Yüklü bir kapasitörün enerjisi, kapasitörlerin kullanımı
Metaller mükemmel elektrik iletkenleridir. Elektrik yükü olmadan serbest elektron taşıyıcılarına sahip oldukları için elektriği iletirler. Ve örneğin, sabit bir EMF kaynağının yardımıyla bir bakır telin uçlarında bir potansiyel farkı oluşturulursa, o zaman böyle bir telde bir elektrik akımı ortaya çıkacaktır - elektronlar EMF'nin negatif terminalinden öne çıkacaktır. kaynak - pozitif terminaline.
Aksine, dielektrikler elektrik akımı iletkenleri değildir, çünkü içlerinde serbest elektrik yükü taşıyıcıları yoktur. Dielektriklerdeki pozitif ve negatif yük taşıyıcıları birbirine bağlıdır ve harici bir elektrik alanında yalnızca dönebilen, ancak bir elektrik alanının etkisi altında translasyonel olarak hareket edemeyen elektrik dipolleri oluşturur.
Bu konuda daha fazlası: Metaller ve dielektrikler arasındaki farklar, Ve dielektrikler neden elektriği iletmez
Örneğin, PVC boru şeklinde bir dielektrik parçası alın (polivinil klorür bir dielektriktir).Tüpün dış yüzeyini streç filmle kaplayın ve tüpün iç duvarlarına her taraftan değecek şekilde içine biraz daha buruşuk folyo koyun.
Şimdi EMF kaynağını alırsak, diyelim ki pil 24 volt ve negatif kutbu iç folyoya ve pozitif kutbu dışarıya bağlayın, ardından folyonun her iki parçası da pilden farklı işaretlerde bir yük alacak ve dışarıdan içeriden yönlendirilen bir elektrik alanı olacaktır. PVC boru cidarının tüm hacminde hareket eder.
Bu nedenle, bu elektrik alanında, dielektrik moleküller (PVC) dönecek ve kendilerini dış elektrik alana göre yönlendirecekler - dielektrik polarize böylece onu oluşturan moleküller negatif taraflarını sırasıyla pozitif elektrota (artı aküye bağlı folyoya), pozitif tarafları içe doğru - negatif elektrota çevirirler. Pili çıkaralım.
Pozitif yük, PVC moleküllerinin dışa bakan negatif yüklü tarafları tarafından hala tutulduğu için dış folyo üzerinde kalır ve negatif yük, dielektrik moleküllerin pozitif tarafları tarafından tutulduğu için iç kısımda kalır. içe. Her şey elektrostatik yasasına tam olarak uygun olarak gerçekleşti.
Şimdi folyonun dış ve iç kısımlarını pense ile kapatırsanız, kapatma anında küçük bir kıvılcım fark edebilirsiniz: plakalardan gelen zıt yükler birbirini çeker ve tel (maşa) ve dielektrik boyunca bir akıma neden olur. orijinal nötr durumuna geri döner.
Bir dielektrik tüp ve iki folyo plakadan oluşan bu cihaza bir pil bağlandığında biriktiği rahatlıkla söylenebilir. Elektrik enerjisi.
Benzer bir konfigürasyona sahip cihazlar, birbirinden izole edilmiş iletken plakalar arasına yerleştirilmiş bir dielektrik olarak adlandırılır. elektrik kondansatörleri.
Bu ilginç:Kapasitörler ve Piller - Fark Nedir?
Tarihsel olarak, ilk prototip kapasitör olan Leiden Bank, 1745 yılında Leiden'de Alman fizikçi Ewald Jürgen von Kleist tarafından ve bağımsız olarak Hollandalı fizikçi Peter van Muschenbrück tarafından icat edildi.
Yüklü bir kapasitörün enerjisi, yüklendiği gerilime (plakalar arasındaki potansiyel fark) bağlıdır, çünkü birbirinden ayrılmış plakalar üzerindeki zıt yüklerin potansiyel enerjisinden bahsediyoruz.
Dolayısıyla bu enerji, bu yüklerin elektrik alanının birbirlerini çektiklerinde yapacakları işe (veya kondansatörün yüklenmesi sırasında birbirlerinden ayrıldıklarında kaynağın yaptığı işe) eşittir. Yükün temel bir kısmını bir plakadan diğerine taşımanın temel işi şuna eşittir:
Farklı konfigürasyonlardaki kapasitörler, aynı miktarda yük ile şarj edildiğinde, plakalar arasında farklı potansiyel farkları yaşayacaktır. Farklı kapasitörler için plakalara uygulanan farklı voltajların nicel olarak farklı bir yüke neden olacağı da söylenebilir.
Pratikte bu, her kondansatörün belirli bir sabit değere sahip olduğu anlamına gelir; konfigürasyonu, plakaların şekli, dielektrikin dielektrik sabiti vb. ile ilgili olarak söz konusu kondansatörü karakterize eden bir özellik. Bu parametre denir elektrik kapasitesi C. Bir kapasitör q üzerindeki yük, plakaları U arasındaki potansiyel farkla şu şekilde ilişkilidir:
Bu nedenle, entegre edildikten sonra yüklü kapasitörün toplam enerjisinin ifadesi aşağıdaki gibi yazılabilir:
Günümüzde kapasitörler, bilim ve teknolojinin çeşitli alanlarında kullanılmaktadır: elektrik enerjisi depolama cihazları olarak, güç kaynaklarında dalgaları yumuşatmak için filtreler olarak, elektronik cihazların kontrol devrelerinde, reaktif güç kompanzasyon cihazlarında, endüksiyon tesisatlarında ve radyo cihazlarında parça olarak. salınımlı bir devrenin, güçlü puls üreteçlerinde, elektromanyetik hızlandırıcılarda, hava nemi ölçerlerinde vb.
Daha fazla ayrıntı için buraya bakın:Elektrik devrelerinde neden kapasitörler kullanılır?