Kondensatorun elektrik tutumu: düsturlar və tarix

2024 Müəllif: Aaron Duncan | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-01 20:02

Elektrik kondensatoru elektrik enerjisini toplamaq və saxlamaq qabiliyyətinə malik passiv cihazdır. Bir dielektrik materialla ayrılmış iki keçirici lövhədən ibarətdir. Müxtəlif işarəli elektrik potensiallarının keçirici plitələrə tətbiqi onlar tərəfindən bir boşqabda müsbət, digərində mənfi olan bir yükün alınmasına səbəb olur. Bu halda, ümumi ödəniş sıfırdır.

Bu məqalə tarixə aid məsələlərdən və kondansatörün tutumunun tərifindən bəhs edir.

İxtira Hekayəsi

1745-ci ilin oktyabrında alman alimi Ewald Georg von Kleist qeyd etdi ki, elektrostatik generator və şüşə qabda müəyyən miqdarda su kabel ilə birləşdirilərsə, elektrik yükü saxlanıla bilər. Bu təcrübədə fon Kleistin əli və suyu keçirici, şüşə qab isə elektrik izolyatoru idi. Alim əli ilə metal telə toxunduqdan sonra güclü bir boşalma meydana gəldi, bu da idielektrostatik generatorun boşalmasından çox güclüdür. Nəticədə fon Kleist elektrik enerjisinin yığıldığı qənaətinə gəldi.

1746-cı ildə holland fiziki Pieter van Muschenbroek alimin işlədiyi Leiden Universitetinin şərəfinə Leyden şüşəsi adlandırdığı kondansatör icad etdi. Daniel Qralat daha sonra bir neçə Leiden şüşəsini birləşdirərək kondansatörün tutumunu artırdı.

1749-cu ildə Benjamin Franklin Leyden kondansatörünü tədqiq etdi və belə nəticəyə gəldi ki, elektrik yükü əvvəllər inanıldığı kimi suda deyil, su ilə şüşənin sərhəddində saxlanılır. Franklinin kəşfi sayəsində Leyden şüşələri şüşə qabların içini və xaricini metal lövhələrlə örtməklə hazırlanmışdır.

Sənayenin İnkişafı

"Kondensator" termini 1782-ci ildə Alessandro Volta tərəfindən istifadə edilmişdir. Əvvəlcə elektrik kondansatör izolyatorlarının hazırlanması üçün şüşə, çini, slyuda və adi kağız kimi materiallardan istifadə edilmişdir. Belə ki, radio mühəndisi Quglielmo Markoni öz ötürücüləri üçün çini kondansatörlərdən, qəbuledicilər üçün isə 1909-cu ildə ixtira edilmiş mika izolyatorlu kiçik kondansatörlərdən istifadə edirdi - II Dünya Müharibəsindən əvvəl onlar ABŞ-da ən çox yayılmışlar idi.

İlk elektrolitik kondansatör 1896-cı ildə icad edilmişdir və alüminium elektrodlu elektrolit idi. Elektronikanın sürətli inkişafı yalnız 1950-ci ildə miniatür tantal kondansatörünün ixtirasından sonra başladı.bərk elektrolit.

İkinci Dünya Müharibəsi illərində plastik kimyanın inkişafı nəticəsində nazik polimer plyonkalara izolyator rolu təyin edilmiş kondensatorlar meydana çıxmağa başladı.

Nəhayət, 50-60-cı illərdə bir neçə işlək keçirici səthə malik superkondensatorlar sənayesi inkişaf edir, bunun sayəsində kondansatörlərin elektrik tutumu adi kondensatorlar üçün dəyəri ilə müqayisədə 3 dəfə artır.

Kondensatorun tutumu anlayışı

Kondensator lövhəsində saxlanılan elektrik yükü cihazın lövhələri arasında mövcud olan elektrik sahəsinin gərginliyinə mütənasibdir. Bu halda mütənasiblik əmsalı düz kondansatörün elektrik tutumu adlanır. SI-də (Beynəlxalq Vahidlər Sistemi) elektrik tutumu fiziki kəmiyyət kimi faradlarla ölçülür. Bir farad kondansatörün elektrik tutumudur, plitələr arasındakı gərginlik 1 kulon yığılmış yüklə 1 voltdur.

1 faradlıq elektrik tutumu böyükdür və praktikada elektrotexnika və elektronikada pikofarad, nanofarad və mikrofarad dərəcəsində tutumlu kondansatörlərdən istifadə olunur. İstisnalar yalnız cihazın iş sahəsini artıran aktivləşdirilmiş karbondan ibarət superkapasitorlardır. Onlar minlərlə farada çata bilər və elektrikli nəqliyyat vasitələrinin prototipini yaratmaq üçün istifadə olunur.

Beləliklə, kondansatörün tutumu: C=Q₁/(V₁-V_{2). Burada C-elektrik tutumu, Q}1 _{- kondansatörün bir lövhəsində saxlanılan elektrik yükü, V}1_-V2_{- plitələrin elektrik potensialları arasındakı fərq.}

Yastı kondansatörün tutumu üçün düstur belədir: C=e₀eS/d. Burada e_{0və e universal dielektrik sabitliyi və izolyator materialının dielektrik davamlılığı S plitələrin sahəsi, d plitələr arasındakı məsafədir. Bu düstur izolyatorun materialını, plitələr arasındakı məsafəni və ya onların sahəsini dəyişdirsəniz, kondansatörün tutumunun necə dəyişəcəyini anlamağa imkan verir.}

İstifadə olunan dielektriklərin növləri

Kondensatorların istehsalı üçün müxtəlif növ dielektriklərdən istifadə olunur. Ən populyarları aşağıdakılardır:

1. Hava. Bu kondansatörler keçirici materialdan ibarət iki boşqabdır, onlar bir hava təbəqəsi ilə ayrılır və şüşə qutuya yerləşdirilir. Hava kondansatörlərinin elektrik tutumu kiçikdir. Onlar adətən radio mühəndisliyində istifadə olunur.
2. Mika. Slyuda xüsusiyyətləri (nazik təbəqələrə ayrılmaq və yüksək temperaturlara dözmək qabiliyyəti) onun kondansatörlərdə izolyator kimi istifadəsi üçün uyğundur.
3. Kağız. Mumlu və ya laklı kağız islanmaqdan qorunmaq üçün istifadə olunur.

Saxlanan Enerji

Kondansatörün lövhələri arasındakı potensial fərq artdıqca cihaz elektrik enerjisini saxlayır.onun daxilində elektrik sahəsinin olması. Plitələr arasındakı potensial fərq azalarsa, o zaman kondansatör boşaldılır və elektrik dövrəsinə enerji verilir.

Riyazi olaraq, ixtiyari tipli kondansatördə saxlanılan elektrik enerjisi aşağıdakı düsturla ifadə edilə bilər: E=½C(V₂-V ₁)², burada V₂ və V_{1 yekun və ilkindir boşqablar arasında gərginlik.}

Yardım və boşalma

Kondensator rezistor və bəzi elektrik cərəyanı mənbəyi ilə elektrik dövrəsinə qoşulubsa, o zaman dövrədən cərəyan keçəcək və kondansatör doldurulmağa başlayacaq. Tam doldurulan kimi dövrədəki elektrik cərəyanı dayanacaq.

Əgər yüklənmiş kondansatör rezistorla paralel bağlanarsa, o zaman rezistor vasitəsilə bir boşqabdan digərinə cərəyan keçəcək və bu, cihaz tamamilə boşalana qədər davam edəcək. Bu halda, cihaz doldurularkən boşalma cərəyanının istiqaməti elektrik cərəyanının axınının istiqamətinə əks olacaq.

Kondensatorun doldurulması və boşaldılması eksponensial zamandan asılılığı izləyir. Məsələn, boşalma zamanı kondansatörün lövhələri arasındakı gərginlik aşağıdakı düstura görə dəyişir: V(t)=V_ie^-t/(RC) , burada V _{i - kondansatördə ilkin gərginlik, R - dövrədə elektrik müqaviməti, t - boşalma vaxtı.}

Elektrik dövrəsində birləşmə

Mövcud olan kondensatorların tutumunu təyin etmək üçünelektrik dövrəsi, onların iki fərqli şəkildə birləşdirilə biləcəyini xatırlamaq lazımdır:

1. Serial qoşulma: 1/C_s =1/C₁+1/C₂+ …+1/C_.
2. Paralel əlaqə: C_s =C₁+C₂+…+C_.

C_{s - n kondansatörün ümumi tutumu. Kondensatorların ümumi elektrik tutumu ümumi elektrik müqaviməti üçün riyazi ifadələrə oxşar düsturlarla müəyyən edilir, yalnız cihazların ardıcıl qoşulması düsturu rezistorların paralel qoşulması üçün etibarlıdır və əksinə.}