Sejak awal studi kelistrikan, baru pada tahun 1745 Ewald Jurgen von Kleist dan Pieter van Muschenbroek berhasil memecahkan masalah akumulasi dan pelestariannya. Dibuat di Leiden, Belanda, perangkat ini memungkinkan untuk mengumpulkan energi listrik dan menggunakannya saat diperlukan.
Leyden jar - prototipe kapasitor. Penggunaannya dalam eksperimen fisik memajukan studi listrik jauh ke depan, memungkinkan untuk membuat prototipe arus listrik.
Apa itu kapasitor
Untuk mengumpulkan muatan listrik dan listrik adalah tujuan utama kapasitor. Biasanya ini adalah sistem dua konduktor berinsulasi yang terletak sedekat mungkin satu sama lain. Ruang antara konduktor diisi dengan dielektrik. Muatan yang terakumulasi pada konduktor dipilih secara berbeda. Sifat muatan yang berlawanan untuk ditarik berkontribusi pada akumulasinya yang lebih besar. Dielektrik diberikan peran ganda: semakin besar konstanta dielektrik, semakin besar kapasitas listrik, muatan tidak dapat mengatasi penghalang dannetralkan.
Kapasitas listrik adalah kuantitas fisik utama yang mencirikan kemampuan kapasitor untuk mengakumulasi muatan. Konduktor disebut pelat, medan listrik kapasitor terkonsentrasi di antara mereka.
Energi kapasitor bermuatan, tampaknya, harus bergantung pada kapasitasnya.
Kapasitas listrik
Potensi energi memungkinkan penggunaan kapasitor (kapasitas listrik besar). Energi kapasitor yang diisi daya digunakan ketika diperlukan untuk menerapkan pulsa arus pendek.
Pada besaran apa kapasitas listrik bergantung? Proses pengisian kapasitor dimulai dengan menghubungkan pelat-pelatnya ke kutub-kutub sumber arus. Muatan yang terkumpul pada satu pelat (nilainya q) diambil sebagai muatan kapasitor. Medan listrik yang terkonsentrasi di antara pelat memiliki beda potensial U.
Kapasitas listrik (C) tergantung pada jumlah listrik yang terkonsentrasi pada satu penghantar dan tegangan medan: C=q/U.
Nilai ini diukur dalam F (farad).
Kapasitas seluruh bumi tidak sebanding dengan kapasitas kapasitor yang ukurannya kira-kira sebesar notebook. Akumulasi daya yang kuat dapat digunakan di kendaraan.
Namun, tidak ada cara untuk mengumpulkan listrik dalam jumlah tak terbatas pada pelat. Ketika tegangan naik ke nilai maksimum, kerusakan kapasitor dapat terjadi. piringdinetralkan, yang dapat merusak perangkat. Energi dari kapasitor yang terisi penuh dihabiskan untuk memanaskannya.
Nilai energi
Pemanasan kapasitor disebabkan oleh transformasi energi medan listrik menjadi internal. Kemampuan kapasitor untuk melakukan kerja untuk memindahkan muatan menunjukkan adanya suplai listrik yang cukup. Untuk menentukan seberapa tinggi energi kapasitor bermuatan, pertimbangkan proses pengosongannya. Di bawah aksi medan listrik tegangan U, muatan q mengalir dari satu pelat ke pelat lainnya. Menurut definisi, kerja medan sama dengan hasil kali beda potensial dan jumlah muatan: A=qU. Rasio ini hanya berlaku untuk nilai tegangan konstan, tetapi dalam proses pengosongan pada pelat kapasitor, secara bertahap berkurang menjadi nol. Untuk menghindari ketidakakuratan, kami mengambil nilai rata-ratanya U/2.
Dari rumus kapasitas listrik kita dapatkan: q=CU.
Dari sini, energi kapasitor bermuatan dapat ditentukan dengan rumus:
W=CU2/2.
Kita lihat semakin besar nilainya, semakin tinggi pula kapasitas dan tegangan listriknya. Untuk menjawab pertanyaan tentang berapa energi kapasitor bermuatan, mari kita beralih ke varietasnya.
Jenis kapasitor
Karena energi medan listrik yang terkonsentrasi di dalam kapasitor berhubungan langsung dengan kapasitansinya, dan pengoperasian kapasitor bergantung pada fitur desainnya, berbagai jenis perangkat penyimpanan digunakan.
- Menurut bentuk pelat: datar, silindris, bulat, dll.e.
- Dengan mengubah kapasitansi: konstan (kapasitansi tidak berubah), variabel (dengan mengubah sifat fisik, kami mengubah kapasitansi), penyetelan. Mengubah kapasitansi dapat dilakukan dengan mengubah suhu, tegangan mekanik atau listrik. Kapasitansi kapasitor pemangkas bervariasi dengan mengubah luas pelat.
- Berdasarkan jenis dielektrik: gas, cair, dielektrik padat.
- Berdasarkan jenis dielektrik: kaca, kertas, mika, kertas logam, keramik, film lapisan tipis dari berbagai komposisi.
Tergantung pada jenisnya, kapasitor lain juga dibedakan. Energi kapasitor bermuatan tergantung pada sifat dielektrik. Besaran utama disebut konstanta dielektrik. Kapasitas listrik berbanding lurus dengan itu.
Plat kapasitor
Pertimbangkan perangkat paling sederhana untuk mengumpulkan muatan listrik - kapasitor datar. Ini adalah sistem fisik dari dua pelat paralel, di antaranya ada lapisan dielektrik.
Bentuk pelat bisa persegi panjang dan bulat. Jika ada kebutuhan untuk mendapatkan kapasitas variabel, maka biasanya mengambil pelat dalam bentuk setengah cakram. Rotasi satu lempeng relatif terhadap yang lain menyebabkan perubahan luas pelat.
Kami berasumsi bahwa luas satu pelat sama dengan S, jarak antar pelat diambil sama dengan d, konstanta dielektrik pengisi adalah. Kapasitansi sistem seperti itu hanya bergantung pada geometri kapasitor.
C=0S/d.
Energi kapasitor datar
Kita melihat bahwa kapasitansi kapasitor berbanding lurus dengan luas total satu pelat dan berbanding terbalik dengan jarak di antara mereka. Koefisien proporsionalitas adalah konstanta listrik 0. Peningkatan konstanta dielektrik dielektrik akan meningkatkan kapasitas listrik. Mengurangi luas pelat memungkinkan Anda mendapatkan kapasitor penyetelan. Energi medan listrik kapasitor bermuatan tergantung pada parameter geometrisnya.
Gunakan rumus perhitungan: W=CU2/2.
Penentuan energi kapasitor berbentuk datar bermuatan dilakukan sesuai dengan rumus:
W=0S U2/(2d).
Menggunakan Kapasitor
Kemampuan kapasitor untuk mengumpulkan muatan listrik dengan lancar dan melepaskannya dengan cukup cepat digunakan di berbagai bidang teknologi.
Koneksi dengan induktor memungkinkan Anda membuat sirkuit osilasi, filter arus, sirkuit umpan balik.
Foto berkedip, pistol setrum, di mana pelepasan hampir seketika terjadi, gunakan kemampuan kapasitor untuk membuat pulsa arus yang kuat. Kapasitor diisi dari sumber arus searah. Kapasitor itu sendiri bertindak sebagai elemen yang memutus rangkaian. Pelepasan dalam arah yang berlawanan terjadi melalui lampu dengan resistansi ohmik rendah hampir seketika. Dalam stun gun, elemen ini adalah tubuh manusia.
Kapasitor atau baterai
Kemampuan untuk menyimpan akumulasi biaya untuk waktu yang lama memberikan peluang bagus untuk menggunakannya sebagai penyimpanan informasi atau penyimpanan energi. Properti ini banyak digunakan dalam teknik radio.
Ganti baterai, sayangnya, kapasitor tidak dapat, karena memiliki kekhasan untuk dikosongkan. Akumulasi energi tidak melebihi beberapa ratus joule. Baterai dapat menyimpan sejumlah besar listrik untuk waktu yang lama dan hampir tanpa kehilangan.
