Energia d'un condensador carregat, l'ús de condensadors

Els metalls són excel·lents conductors de l'electricitat. Condueixen l'electricitat perquè tenen portadors d'electrons lliures sense càrrega elèctrica. I si es crea una diferència de potencial als extrems, per exemple, d'un cable de coure amb l'ajuda d'una font constant d'EMF, aleshores sorgirà un corrent elèctric en aquest cable: els electrons sortiran del terminal negatiu de l'EMF. font - al seu terminal positiu.

Al contrari, els dielèctrics no són conductors del corrent elèctric, ja que no hi ha portadors lliures de càrrega elèctrica. Els portadors de càrrega positiva i negativa dels dielèctrics estan interconnectats i formen els anomenats dipols elèctrics, que en un camp elèctric extern només poden girar, però no poden moure's en translació sota la influència d'un camp elèctric.

Més sobre això: Diferències entre metalls i dielèctrics, i Per què els dielèctrics no condueixen l'electricitat

Prenguem, per exemple, un tros de dielèctric en forma de tub de PVC (el clorur de polivinil és un dielèctric).Cobriu la superfície exterior del tub amb film transparent i simplement empaqueu-lo amb paper d'alumini més arrugat per dins perquè toqui les parets interiors del tub al voltant.

Si ara prenem la font EMF, per exemple bateria de 24 volts i connecteu-lo amb el pol negatiu a la làmina interior i el pol positiu a l'exterior, llavors ambdues parts de la làmina rebran una càrrega de diferents signes de la bateria i un camp elèctric dirigit des de l'exterior des de l'interior. actuar en tot el volum de la paret de la canonada de PVC.

Per tant, en aquest camp elèctric, les molècules dielèctriques (PVC) giraran, s'orientaran segons el camp elèctric extern. el dielèctric està polaritzat de manera que les seves molècules constituents giren els seus costats negatius cap a fora, respectivament, cap a l'elèctrode positiu (a la làmina connectada a la bateria més), amb els seus costats positius, cap a dins, cap a l'elèctrode negatiu. Traiem la bateria.

La càrrega positiva roman a la làmina exterior, ja que encara està subjecta pels costats carregats negativament de les molècules de PVC cap a l'exterior, i una càrrega negativa a l'interior, ja que està subjecta pels costats positius de les molècules dielèctriques, que s'han girat. cap a dins. Tot va passar d'acord amb la llei de l'electrostàtica.

Si ara tanqueu les parts exteriors i interiors de la làmina amb unes pinces, en el moment del tancament podeu notar una petita espurna: les càrregues oposades de les plaques s'atrauen i provoquen un corrent a través del cable (pinces) i el dielèctric. torna al seu estat neutre original.

És segur dir que en aquest dispositiu, que consta d'un tub dielèctric i dues plaques de làmina, quan s'hi connecta una bateria, una acumulació de Energia elèctrica.

Els dispositius amb una configuració similar s'anomenen: un dielèctric tancat entre plaques conductores aïllades les unes de les altres condensadors elèctrics.

És interessant:Condensadors i bateries: quina diferència hi ha?

Històricament, el primer prototip de condensador, el Leiden Bank, va ser inventat el 1745 a Leiden pel físic alemany Ewald Jürgen von Kleist i de manera independent pel físic holandès Peter van Muschenbrück.

L'energia d'un condensador carregat depèn de la tensió (diferència de potencial entre les plaques) a la qual està carregat, ja que estem parlant de l'energia potencial de càrregues oposades a les plaques separades entre si.

Per tant, aquesta energia és igual al treball que farà el camp elèctric d'aquestes càrregues quan s'atrauen entre si (o que va fer la font quan es van separar durant la càrrega del condensador). El treball elemental de moure una part elemental de la càrrega d'una placa a una altra és igual a:

Els condensadors de diferents configuracions, quan es carreguen amb la mateixa quantitat de càrrega, experimentaran diferents diferències de potencial entre les plaques. També es pot dir que per a diferents condensadors, diferents voltatges aplicats a les plaques donaran lloc a una càrrega quantitativament diferent.

A la pràctica, això vol dir que cada condensador té un valor constant determinat, característica que caracteritza aquell condensador en concret, relacionada amb la seva configuració, la forma de les plaques, la constant dielèctrica del dielèctric, etc. Aquest paràmetre s'anomena capacitat elèctrica C. La càrrega d'un condensador q està relacionada amb la diferència de potencial entre les seves plaques U de la següent manera:

Per tant, l'expressió de l'energia total del condensador carregat, un cop integrat, es pot escriure de la següent manera:

Avui en dia, els condensadors s'utilitzen en diversos camps de la ciència i la tecnologia: com a dispositius d'emmagatzematge d'energia elèctrica, com a filtres per suavitzar les ones en fonts d'alimentació, durant el control de circuits RC de dispositius electrònics, en dispositius de compensació de potència reactiva, en instal·lacions d'inducció i dispositius de ràdio com a part. d'un circuit oscil·lant, en generadors de polsos potents, en acceleradors electromagnètics, en mesuradors d'humitat de l'aire, etc.

Per a més detalls consulteu aquí:Per què s'utilitzen condensadors en circuits elèctrics?