vrchol. To je presne požadovaný efekt. Zároveň sa vzdialenosť medzi doskami kondenzátora zväčšuje, kapacita klesá, a preto sa kondenzátor začne vybíjať ešte rýchlejšie.

Tu som sa vážne zamyslel... Zdá sa, že sme na pokraji veľkého vynálezu... Ak totiž pri oddialení platní vzrastie napätie na nich, ale náboj zostane rovnaký, potom si môžete vziať dve kondenzátory, na jednom roztlačíte dosky od seba a v bode maximálnej expanzie prenesiete náboj na stacionárny kondenzátor. Potom vráťte platne na svoje miesto a opakujte to isté v opačnom poradí, pričom odsuňte druhý kondenzátor od seba. Teoreticky sa napätie na oboch kondenzátoroch zvýši s každým cyklom o určitý počet krát. Skvelý nápad na generátor elektrickej energie! Bude možné vytvárať nové dizajny pre veterné mlyny, turbíny a tak ďalej! Takže super...pre pohodlie to všetko môžete umiestniť na dva disky otáčajúce sa v opačných smeroch.... ach, čo je toto... fuj, toto je školský elektrický stroj! :(

Nezakorenil sa ako generátor, pretože je nepohodlné zaoberať sa takýmito napätiami. Ale v nanoúrovni sa všetko môže zmeniť. Magnetické javy v nanoštruktúrach sú mnohokrát slabšie ako elektrické a elektrické polia, ako sme už videli, sú obrovské, takže molekulárny elektroforický stroj sa môže stať veľmi populárnym.

Kondenzátor ako zásobník energie

Je veľmi jednoduché uistiť sa, že energia je uložená v najmenšom kondenzátore. Na to potrebujeme priehľadnú červenú LED a zdroj konštantného prúdu (9-voltová batéria bude stačiť, ale ak to menovité napätie kondenzátora dovoľuje, je lepšie vziať väčší). Experiment pozostáva z nabitia kondenzátora a následného pripojenia LED diódy (nezabudnite na polaritu) a sledovania, ako bliká. IN tmavá miestnosť záblesk je viditeľný aj z kondenzátorov s desiatkami pikofaradov. Asi sto miliónov elektrónov emituje sto miliónov fotónov. Nie je to však limit, pretože ľudské oko dokáže spozorovať oveľa slabšie svetlo. Len som nenašiel menej kapacitné kondenzátory. Ak počet dosiahne tisíce mikrofarád, ušetrite LED a namiesto toho skratujte kondenzátor na kovový predmet, aby ste videli iskru - zjavný dôkaz prítomnosti energie v kondenzátore.

Energia nabitého kondenzátora sa v mnohom správa ako potenciálna mechanická energia – energia stlačenej pružiny, do výšky zdvihnutého závažia alebo vodnej nádrže (a energia induktora je naopak podobná kinetickej energii ). Schopnosť kondenzátora uchovávať energiu sa už dlho využíva na zabezpečenie nepretržitej prevádzky zariadení pri krátkodobých poklesoch napájacieho napätia – od hodiniek až po električky.

Kondenzátor sa tiež používa na ukladanie „takmer večnej“ energie generovanej trasením, vibráciami, zvukom, detekciou rádiových vĺn alebo žiarenia elektrickej siete. Postupne akumulovaná energia z takýchto slabých zdrojov umožňuje, aby bezdrôtové senzory a iné elektronické zariadenia fungovali nejaký čas. Tento princíp je základom večnej „prstovej“ batérie pre zariadenia s miernou spotrebou energie (ako sú diaľkové ovládače televízorov). Jeho telo obsahuje kondenzátor s kapacitou 500 milifaradov a generátor, ktorý ho napája osciláciami s frekvenciou 4-8 hertzov s voľným výkonom od 10 do 180 miliwattov. Vyvíjajú sa generátory na báze piezoelektrických nanodrôtov, ktoré sú schopné nasmerovať energiu takých slabých vibrácií, akými sú tlkot srdca, dopad podrážok topánok o zem, vibrácie technických zariadení do kondenzátora.

Ďalším zdrojom voľnej energie je inhibícia. Zvyčajne, keď vozidlo brzdí, energia sa mení na teplo, ale môže sa akumulovať a potom použiť počas zrýchľovania. Tento problém je obzvlášť akútny pre verejnú dopravu, ktorá na každej zastávke spomaľuje a zrýchľuje, čo vedie k značnej spotrebe paliva a znečisteniu ovzdušia výfukovými emisiami. V regióne Saratov v roku 2010 spoločnosť Elton vytvorila Ecobus - experimentálny minibus s neobvyklými elektromotormi na kolesách a superkondenzátormi - zariadeniami na ukladanie brzdnej energie, ktoré znižujú spotrebu energie o 40%. Využíva materiály vyvinuté v projekte Energia-Buran, najmä uhlíkovú fóliu. Vo všeobecnosti je Rusko vďaka vedeckej škole vytvorenej v ZSSR jedným zo svetových lídrov vo vývoji a výrobe elektrochemických kondenzátorov. Napríklad produkty Elton sa od roku 1998 vyvážajú do zahraničia a nedávno sa začala výroba týchto produktov v USA na základe licencie ruskej spoločnosti.

Kapacita jedného moderného kondenzátora (2 farády, foto vľavo) je tisíckrát väčšia ako kapacita celej zemegule. Sú schopní skladovať nabíjačka Prívesok za 40!

Používajú sa spravidla v audio systémoch automobilov na zníženie špičkového zaťaženia elektrického vedenia automobilu (v momentoch silných basových úderov) a vďaka obrovskej kapacite kondenzátora potláčajú všetky vysokofrekvenčné rušenia v zapnutom stave. -dosková sieť.

Ale táto sovietska „hruď starého otca“ na elektróny (foto vpravo) nie je taká priestranná, ale dokáže vydržať napätie 40 000 voltov (všimnite si porcelánové poháre, ktoré chránia všetky tieto volty pred rozpadom na tele kondenzátora). To je veľmi výhodné pre „elektromagnetickú bombu“, v ktorej je kondenzátor vybitý na medenú rúrku, ktorá je súčasne stlačená zvonku výbuchom. Ukazuje sa to veľmi silné elektromagnetický impulz, vypnutie rádiového zariadenia. Mimochodom, pri jadrovom výbuchu sa na rozdiel od bežného uvoľní aj elektromagnetický impulz, ktorý opäť zdôrazňuje podobnosť jadra uránu s kondenzátorom. Mimochodom, takýto kondenzátor sa dá priamo nabíjať statickou elektrinou z hrebeňa, ale nabitie na plné napätie bude samozrejme trvať dlho. Smutnú skúsenosť van Musschenbroecka však bude možné zopakovať vo veľmi vyhrotenej verzii.

Ak si perom (hrebeň, balón, syntetická spodná bielizeň atď.) jednoducho pretriete vlasy, LED dióda sa nerozsvieti. Je to preto, že prebytočné (odobraté z vlasov) elektróny sú v zajatí, každý vo svojom vlastnom bode na povrchu plastu. Preto aj keď výstupom LED zasiahneme nejaký elektrón, iné sa za ním nebudú môcť ponáhľať a vytvoriť prúd potrebný na to, aby LED dióda viditeľne žiarila voľným okom. Iná vec je, ak prenášate náboje z pera do kondenzátora. Aby ste to urobili, vezmite kondenzátor za jednu svorku a pero postupne potierajte najskôr vlasmi a potom voľnou svorkou kondenzátora. Prečo trieť? Aby sa maximalizoval zber elektrónov z celého povrchu pera! Zopakujme tento cyklus niekoľkokrát a pripojte LED ku kondenzátoru. Bude blikať, a to iba vtedy, ak je dodržaná polarita. Kondenzátor sa tak stal mostom medzi svetom „statickej“ a „obyčajnej“ elektriny :)

Na tento experiment som si vzal vysokonapäťový kondenzátor, obávajúc sa poruchy nízkonapäťového, ale ukázalo sa, že to bolo zbytočné opatrenie. Keď je napájanie obmedzené, napätie na kondenzátore môže byť oveľa menšie ako napätie napájacieho zdroja. Kondenzátor dokáže konvertovať vysoké napätie na nízke napätie. Napríklad statická elektrina vysokého napätia - do bežnej elektriny. Je v skutočnosti rozdiel: nabíjanie kondenzátora jedným mikrocoulombom zo zdroja s napätím 1 V alebo 1000 V? Ak je tento kondenzátor taký objemný, že náboj 1 µC na ňom nezvýši napätie nad napätie jednovoltového zdroja energie (t. j. jeho kapacita je vyššia ako 1 µF), potom nie je žiadny rozdiel. Ide len o to, že ak násilne neobmedzíte prívesky, viac z nich bude chcieť pribehnúť z dobrovoľného zdroja. A tepelný výkon uvoľnený na svorkách kondenzátora bude väčší (a množstvo tepla je rovnaké, len sa uvoľní rýchlejšie, a preto je výkon väčší).

Vo všeobecnosti sa zdá, že pre tento experiment je vhodný akýkoľvek kondenzátor s kapacitou nie väčšou ako 100 nf. Môžete urobiť viac, ale budete ho musieť dlho nabíjať, aby ste získali dostatočné napätie pre LED. Ak sú však zvodové prúdy v kondenzátore malé, LED bude horieť dlhšie. Môžete premýšľať o vytvorení nabíjacieho zariadenia založeného na tomto princípe. mobilný telefón z toho, že si ho trením o vlasy počas rozhovoru :)

Výborne vysokonapäťový kondenzátor je skrutkovač. V tomto prípade jeho rukoväť slúži ako dielektrikum a kovová tyč a ľudská ruka slúžia ako dosky. Vieme, že plniace pero natreté na vlasoch priťahuje kúsky papiera. Ak si pošúchate skrutkovačom po vlasoch, nič z toho nebude – kov nemá schopnosť odoberať elektróny z bielkovín – kúsky papiera nepriťahoval a ani nepriťahoval. Ak ho ale ako v predchádzajúcom pokuse pretriete nabitým plniacim perom, skrutkovač sa vďaka nízkej kapacite rýchlo nabije na vysoké napätie a začnú sa k nemu priťahovať kúsky papiera.

LED sa rozsvieti aj zo skrutkovača. Je nemožné zachytiť krátky moment jeho záblesku na fotografii. Ale – spomeňme si na vlastnosti exponenciály – zhasnutie blesku trvá dlho (na pomery spúšte fotoaparátu). A tak sme boli svedkami jedinečného lingvisticko-opticko-matematického javu: vystavovateľ vystavoval matricu fotoaparátu!

Prečo však také ťažkosti - existuje nahrávanie videa. Ukazuje, že LED dióda bliká dosť jasne:

Keď sú kondenzátory nabité na vysoké napätie, okrajový efekt začína hrať svoju úlohu, pozostávajúcu z nasledovného. Ak je vo vzduchu medzi platne umiestnené dielektrikum a je na ne privedené postupne sa zvyšujúce napätie, potom pri určitej hodnote napätia nastane na okraji platne tichý výboj, ktorý je zistiteľný charakteristickým šumom a žiarou v tme. Veľkosť kritického napätia závisí od hrúbky dosky, ostrosti hrany, typu a hrúbky dielektrika atď. Čím je dielektrikum hrubšie, tým je vyššie cr. Napríklad, čím vyššia je dielektrická konštanta dielektrika, tým je nižšia. Na zníženie okrajového efektu sú okraje dosky zapustené do dielektrika s vysokou elektrickou pevnosťou, dielektrické tesnenie je na okrajoch zosilnené, okraje dosiek sú zaoblené a na mieste je vytvorená zóna s postupne klesajúcim napätím. okraj dosiek zhotovením okrajov dosiek z materiálu s vysokým odporom, zníženie napätia na jeden kondenzátor jeho rozdelením na niekoľko sériovo zapojených.

Preto otcovia zakladatelia elektrostatiky mali radi guľôčky na konci elektród. Ukazuje sa, že to nie je dizajnový prvok, ale spôsob, ako minimalizovať tok náboja do vzduchu. Už nie je kam ísť. Ak sa zakrivenie niektorej oblasti na povrchu lopty ďalej zníži, potom sa zakrivenie susedných oblastí nevyhnutne zvýši. A tu zrejme v našich elektrostatických záležitostiach nie je dôležitý priemer, ale maximálne zakrivenie povrchu, ktoré je pri loptičke samozrejme minimálne.

Čo sa stane, kladná kapacita je zjavne oveľa väčšia ako záporná? Nie! Pretože elektróny tu vlastne neboli na naše rozmaznávanie, ale na spájanie atómov a bez ich citeľného podielu, Coulombovo odpudzovanie kladných iónov kryštálovej mriežky by okamžite rozbilo najobrnenejší kondenzátor na prach :)

V skutočnosti bez sekundárnej dosky je kapacita „osamelých polovíc“ kondenzátora veľmi malá: elektrická kapacita jedného kusu drôtu s priemerom 2 mm a dĺžkou 1 m je približne 10 pF a celá zemeguľa je 700 μF.

V silovej elektrotechnike ako prvý na svete použil kondenzátor Pavel Nikolajevič Jabločkov v roku 1877. Zjednodušil a zároveň zdokonalil Lomonosovove kondenzátory, nahradil broky a fóliu kvapalinou a paralelne prepojil banky. Je zodpovedný nielen za vynález inovatívnych oblúkové lampy, ktorá dobyla Európu, ale aj množstvo patentov súvisiacich s kondenzátormi. Pokúsme sa zostaviť Yablochkov kondenzátor pomocou slanej vody ako vodivej kvapaliny a sklenenej nádoby so zeleninou ako nádoby. Výsledná kapacita bola 0,442 nf. Ak nahradíme téglik plastovým vreckom, ktoré má väčšiu plochu a mnohonásobne menšiu hrúbku, kapacita sa zvýši na 85,7 nf. (Najskôr naplňte vrecko vodou a skontrolujte zvodové prúdy!) Kondenzátor funguje - dokonca vám umožňuje blikať LED! Svoje funkcie úspešne plní aj v elektronické obvody

Kovové platne by mali čo najtesnejšie priliehať k dielektriku a je potrebné vyhnúť sa vneseniu lepidla medzi platňu a dielektrikum, ktoré spôsobí dodatočné straty na striedavý prúd. Preto sa v súčasnosti používa hlavne kov ako pokovovanie, chemicky alebo mechanicky nanesený na dielektrikum (sklo) alebo k nemu tesne pritlačený (sľuda).

Namiesto sľudy môžete použiť veľa rôznych dielektrík, čo sa vám páči. Merania (pre dielektrika rovnakej hrúbky) ukázali, že vzduchε najmenší, pre fluoroplasty je väčší, pre silikón ešte väčší a pre sľudu je ešte väčší a v zirkoničitanu olova je jednoducho obrovský. Presne tak by to podľa vedy malo byť – veď vo fluoroplaste sú elektróny, dalo by sa povedať, pevne zviazané s fluorouhľovodíkovými reťazcami a môžu sa len mierne odchyľovať – elektrón nemá kam preskakovať z atómu na atóm.

65 nanometrov je ďalším cieľom zelenogradského závodu Angstrem-T, ktorý bude stáť 300-350 miliónov eur. Spoločnosť už podala žiadosť o zvýhodnený úver na modernizáciu výrobných technológií Vnesheconombank (VEB), informovali tento týždeň Vedomosti s odvolaním sa na predsedu predstavenstva závodu Leonida Reimana. Teraz Angstrem-T pripravuje spustenie výrobnej linky pre mikroobvody s 90nm topológiou. Platby za predchádzajúci úver VEB, za ktorý bol zakúpený, začnú v polovici roka 2017.

Peking zrútil Wall Street

Kľúčové americké indexy zaznamenali prvé dni Nového roka rekordným poklesom, miliardár George Soros už varoval, že svet čelí opakovaniu krízy z roku 2008.

Prvý ruský spotrebiteľský procesor Baikal-T1 s cenou 60 dolárov sa spúšťa do sériovej výroby

Spoločnosť Baikal Electronics sľubuje, že začiatkom roka 2016 uvedie do priemyselnej výroby ruský procesor Baikal-T1 v cene približne 60 dolárov. Po zariadeniach bude dopyt, ak vláda vytvorí tento dopyt, hovoria účastníci trhu.

MTS a Ericsson budú spoločne vyvíjať a implementovať 5G v Rusku

Mobile TeleSystems PJSC a Ericsson uzavreli dohody o spolupráci pri vývoji a implementácii technológie 5G v Rusku. V pilotných projektoch, a to aj počas majstrovstiev sveta 2018, má MTS v úmysle otestovať vývoj švédskeho predajcu. Začiatkom budúceho roka začne operátor dialóg s ministerstvom telekomunikácií a masových komunikácií o vytvorení technické požiadavky do piatej generácie mobilných komunikácií.

Sergey Chemezov: Rostec je už jednou z desiatich najväčších strojárskych korporácií na svete

Šéf Rostecu, Sergej Chemezov, v rozhovore pre RBC odpovedal na naliehavé otázky: o systéme Platon, problémoch a perspektívach AVTOVAZ, záujmoch štátnej korporácie vo farmaceutickom biznise, hovoril o medzinárodnej spolupráci v kontexte sankcií. tlak, substitúcia dovozu, reorganizácia, stratégia rozvoja a nové príležitosti v ťažkých časoch.

Rostec sa „oplocuje“ a zasahuje do vavrínov spoločností Samsung a General Electric

Dozorná rada spoločnosti Rostec schválila „Stratégiu rozvoja do roku 2025“. Hlavnými cieľmi je zvýšiť podiel high-tech civilných produktov a dobehnúť General Electric a Samsung v kľúčových finančných ukazovateľoch.

Nabíjací prúd pri 100 J a ~1 sek. pri štartovaní studených kondenzátorov (prvé zapnutie) až 10 ampérov pri špičke, počas prevádzky až 6A a v momente zapnutia je to úplne hrozné - 100A. Ak úspešne dosiahnete vrchol napätia 310V / 3 Ohm = 103A.

Takže aj na základe 6A dostaneme impulzné zaťaženie v sieti ekvivalentný 1-1,5kW - 6A * 220V = 1320W !!

A toto je 100 J a keby bolo niekoľko zábleskov, keby som bol guľomet, tak by som sa nad takým impulzom urazil a po prvom dobrom záblesku by som už viac prúdu nedal.
Ak vezmeme obvod s napájaním bez zdvojovača, potom je počiatočný prúdový ráz ešte väčší a je tu jasná asymetria - používa sa iba jeden polovičný cyklus.

Na druhej strane - 100 J pri nabíjaní za 1 sekundu. ekvivalent 100 wattov, dobre, 130 so všetkými druhmi strát - vôbec nie strašný výkon.Čo ak nabíjate kondenzátor cez niečo ako korektor účinníka - zosilňovač napätia bez kondenzátora na vstupe?

Tvar prúdu bude asi takýto:

Ukazuje sa profil sieťové napätie, naplnený vysokofrekvenčnými prúdovými impulzmi.Ak riadiaci obvod pracuje v režime obmedzenia výstupného prúdu a po dosiahnutí určeného napätia preruší nabíjanie, dostaneme rýchle nabíjanie- napríklad pri 350W - 300J/sec. a plynulé ovládanie výkonu.
A stroj je šťastný a nabíjacie obvody sú relatívne nízkoprúdové a nie sú tam žiadne veľké horúce odpory a môže byť napájaný konštantným napätím a energetický dohľad je šťastný - účinník je ako u samovaru ...

Je tu len jedno ALE!Robil som blesk TAKMER podľa vyššie uvedeného diagramu od Waldemara Szymanského.Tu je schéma, ktorú som použil.

ak nejdete do detailov, iba zhášací odpor bol nastavený na 5,1 ohmu a kondenzátory v zdvojovači sú 22 mF, takže tam 1A poistka žije šťastne až do smrti, ak obvod funguje správne. A ak nie, potom je tu rovnaká poistka na núdzové vypnutie.Buď teda vo výpočtoch niečo nebolo v poriadku, alebo sa teória a prax nezhodujú.

Prevzatie mikroobvodu a návrhu z údajového listu nebude fungovať - musíte ho prispôsobiť a začnú sa podivné otázky -napríklad ako sa bude obvod správať, keď naozaj veľký kondenzátor? - bude sa zahrievať, kým ho nenabije na 310V a až potom začne fungovať...

Vo výpočtoch je všetko v poriadku - po prvé som predpokladal 100uF nabíjací kondenzátor a odpor 3 Ohm, po druhé poistka prístroj je dosť zotrvačný a bez problémov vydrží krátky impulz niekoľkonásobne väčší ako je nominálna hodnota a strojček, ktorý som spomínal, reaguje aj na impulzné preťaženie 5 - 15 násobne väčšie ako je nominálna hodnota (podľa triedy).
V reálnych podmienkach pri takomto impulze v sieti bude kontrolka len mierne blikať. Napríklad jasne vidím, ako sa zapína kilowattová rýchlovarná kanvica v kuchyni.Tu by ste radšej získali elegantné riešenie bez preťaženia a zahrievania.

Všetko je rovnaké ako pri kondenzátore, PO PORCIACH.Na jedno nabitie sa akumuluje iba ČASŤ A MAGNETICKÉ POLE JE V CIEVKE.

Bez obmedzenia prúdu v prípade núdze...
Jedinou nevýhodou riešenia, na rozdiel od kapacity, je, že samotná indukčnosť nemôže obmedziť prúd po zozbieraní elektromagnetickej energie a prúd môže tiecť márne.
A kondenzátor nezoberie viac, ako sa zmestí.A nakoniec sa prúd zastaví.A cievku treba tiež vypnúť... To je nebezpečné a nespoľahlivé...

Ak bez násobiča, tak súhlasím - aj keď sa pokazí vypínač, kondenzátor prežije, ale pri rozumných prúdoch sa bude nabíjať príliš dlho, ale s násobičom - ak ho včas nevypnete, bude búchať.Spínané zdroje sú celkom dobre navrhnuté, ale pri nabíjaní kondenzátora bude jednotka fungovať nakrátko - s tým treba nejako počítať.

Takže, čo som zatiaľ zistil, je najvhodnejší okruh flyback

Ona má výstupné napätie nezávisí od vstupu a tiež málo závisí od pomeru závitov a kondenzátor môžete ľahko nabiť na akékoľvek napätie. Ukazuje sa, že po usmerňovači nie je potrebné inštalovať kondenzátor a hlavný kondenzátor bude nabíjaný nielen vrcholmi sínusovej vlny, ale takmer celým obdobím.
Získame úplné galvanické oddelenie od siete, dobrý účinník (ak je bez vstupného kondenzátora). Výkonový tranzistor je potrebný na dosť malý prúd - 100 J/sec, asi 3A (IRF830-IRF840).Teoreticky to môžete urobiť bez úpravy na 12V.

Z mínusov je obvod jednoznačne náročnejší na výpočet (a nemôžete to urobiť okom) a nastavenie ako tyristorové. Potrebujete dosť vysokonapäťový tranzistor - podľa kníh - dvojnásobok amplitúdy sieťového napätia + rezerva - asi 800-900V, alebo viac zložitý obvod s 2 tranzistormi na 400V, ale stále je lacnejší ako výkonný IGBT a porovnateľný s tyristorom.
Potrebujete navinúť transformátor
Ak sa nepustíte do izolácie od siete, konvertor peňazí vyzerá nádherne,
ale je to zostupne a je mi stale nejasna otazka - co je vyhodnejsie: 300V a vacsia kapacita, alebo napr 400V-500V so sériovým zapojením kondenzátorov?

Jednotka nabije 1300 uF na 310V za 2,5-4 sekundy v závislosti od stavu batérií! Zábleskové kondenzátory sú chránené pred prepätím, prahom impulzná ochrana výkonový tranzistor pre prúd a niečo iné...

Takto dopadol duty kit. Áno, možnosť nabíjania z 220V siete zostáva zachovaná. Ale pri napájaní z jednotky je energia blesku takmer jeden a pol krát väčšia...

Myšlienka sieťového flybacku je dobrá, ak nie pre:

1) IRF840, napätie bude nízke. Potrebujete 1200V

2) Dióda, ak je napätie na kondenzátoroch 600--1200V diódanemusí stačiť.

3) ultrarýchle pri takýchto napätiach budú mať pokles o 2-3 volty. Účinnosť 80-85 nemôže byť vyššia.

4) Aby ste sa netrápili, môžete zhruba zhodnotiť všetky ideológie http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps_e/smps_e.html#Aww

5) Čo sa týka nabitia kondenzátora zo siete do 300V, ide o vidly na vode, povedzme, že horná časť sínusovej vlny je odrezaná o 25-30 voltov. A čínsky tester ukáže 220 V v sieti, ale banku môžete nabíjať až na 300 voltov.

6) Energia sa počíta ako štvorec napätia na kapacitu; vždy je výhodnejšie zvýšiť napätie.

7) Spoľahlivý pulzný blok zložitejšie a drahšie ako tyristorová nabíjačka. Má zmysel používať ho iba v niekoľkých prípadoch:

Nabíjanie z batérií
--- vysoká rýchlosť nabíjanie s malými rozmermi (čo znamená rýchlosť 600-1000 J/sec)
--- Galvanické oddelenie od siete (zvyčajne riešené kompetentnými projektmi)

Budete milo prekvapení! Tlmivka pri rovnakej veľkosti je jedenapolkrát výkonnejšia a nedochádza pri nej k zdvojnásobeniu napätia na dióde! Ale bez galvanického oddelenia to nejako prežijete! Žili sme bez nej...Pracujete v rozsahu 240-410V (po sieťovom usmerňovači a vyhladení. Na výstupné napätie 410V nepotrebujete ani boostové vinutie.

v šikmom mostíku zabudli na jednu diódu a výstupnú tlmivku, bez tlmivky by to klávesám išlo len veľmi ťažko.

V jednoduchosti je samozrejme flyback určite lepší, je tam minimum dielov, nebojí sa skratov atď.

o čom to hovoríme? Toto a je tu flyback 2-kľúčový okruh.

Ale potom sa stráca hlavná výhoda flybacku (jednoduchosť); musíte nainštalovať horný ovládač alebo ovládač transformátora.

Takže:Na nabíjanie zábleskového kondenzátora je vhodný iba spätný obvod, pretože je to zdroj prúdu (všetky dopredné pohony sú zdroje napätia - a zdroj napätia už máme - sieť 220 voltov).

Pozrime sa na nejakú teóriu. Nedávam schému, každý ju veľmi dobre pozná.

Maximálne napätie na tranzistore je určené súčtom usmerneného napájacieho napätia a spätné napätie na primárne vinutie. S napájaním je všetko jasné, je to 310 voltov (plus, mínus). Spätné napätie na primárnom vinutí závisí _len_ od pracovného cyklu impulzu alebo pracovného cyklu! Vysvetlím - v ustálenom stave prevádzky musí byť energia uložená v pohybe vpred úplne prevedená na záťaž v spätnom chode (ak nie je odovzdaná celá, tak sa začne hromadiť v jadre, dosiahneme prúdovú hranicu primárneho vinutia (a prípadne saturácie) a PWM regulátor znižuje trvanie impulzu). Zapamätajme si vzorec:

U = L(dl/dt)

tie. ak je T spätného zdvihu dvakrát väčšie ako pri doprednom zdvihu, potom U spätného zdvihu bude dvakrát menšie. Otu pri D = 33% dostaneme spätné napätie 155 voltov. Všetky. To je naša vypočítaná hodnota, na to sa spoliehame. TAk teda nepočítame prepätie v dôsledku únikovej indukčnosti, na spínači bude iba 310 + 155 = 465 voltov! Pri akomkoľvek výstupnom napätí (výstupné napätie sa vypočíta ako N2*155/N1, kde N1 a N2 sú počty závitov primárneho a sekundárneho vinutia). N1 sa vyberá na základe T dopredného zdvihu a energie, ktorá sa musí preniesť jedným impulzom. N2 sa volí tak, aby sa dosiahlo špecifikované maximálne výstupné napätie. OVyskytol sa problém s prekmitom v dôsledku únikovej indukčnosti. Jeho amplitúda nie je ničím obmedzená a výkon závisí od prúdu cez primárne vinutie a v skutočnosti aj od únikovej indukčnosti. Môžete sledovať štandardnú cestu a nainštalovať tlmič, potom sa všetka táto energia uvoľní na jeho rezistore (alebo zenerovej dióde). Nemusíte inštalovať snubber, potom sa energia uvoľní na spínači (mosfety sú dosť odolné voči lavínovým procesom a umožňujú odviesť dosť veľký emisný výkon bez poruchy alebo zhoršenia parametrov, čo sa o bipolároch povedať nedá ).
Ale v našom prípade nie je potrebné odpájať blesk od siete, takže môžeme vyrobiť pulzný transformátor vo forme autotransformátora (alebo tlmivky s odbočkou) a... potom nebudeme mať únikovú indukčnosť vôbec! V tomto prípade bude napätie na kľúči vždy 465 voltov! HPokiaľ ide o spätné napätie na výstupnej dióde, potom áno, bude veľké a môže presiahnuť kilovolt (t. j. napätie, na ktoré je navrhnutá väčšina moderných diód). ale tu môžeme zapojiť dve diódy do série a získať 2 kilovoltový usmerňovač.

Takže sme vypočítali obvod pre maximálne výstupné napätie. čo sa s ním stane, ak budeme chcieť prestať nabíjať kondenzátor pri napätí dva (napríklad) nižšom? ale nic zle. amplitúda napätia na kľúči nedosiahne ani 465 voltov - bude to 310 + 155/2 voltov.

Hlavným problémom v tomto obvode bude výroba transformátora - bude musieť uložiť dostatočne veľké množstvo energie pri každom impulze, aby sa výstupný kondenzátor nabil požadovanou rýchlosťou. môže byť vyrobený na dosť veľkom jadre v tvare W s medzerou alebo na škrtiacom krúžku s nízkou priepustnosťou. parametre možno vypočítať a/alebo zvoliť experimentálne navinutím vinutia, prechodom prúdu cez neho a sledovaním momentu nasýtenia. Mmaximálny prúd cez spínač bude viac ako skromný - 4-6 ampérov, v závislosti od režimu obvodu (diskontinuálne alebo nepretržité prúdy) a výkonu (počítal som na približne 300-320 wattov).

Uvádzam náčrt schémy. Obvod je založený na UC3842 (alebo 3844) - lacnom regulátore PWM (v princípe je možné obvod prispôsobiť na akýkoľvek iný).

Stručne vám poviem, ako všetko funguje.

Keď pripojíte napájanie (vstupný filter, usmerňovač a kondenzátor nechám na vašom výbere) cez rezistor R7, kondenzátor C3 sa nabije na napätie 16,5 V, čo je prahová hodnota pre spustenie PWM regulátora. Potom sa energia odoberá z vinutia III transformátora cez usmerňovač a filter R9, VD4, C8. Dióda VD1 je potrebná, aby sa cez odpor R7 nabíjal iba kondenzátor C3, ale nie C8. Treba si uvedomiť, že vinutie III je zapojené tak, že napätie na ňom sa odoberá v smere dopredu a nie spätne, a teda nezávisí od výstupného napätia jednotky, ale závisí len od napájacieho napätia. Vinutie IV je pripojené pomocou rovnakého princípu, ktorý poskytuje napájanie spätnoväzbovému obvodu. Pretože prúdy v týchto obvodoch sú malé (obmedzené odpormi R8 a R9), ich zahrnutie nemá prakticky žiadny vplyv na činnosť obvodu.

Frekvencia a maximálny pracovný cyklus generátora PWM sú nastavené kondenzátorom C1 a rezistorom R1. V diagrame uvádzam približné údaje, tieto prvky možno bude potrebné vybrať (plánoval som frekvenciu 100 kHz). Všeobecný princíp činnosti generátora PWM je nasledujúci: na začiatku sa kondenzátor C1 nabíja cez odpor R1 z referenčného napätia mikroobvodu (5 voltov), potom sa vybíja cez vnútorný zdroj prúdu. Zároveň je počas procesu vybíjania kondenzátora výstupné napätie mikroobvodu vždy nízke (t.j. mŕtvy čas).

Rezistor R2 vytvára napätie úmerné prúdu cez spínač. Keď dosiahne 4A (napätie 1V na CS vstupe), PWM uzavrie tranzistor. Filter R3C6 je určený na potlačenie šumu spojeného so spínaním tranzistorov. Rezistor R1 a dióda VD2 sú navrhnuté tak, aby otvárali kľúč relatívne pomaly a čo najrýchlejšie ho zatvárali.

Takže, teraz sa pozrime na získanie výstupného napätia. Keď je kľúč otvorený, prúd preteká vinutím I transformátora. Súčasne je napätie na diódach VD5-VD6 obrátené a sú zatvorené. Keď je spínač zatvorený, napätie na vinutí I a II prudko zmení znamienko, diódy sa otvoria a začnú nabíjať kondenzátor lineárne klesajúcim prúdom. Vzhľadom na to, že v tomto prípade sa napätie odoberá aj z primárneho vinutia, nemáme vôbec žiadnu zvodovú indukčnosť a nepotrebujeme inštalovať tlmič. Jedinou nevýhodou tohto obvodu je, že výstupné napätie má iný „spoločný“ vodič a je galvanicky pripojené k sieti. Ale pre napájanie bleskov to nevadí.

TL431A a optočlen 817C majú stabilizátor výstupného napätia, ktorý je regulovaný odporom R16 od približne 150 do 350 voltov. Rezistor R13 je potrebný na to, aby sa kondenzátor neustále trochu vybíjal a PWM regulátor sa pri dosiahnutí určeného napätia nevypol (keďže napája seba aj spätnoväzbový obvod). Nie som si však úplne istý, že takýto zdroj bude fungovať spoľahlivo - je potrebné ho zostaviť a otestovať. Prípadne môžete napájať ovládač a spätná väzba zo samostatného zdroja energie na transformátore, ale tým sa zväčšia rozmery konštrukcie.

Ako som už povedal, približné údaje transformátora sú vinutia I a II po 500 μH, vinutia III a IV - také, aby sa na nich počas chodu vpred generovalo požadované napätie (asi 16 V a 12 V). Transformátor musí vydržať prúd 4A v primárnom vinutí bez nasýtenia. V zásade môže byť prúd odlišný - zmení sa iba výkon jednotky a rýchlosť nabíjania kondenzátora (pre maximálny prípustný prúd vinutia je potrebné zvoliť iba R2).

Štrukturálne je to „sendvič“ dvoch vodičov a dielektrika, ktorým môže byť vákuum, plyn, kvapalina, organická alebo anorganická pevná látka. Prvé domáce kondenzátory (sklenené nádoby s brokom, potiahnuté fóliou) vyrobili v roku 1752 M. Lomonosov a G. Richter.

Kondenzátor má už viac ako 250 rokov, no ani nepomyslí na zastaranie. Navyše 1 kg „obyčajných spravodlivých kondenzátorov“ uchová menej energie ako kilogram batérií alebo palivových článkov, ale je schopný ju uvoľniť rýchlejšie ako oni a zároveň vyvíjajú väčšiu silu. — Pri rýchlom vybití kondenzátora je možné získať vysokovýkonný impulz, napríklad vo fotobleskoch, opticky čerpaných pulzných laseroch a kolidéroch. Takmer v každom zariadení sú kondenzátory, takže ak nemáte nové kondenzátory, môžete ich odtiaľ pre experimenty odstrániť.

Keďže schopnosť akumulovať náboje na elektróde je obmedzená ich vzájomným odpudzovaním, ich prenos na elektródu nemôže byť nekonečný. Ako každé úložné zariadenie, aj kondenzátor má veľmi špecifickú kapacitu. Tak sa tomu hovorí - elektrická kapacita. Meria sa vo faradoch a pre plochý kondenzátor s doskami plochy S(každý), umiestnený na diaľku d, kapacita je Sε 0 ε/d(at S>> d), Kde ε – relatívna dielektrická konštanta a ε 0 =8,85418781762039 * 10 -12 .

Kapacita kondenzátora je tiež rovnaká q/U, Kde q- náboj kladnej platne, U— napätie medzi platňami. Kapacita závisí od geometrie kondenzátora a dielektrickej konštanty dielektrika a nezávisí od náboja dosiek.

V tomto prípade prebiehajú rôzne polarizačné procesy pri rôznych rýchlostiach. Jedna vec je premiestňovanie elektrónových obalov, ku ktorému dochádza takmer okamžite, druhá vec je rotácia molekúl, najmä veľkých, a tretia je migrácia voľných nábojov. Posledné dva procesy samozrejme závisia od teploty a v kvapalinách prebiehajú oveľa rýchlejšie ako v pevných látkach. Ak sa dielektrikum zahreje, rotácia dipólu a migrácia náboja sa urýchli. Ak je pole vypnuté, depolarizácia dielektrika tiež nenastane okamžite. Zostáva polarizovaný nejaký čas, kým tepelný pohyb nerozptýli molekuly do ich pôvodného chaotického stavu. Preto sú pre kondenzátory, kde je polarita prepínaná pri vysokých frekvenciách, vhodné iba nepolárne dielektrikum: fluoroplast, polypropylén.

Skontrolujme tento jav - zvýšenie napätia pri natiahnutí kondenzátora - experimentálne. Napísal som jednoduchý program vo Visual Basicu na príjem údajov z nášho ovládača PMK018 a ich zobrazenie na obrazovke. Vo všeobecnosti vezmeme dve 200 x 150 mm dosky z textolitu, pokryté na jednej strane fóliou, a spájkujeme vodiče vedúce k meraciemu modulu. Potom na jeden z nich položíme dielektrikum - list papiera - a prikryjeme ho druhým plátom. Doštičky nedoliehajú tesne, preto ich pritlačíme nahor telom pera (ak stlačíte rukou, môžete si vytvoriť interferenciu).

Merací obvod je jednoduchý: potenciometer R1 nastavuje napätie (v našom prípade 3 volty) privádzané do kondenzátora a tlačidlo S1 slúži na jeho napájanie alebo nie.

Kondenzátor ako zásobník energie

Je veľmi jednoduché uistiť sa, že energia je uložená v najmenšom kondenzátore. Na to potrebujeme priehľadnú červenú LED a zdroj konštantného prúdu (9-voltová batéria bude stačiť, ale ak to menovité napätie kondenzátora dovoľuje, je lepšie vziať väčší). Experiment pozostáva z nabitia kondenzátora a následného pripojenia LED diódy (nezabudnite na polaritu) a sledovania, ako bliká. V tmavej miestnosti je záblesk viditeľný aj z kondenzátorov s desiatkami pikofaradov. Asi sto miliónov elektrónov emituje sto miliónov fotónov. Nie je to však limit, pretože ľudské oko dokáže spozorovať oveľa slabšie svetlo. Len som nenašiel menej kapacitné kondenzátory. Ak počet dosiahne tisíce mikrofarád, ušetrite LED a namiesto toho skratujte kondenzátor na kovový predmet, aby ste videli iskru - zrejmý znak prítomnosti energie v kondenzátore.

Kondenzátor sa tiež používa na ukladanie „takmer večnej“ energie generovanej trasením, vibráciami, zvukom, detekciou rádiových vĺn alebo žiarenia elektrickej siete. Postupne akumulovaná energia z takýchto slabých zdrojov umožňuje, aby bezdrôtové senzory a iné elektronické zariadenia fungovali nejaký čas. Tento princíp je základom večnej „prstovej“ batérie pre zariadenia s miernou spotrebou energie (ako sú diaľkové ovládače televízorov). Jeho telo obsahuje kondenzátor s kapacitou 500 milifaradov a generátor, ktorý ho napája osciláciami s frekvenciou 4–8 hertzov s voľným výkonom 10 až 180 miliwattov. Vyvíjajú sa generátory na báze piezoelektrických nanodrôtov, ktoré sú schopné nasmerovať energiu takých slabých vibrácií, akými sú tlkot srdca, dopad podrážok topánok o zem, vibrácie technických zariadení do kondenzátora.

Ďalším zdrojom voľnej energie je inhibícia. Zvyčajne, keď vozidlo brzdí, energia sa mení na teplo, ale môže sa akumulovať a potom použiť počas zrýchľovania. Tento problém je obzvlášť akútny pre verejnú dopravu, ktorá na každej zastávke spomaľuje a zrýchľuje, čo vedie k značnej spotrebe paliva a znečisteniu ovzdušia výfukovými emisiami. V regióne Saratov v roku 2010 spoločnosť Elton vytvorila Ecobus - experimentálny minibus s neobvyklými elektromotormi na kolesách a superkondenzátormi - zariadeniami na uchovávanie brzdnej energie, ktoré znižujú spotrebu energie o 40%. Využíva materiály vyvinuté v projekte Energia-Buran, najmä uhlíkovú fóliu. Vo všeobecnosti je Rusko vďaka vedeckej škole vytvorenej v ZSSR jedným zo svetových lídrov vo vývoji a výrobe elektrochemických kondenzátorov. Napríklad produkty Elton sa od roku 1998 vyvážajú do zahraničia a nedávno sa začala výroba týchto produktov v USA na základe licencie ruskej spoločnosti.

Kapacita jedného moderného kondenzátora (2 farády, foto vľavo) je tisíckrát väčšia ako kapacita celej zemegule. Sú schopné uložiť elektrický náboj 40 Coulombov!

Ale táto sovietska „hruď starého otca“ na elektróny (foto vpravo) nie je taká priestranná, ale dokáže vydržať napätie 40 000 voltov (všimnite si porcelánové poháre, ktoré chránia všetky tieto volty pred rozpadom na tele kondenzátora). To je veľmi výhodné pre „elektromagnetickú bombu“, v ktorej je kondenzátor vybitý na medenú rúrku, ktorá je súčasne stlačená zvonku výbuchom. Výsledkom je veľmi silný elektromagnetický impulz, ktorý deaktivuje rádiové zariadenia. Mimochodom, pri jadrovom výbuchu sa na rozdiel od bežného uvoľní aj elektromagnetický impulz, ktorý opäť zdôrazňuje podobnosť jadra uránu s kondenzátorom. Mimochodom, takýto kondenzátor sa dá priamo nabíjať statickou elektrinou z hrebeňa, ale nabitie na plné napätie bude samozrejme trvať dlho. Smutnú skúsenosť van Musschenbroecka však bude možné zopakovať vo veľmi vyhrotenej verzii.

Vo všeobecnosti sa zdá, že pre tento experiment je vhodný akýkoľvek kondenzátor s kapacitou nie väčšou ako 100 nf. Môžete urobiť viac, ale budete ho musieť dlho nabíjať, aby ste získali dostatočné napätie pre LED. Ak sú však zvodové prúdy v kondenzátore malé, LED bude horieť dlhšie. Možno by vás napadlo použiť tento princíp na vytvorenie zariadenia na dobíjanie mobilu trením o vlasy počas rozhovoru :)

Vynikajúci vysokonapäťový kondenzátor je skrutkovač. V tomto prípade jeho rukoväť slúži ako dielektrikum a kovová tyč a ľudská ruka slúžia ako dosky. Vieme, že plniace pero natreté na vlasoch priťahuje kúsky papiera. Ak si pošúchate skrutkovačom po vlasoch, nič z toho nebude - kov nemá schopnosť odoberať elektróny z bielkovín - kúsky papiera nepriťahoval a ani nepriťahoval. Ak ho ale ako v predchádzajúcom pokuse pretriete nabitým plniacim perom, skrutkovač sa vďaka nízkej kapacite rýchlo nabije na vysoké napätie a začnú sa k nemu priťahovať kúsky papiera.

Prečo však také ťažkosti - existuje nahrávanie videa. Ukazuje, že LED dióda bliká dosť jasne:

Keď sú kondenzátory nabité na vysoké napätie, začína hrať úlohu okrajový efekt, ktorý pozostáva z nasledovného. Ak je vo vzduchu medzi platne umiestnené dielektrikum a je na ne privedené postupne sa zvyšujúce napätie, potom pri určitej hodnote napätia nastane na okraji platne tichý výboj, ktorý je zistiteľný charakteristickým šumom a žiarou v tme. Veľkosť kritického napätia závisí od hrúbky dosky, ostrosti hrany, typu a hrúbky dielektrika atď. Čím je dielektrikum hrubšie, tým je vyššie cr. Napríklad, čím vyššia je dielektrická konštanta dielektrika, tým je nižšia. Na zníženie okrajového efektu sú okraje dosky zapustené do dielektrika s vysokou elektrickou pevnosťou, dielektrické tesnenie je na okrajoch zosilnené, okraje dosiek sú zaoblené a na mieste je vytvorená zóna s postupne klesajúcim napätím. okraj dosiek zhotovením okrajov dosiek z materiálu s vysokým odporom, zníženie napätia na jeden kondenzátor jeho rozdelením na niekoľko sériovo zapojených.

Hmm.. ale ak je kapacita telesa schopnosť akumulovať náboj, potom je to pravdepodobne veľmi odlišné pre kladné a záporné náboje... Predstavme si sférický kondenzátor vo vákuu... Nabíjajme ho negatívne od srdca, nešetríme elektrárne a gigawatthodiny (to je to dobré na myšlienkovom experimente!)... ale v istom momente bude toľko prebytkov elektróny na tejto guličke, ktoré jednoducho začnú rozhadzovať po celom vákuu, len aby neboli v takej elektronegatívnej tesnosti. Ale to sa nestane s kladným nábojom - elektróny, bez ohľadu na to, koľko ich zostane, neodletia z kryštálovej mriežky kondenzátora.
Čo sa stane, kladná kapacita je zjavne oveľa väčšia ako záporná? Nie! Pretože elektróny tu vlastne neboli na naše rozmaznávanie, ale na spájanie atómov a bez ich citeľného podielu, Coulombovo odpudzovanie kladných iónov kryštálovej mriežky by okamžite rozbilo najobrnenejší kondenzátor na prach :)

Absolútny štandard kapacity je možné skonštruovať výpočtom jeho kapacity pomocou fyzikálnych vzorcov založených na presných meraniach rozmerov dosiek. Takto sa vyrábajú najpresnejšie kondenzátory u nás, ktoré sú umiestnené na dvoch miestach. Štátna norma GET 107-77 sa nachádza vo federálnom štátnom jednotnom podniku SNIIM a pozostáva zo 4 nepodporovaných koaxiálnych valcových kondenzátorov, ktorých kapacita je vypočítaná s vysokou presnosťou pomocou rýchlosti svetla a jednotiek dĺžky a frekvencie, ako aj vysokofrekvenčný kapacitný komparátor, ktorý umožňuje porovnať kapacity kondenzátorov prinesených na overenie so štandardom (10 pf) s chybou menšou ako 0,01% vo frekvenčnom rozsahu 1-100 MHz (foto vľavo).

Štandard GET 25-79 (foto vpravo), ktorý sa nachádza vo Federal State Unitary Enterprise VNIIM pomenovanom po. DI. Mendelejev obsahuje výpočtový kondenzátor a interferometer vo vákuovom bloku, kapacitný transformátorový mostík doplnený kapacitnými mierami a termostatom a zdroje žiarenia so stabilizovanou vlnovou dĺžkou. Norma je založená na metóde stanovenia prírastkov kapacity sústavy krížových elektród konštrukčného kondenzátora pri zmene dĺžky elektród o daný počet vlnových dĺžok vysoko stabilného svetelného žiarenia. To zaisťuje, že sa udržiava presná hodnota kapacity 0,2 pF s presnosťou lepšou ako 0,00005 %

Ale na rádiovom trhu v Mitine som ťažko našiel kondenzátor s presnosťou vyššou ako 5% 🙁 No, skúsme vypočítať kapacitu pomocou vzorcov na základe meraní napätia a času cez náš obľúbený PMK018. Kapacitu vypočítame dvoma spôsobmi. Prvá metóda je založená na vlastnostiach exponenciály a pomere napätí na kondenzátore, meraných v rôznych okamihoch výboja. Druhým je meranie náboja vydávaného kondenzátorom počas vybíjania; získava sa integráciou prúdu v priebehu času. Oblasť ohraničená aktuálnym grafom a súradnicovými osami sa číselne rovná náboju daného kondenzátorom. Pre tieto výpočty potrebujete presne vedieť odpor obvodu, cez ktorý sa vybíja kondenzátor. Tento odpor som nastavil presným odporom 10 kOhm z elektronickej súpravy.

A tu sú výsledky experimentu. Venujte pozornosť tomu, ako krásne a hladko dopadol vystavovateľ. Nie je matematicky vypočítaná počítačom, ale priamo meraná zo samotnej prírody. Vďaka súradnicovej mriežke na obrazovke je jasné, že vlastnosť exponenciály je presne dodržaná - v rovnakých časových intervaloch sa znižuje rovnako veľakrát (dokonca som to meral pravítkom na obrazovke :) vidíme, že fyzikálne vzorce celkom adekvátne odrážajú realitu okolo nás.

Ako vidíte, nameraná a vypočítaná kapacita sa približne zhoduje s nominálnou kapacitou (a s údajmi čínskych multimetrov), ale nie presne. Je škoda, že neexistuje žiadna norma, ktorá by určila, ktorá z nich je pravdivá! Ak niekto pozná štandardnú nádobu, ktorá je lacná alebo dostupná doma, určite o nej napíšte sem do komentárov.

V silovej elektrotechnike ako prvý na svete použil kondenzátor Pavel Nikolajevič Jabločkov v roku 1877. Zjednodušil a zároveň zdokonalil Lomonosovove kondenzátory, nahradil broky a fóliu kvapalinou a paralelne prepojil banky. Vlastní nielen vynález inovatívnych oblúkových lámp, ktoré dobyli Európu, ale aj množstvo patentov súvisiacich s kondenzátormi. Pokúsme sa zostaviť Yablochkov kondenzátor pomocou slanej vody ako vodivej kvapaliny a sklenenej nádoby so zeleninou ako nádoby. Výsledná kapacita bola 0,442 nf. Ak nahradíme téglik plastovým vreckom, ktoré má väčšiu plochu a mnohonásobne menšiu hrúbku, kapacita sa zvýši na 85,7 nf. (Najskôr naplňte vrecko vodou a skontrolujte zvodové prúdy!) Kondenzátor funguje - dokonca vám umožňuje blikať LED! Svoje funkcie úspešne plní aj v elektronických obvodoch (skúsil som ho pripojiť ku generátoru namiesto bežného kondenzátora - všetko funguje).

Voda tu hrá ako vodič veľmi skromnú úlohu a ak máte fóliu, vystačíte si aj bez nej. Po Yablochkovovi urobíme to isté. Tu je sľudový a medený fóliový kondenzátor s kapacitou 130 pf.

Kovové platne by mali priliehať čo najbližšie k dielektriku a je potrebné vyhnúť sa vneseniu lepidla medzi platňu a dielektrikum, ktoré spôsobí dodatočné straty na striedavom prúde. Preto sa v súčasnosti používa hlavne kov ako pokovovanie, chemicky alebo mechanicky nanesený na dielektrikum (sklo) alebo k nemu tesne pritlačený (sľuda).

Namiesto sľudy môžete použiť veľa rôznych dielektrík, čo sa vám páči. Merania (pre dielektrika rovnakej hrúbky) ukázali, že vzduch ε najmenší, pre fluoroplasty je väčší, pre silikón ešte väčší a pre sľudu je ešte väčší a v zirkoničitanu olova je jednoducho obrovský. Presne tak by to podľa vedy malo byť – veď vo fluoroplaste sú elektróny, dalo by sa povedať, pevne zviazané s fluorouhľovodíkovými reťazcami a môžu sa len mierne odchyľovať – elektrón nemá kam preskakovať z atómu na atóm.

Takéto experimenty môžete vykonávať sami s látkami, ktoré majú rôzne dielektrické konštanty. Čo si myslíte, že má vyššiu dielektrickú konštantu, destilovaná voda alebo olej? Soľ alebo cukor? Parafín alebo mydlo? prečo? Dielektrická konštanta závisí od veľa vecí... dala by sa o tom napísať celá kniha.

To je všetko? 🙁

Nie, nie všetky! O týždeň bude pokračovanie! 🙂