Kể từ khi bắt đầu nghiên cứu về điện, chỉ đến năm 1745, Ewald Jurgen von Kleist và Pieter van Muschenbroek mới giải quyết được vấn đề tích tụ và bảo quản điện. Được tạo ra ở Leiden, Hà Lan, thiết bị này giúp bạn có thể tích lũy năng lượng điện và sử dụng nó khi cần thiết.
Leyden jar - một nguyên mẫu của một tụ điện. Việc sử dụng nó trong các thí nghiệm vật lý đã nâng cao nghiên cứu về điện đi trước rất nhiều, giúp nó có thể tạo ra một nguyên mẫu của dòng điện.
Tụ điện là gì
Để thu thập điện tích và điện là mục đích chính của tụ điện. Thông thường đây là một hệ thống gồm hai dây dẫn cách điện đặt càng gần nhau càng tốt. Không gian giữa các vật dẫn được làm đầy bằng chất điện môi. Điện tích tích lũy trên các dây dẫn được chọn khác nhau. Tính chất của các điện tích trái dấu bị thu hút góp phần vào sự tích lũy lớn hơn của nó. Chất điện môi được giao một vai trò kép: hằng số điện môi càng lớn thì khả năng tích điện càng lớn, các điện tích không thể vượt qua được rào cản vàtrung hòa.
Công suất điện là đại lượng vật lý chính đặc trưng cho khả năng tích tụ điện tích của tụ điện. Các vật dẫn được gọi là bản, điện trường của tụ điện tập trung giữa chúng.
Năng lượng của một tụ điện, dường như phụ thuộc vào dung lượng của nó.
Công suất điện
Tiềm năng năng lượng giúp sử dụng tụ điện (công suất điện lớn). Năng lượng của tụ điện được sử dụng khi cần tạo xung dòng điện ngắn.
Công suất điện phụ thuộc vào những đại lượng nào? Quá trình sạc tụ điện bắt đầu bằng cách nối các bản của nó với các cực của nguồn hiện tại. Điện tích tích lũy trên một bản (giá trị của nó là q) được coi là điện tích của tụ điện. Điện trường tập trung giữa các bản có hiệu điện thế U.
Công suất điện (C) phụ thuộc vào điện lượng tập trung vào một dây dẫn và điện áp trường: C=q / U.
Giá trị này được đo bằng F (farads).
Dung lượng của toàn bộ Trái đất không thể so sánh với dung lượng của một tụ điện, kích thước của nó chỉ bằng một cuốn sổ tay. Sạc mạnh tích lũy có thể được sử dụng trên các phương tiện giao thông.
Tuy nhiên, không có cách nào để tích lũy lượng điện vô hạn trên các đĩa. Khi điện áp tăng đến giá trị cực đại thì có thể xảy ra hiện tượng đánh thủng tụ điện. tấmvô hiệu hóa, có thể làm hỏng thiết bị. Năng lượng của một tụ điện được sử dụng hoàn toàn để làm nóng nó.
Giá trị năng lượng
Sự nóng lên của tụ điện là do sự biến đổi năng lượng của điện trường thành nội năng. Khả năng làm việc của tụ điện để di chuyển điện tích cho thấy sự hiện diện của nguồn điện đủ. Để xác định năng lượng của một tụ điện tích điện là bao nhiêu, hãy xem xét quá trình phóng điện của nó. Dưới tác dụng của điện trường có hiệu điện thế U, một điện tích q truyền từ bản này sang bản khác. Theo định nghĩa, công của trường bằng tích của hiệu điện thế và điện tích: A=qU. Tỉ số này chỉ có giá trị hiệu điện thế không đổi, nhưng trong quá trình phóng điện trên các bản tụ điện giảm dần về không. Để tránh sự thiếu chính xác, chúng tôi lấy giá trị trung bình của nó là U / 2.
Từ công thức công suất điện ta có: q=CU.
Từ đây, năng lượng của tụ điện có thể được xác định theo công thức:
W=CU2/ 2.
Ta thấy giá trị của nó càng lớn thì công suất và hiệu điện thế càng cao. Để trả lời câu hỏi về năng lượng của một tụ điện tích điện là bao nhiêu, chúng ta hãy chuyển sang các giống của chúng.
Các loại tụ điện
Vì năng lượng của điện trường tập trung bên trong tụ điện liên quan trực tiếp đến điện dung của nó và hoạt động của tụ điện phụ thuộc vào tính năng thiết kế của chúng, nên nhiều loại thiết bị lưu trữ khác nhau được sử dụng.
- Theo hình dạng của các tấm: phẳng, hình trụ, hình cầu, v.v.đ.
- Bằng cách thay đổi điện dung: không đổi (điện dung không thay đổi), thay đổi (bằng cách thay đổi tính chất vật lý, chúng ta thay đổi điện dung), điều chỉnh. Thay đổi điện dung có thể được thực hiện bằng cách thay đổi nhiệt độ, ứng suất cơ hoặc điện. Điện dung của tụ tông đơ thay đổi bằng cách thay đổi diện tích của các tấm.
- Theo loại điện môi: chất điện môi khí, lỏng, rắn.
- Theo loại chất điện môi: thủy tinh, giấy, mica, giấy kim loại, gốm, màng mỏng với nhiều thành phần khác nhau.
Tùy thuộc vào loại, các tụ điện khác cũng được phân biệt. Năng lượng của tụ điện phụ thuộc vào đặc tính của chất điện môi. Đại lượng chính được gọi là hằng số điện môi. Công suất điện tỷ lệ thuận với nó.
Tụ tấm
Hãy xem xét thiết bị đơn giản nhất để thu thập điện tích - một tụ điện phẳng. Đây là một hệ thống vật lý gồm hai tấm song song, giữa chúng có một lớp điện môi.
Hình dạng của các tấm có thể là hình chữ nhật và hình tròn. Nếu cần lấy một dung lượng thay đổi, thì theo thói quen, người ta lấy các đĩa ở dạng nửa đĩa. Sự quay của một tấm này so với một tấm khác dẫn đến sự thay đổi diện tích của các tấm.
Ta giả sử rằng diện tích của một bản bằng S, khoảng cách giữa các bản được lấy bằng d, hằng số điện môi của chất độn là ε. Điện dung của một hệ thống như vậy chỉ phụ thuộc vào hình dạng của tụ điện.
C=εε0S / d.
Năng lượng của tụ điện phẳng
Ta thấy điện dung của tụ tỷ lệ thuận với diện tích toàn phần của một bản và tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa chúng. Hệ số tỉ lệ là hằng số điện ε0. Tăng hằng số điện môi của chất điện môi sẽ làm tăng công suất điện. Giảm diện tích của các tấm cho phép bạn có được các tụ điện điều chỉnh. Năng lượng điện trường của tụ điện phụ thuộc vào các thông số hình học của nó.
Sử dụng công thức tính: W=CU2/ 2.
Việc xác định năng lượng của tụ điện phẳng tích điện được thực hiện theo công thức:
W=εε0S U2/ (2d).
Sử dụng tụ điện
Khả năng tụ điện thu thập một cách mượt mà điện tích và cho nó đi đủ nhanh được sử dụng trong các lĩnh vực công nghệ khác nhau.
Kết nối với cuộn cảm cho phép bạn tạo mạch dao động, bộ lọc dòng, mạch phản hồi.
Ảnh nhấp nháy, súng gây choáng, trong đó xảy ra phóng điện gần như tức thời, sử dụng khả năng của tụ điện để tạo ra xung dòng điện mạnh mẽ. Tụ điện được tích điện từ nguồn điện một chiều. Bản thân tụ điện đóng vai trò như một phần tử làm đứt mạch điện. Sự phóng điện theo hướng ngược lại xảy ra qua đèn có điện trở ohm thấp gần như ngay lập tức. Trong súng bắn điện, yếu tố này là cơ thể con người.
Tụ điện hoặc pin
Khả năng giữ điện tích tích lũy trong một thời gian dài mang đến cơ hội tuyệt vời để sử dụng nó như một kho lưu trữ thông tin hoặc năng lượng. Thuộc tính này được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật vô tuyến.
Thay pin thì tiếc là không tụ được, vì đặc thù là bị phóng điện. Năng lượng tích lũy không vượt quá vài trăm jun. Pin có thể lưu trữ một lượng lớn điện năng trong thời gian dài và hầu như không bị hao hụt.
