Energi kapasitor yang terisi daya, penggunaan kapasitor

Logam adalah konduktor listrik yang sangat baik. Mereka menghantarkan listrik karena memiliki pembawa elektron bebas tanpa muatan listrik. Dan jika perbedaan potensial dibuat di ujung, misalnya, kabel tembaga dengan bantuan sumber EMF konstan, maka arus listrik akan muncul di kabel seperti itu - elektron akan bergerak maju dari terminal negatif EMF sumber - ke terminal positifnya.

Sebaliknya, dielektrik bukanlah konduktor arus listrik, karena tidak ada pembawa muatan listrik bebas di dalamnya. Pembawa muatan positif dan negatif dalam dielektrik saling berhubungan dan membentuk apa yang disebut dipol listrik, yang dalam medan listrik eksternal hanya dapat berputar, tetapi tidak dapat bergerak secara translasi di bawah pengaruh medan listrik.

Lebih lanjut tentang ini: Perbedaan antara logam dan dielektrik, Dan Mengapa dielektrik tidak dapat menghantarkan listrik

Ambil contoh, sepotong dielektrik dalam bentuk pipa PVC (polivinil klorida adalah dielektrik).Tutupi permukaan luar tabung dengan cling film dan cukup kemas dengan lebih banyak kertas kusut di dalamnya sehingga menyentuh dinding bagian dalam tabung di sekelilingnya.

Jika kita sekarang mengambil sumber EMF, katakanlah baterai 24 volt dan hubungkan dengan kutub negatif ke foil bagian dalam dan kutub positif ke bagian luar, maka kedua bagian foil akan menerima muatan dengan tanda berbeda dari baterai dan medan listrik yang diarahkan dari luar dari dalam akan bertindak di seluruh volume dinding pipa PVC.

Oleh karena itu, dalam medan listrik ini, molekul dielektrik (PVC) akan berputar, menyesuaikan diri sesuai dengan medan listrik eksternal — dielektrik terpolarisasi sehingga molekul penyusunnya memutar sisi negatifnya ke luar - masing-masing, ke elektroda positif (ke foil yang terhubung ke baterai plus), dengan sisi positifnya - ke dalam, ke elektroda negatif. Ayo lepas baterainya.

Muatan positif tetap berada di foil luar, karena masih dipegang oleh sisi bermuatan negatif dari molekul PVC yang menghadap ke luar, dan muatan negatif di bagian dalam, karena dipegang oleh sisi positif dari molekul dielektrik, yang telah berubah menjadi isi perut. Semuanya terjadi sepenuhnya sesuai dengan hukum elektrostatis.

Jika sekarang Anda menutup bagian luar dan dalam foil dengan tang, maka pada saat penutupan Anda dapat melihat percikan kecil: muatan berlawanan dari pelat saling menarik dan menyebabkan arus melalui kawat (penjepit) dan dielektrik kembali ke keadaan netral semula.

Aman untuk mengatakan bahwa dalam perangkat ini, yang terdiri dari tabung dielektrik dan dua pelat foil, ketika baterai dihubungkan dengannya, akumulasi Energi listrik.

Perangkat dengan konfigurasi serupa disebut - dielektrik yang tertutup di antara pelat konduktif yang diisolasi satu sama lain kapasitor listrik.

Ini menarik:Kapasitor dan Baterai - Apa Bedanya?

Secara historis, prototipe kapasitor pertama, Leiden Bank, ditemukan pada tahun 1745 di Leiden oleh fisikawan Jerman Ewald Jürgen von Kleist dan secara independen oleh fisikawan Belanda Peter van Muschenbrück.

Energi kapasitor yang diisi tergantung pada tegangan (beda potensial antara pelat) yang diisi, karena kita berbicara tentang energi potensial dari muatan berlawanan pada pelat yang terpisah satu sama lain.

Oleh karena itu, energi ini sama dengan pekerjaan yang akan dilakukan medan listrik dari muatan ini ketika mereka menarik satu sama lain (atau yang dilakukan sumber ketika dipisahkan selama pengisian kapasitor). Pekerjaan dasar memindahkan bagian dasar muatan dari satu pelat ke pelat lainnya sama dengan:

Kapasitor dengan konfigurasi berbeda, ketika diisi dengan jumlah muatan yang sama, akan mengalami perbedaan potensial yang berbeda di antara pelat. Dapat juga dikatakan bahwa untuk kapasitor yang berbeda, voltase berbeda yang diterapkan pada pelat akan menghasilkan muatan yang berbeda secara kuantitatif.

Dalam praktiknya, ini berarti bahwa setiap kapasitor memiliki nilai konstanta tertentu, karakteristik yang mencirikan kapasitor tertentu, terkait dengan konfigurasinya, bentuk pelat, konstanta dielektrik dielektrik, dll. Parameter ini disebut kapasitas listrik C. Muatan pada kapasitor q berhubungan dengan beda potensial antara pelat U sebagai berikut:

Oleh karena itu, pernyataan untuk energi total kapasitor bermuatan, setelah diintegrasikan, dapat ditulis sebagai berikut:

Saat ini, kapasitor digunakan di berbagai bidang ilmu pengetahuan dan teknologi: sebagai perangkat penyimpanan energi listrik, sebagai filter untuk menghaluskan gelombang pada catu daya, selama kontrol rangkaian RC perangkat elektronik, pada perangkat kompensasi daya reaktif, pada instalasi induksi dan perangkat radio sebagai bagian dari sirkuit berosilasi, di generator pulsa yang kuat, di akselerator elektromagnetik, di meter kelembaban udara, dll.

Untuk lebih jelasnya lihat di sini:Mengapa kapasitor digunakan dalam rangkaian listrik?