ऊर्जा चार्ज संधारित्र परिभाषा। विद्युत ऊर्जा का संचय

संधारित्र चार्ज करते समय, एक बाहरी स्रोत चार्ज अलगाव पर ऊर्जा को सकारात्मक और नकारात्मक में खर्च करता है। जो कैपेसिटर प्लेट्स पर स्थित होगा। इसलिए, ऊर्जा के संरक्षण के कानून के आधार पर, यह कहीं भी गायब नहीं होता है, लेकिन कंडेनसर में रहता है। संधारित्र में ऊर्जा अपनी प्लेटों पर सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज की बातचीत के बल के रूप में संग्रहीत होती है। वह है, विद्युत क्षेत्र के रूप में। जो प्लेटों के बीच केंद्रित है। यह परस्पर क्रिया एक-दूसरे का सामना करने के लिए आकर्षित करती है, क्योंकि एक दूसरे को आकर्षित करने के विपरीत, जैसा कि सर्वविदित है।

जैसा कि मैकेनिक्स से जाना जाता है   एफ = मिलीग्रामइसी तरह इलेक्ट्रिक्स में एफ = क्यूईद्रव्यमान की भूमिका आवेश द्वारा निभाई जाती है, और आकर्षण की भूमिका क्षेत्र की तीव्रता है।

विद्युत क्षेत्र में चार्ज लगाने का कार्य जैसा दिखता है : A = qEd1-qEd2 = qEd

दूसरी ओर, काम भी संभावित ऊर्जाओं के अंतर के बराबर है। ए = डब्ल्यू 1-डब्ल्यू 2 = डब्ल्यू।

इस प्रकार, इन दो अभिव्यक्तियों का उपयोग करके, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि संधारित्र में संचित संभावित ऊर्जा इसके बराबर है:

फॉर्मूला 1 - एक चार्ज संधारित्र की ऊर्जा

यह देखना मुश्किल नहीं है कि सूत्र यांत्रिकी से संभावित ऊर्जा के समान है। W = mgh.

यदि हम यांत्रिकी के साथ एक सादृश्य आकर्षित करते हैं: एक इमारत की छत पर स्थित एक पत्थर की कल्पना करें। यहाँ पृथ्वी का द्रव्यमान पत्थर के द्रव्यमान के साथ गुरुत्वाकर्षण के द्वारा और भवन की ऊँचाई के साथ परस्पर क्रिया करता है   ज   गुरुत्वाकर्षण का प्रतिकार करता है। यदि पत्थर को हटाने के लिए इमारत गिरती है, तो, संभावित ऊर्जा गतिज में बदल जाएगी।

इलेक्ट्रोस्टैटिक्स में, दो विपरीत आरोप हैं। प्रतिरोध की मोटाई के साथ एक ढांकता हुआ द्वारा एस्पिरेंट्स एक दूसरे के लिए आकर्षित होंगे। घप्लेटों के बीच स्थित है। यदि प्लेटें एक-दूसरे के बीच बंद हो जाती हैं, तो चार्ज की संभावित ऊर्जा गतिज में बदल जाएगी, अर्थात गर्मी में।

इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में, इस रूप में ऊर्जा का सूत्र लागू नहीं होता है। यह संधारित्र और वोल्टेज के समाई के माध्यम से इसे व्यक्त करना सुविधाजनक है, जिस पर इसे चार्ज किया जाता है।

चूँकि संधारित्र का आवेश उसके किसी प्लेट के आवेश द्वारा निर्धारित किया जाता है, इसलिए इसके द्वारा बनाई गई क्षेत्र शक्ति बराबर होगी ई / २। चूंकि कुल क्षेत्र दो प्लेटों द्वारा बनाए गए क्षेत्रों से बना है, चार्जिंग समान है, लेकिन विपरीत संकेत के साथ।

नतीजतन, संधारित्र की ऊर्जा होगी: डब्ल्यू = क्यू (ई / 2) डी

जब तक यह खंड लिखा गया था, तब तक नेटवर्क पर आयनस्टोर्स के काफी कुछ समझदार विवरण थे। और इन सामग्रियों के लेखकों ने अक्सर "इलेक्ट्रिक डबल लेयर" शब्द का इस्तेमाल किया। मैं सख्त शब्दावली के प्रेमियों को डांटना नहीं चाहता, लेकिन आयनिस्टर के संचालन के सिद्धांतों को समझने की प्रक्रिया, इन तीन शब्दों का नकारात्मक प्रभाव पड़ता है। तो, स्पष्ट शब्दों के साथ आगे का पाठ।

Ionistor एक सुपरकैपेसिटर है

आयनिस्टर का उद्देश्य एक विद्युत आवेश संचित करना है। और वह इसे एक साधारण विद्युत संधारित्र की तरह ही संचित करता है। एक स्कूल भौतिकी पाठ्यक्रम से: एक पारंपरिक संधारित्र एक इन्सुलेटर द्वारा विभाजित दो प्लेटें हैं। जब प्लैटिनम में से एक पर इलेक्ट्रॉनों की अधिकता दिखाई देती है, और दूसरे पर एक कमी दिखाई देती है, तो पहली प्लेट से इलेक्ट्रॉनों (-) दूसरे के करीब पहुंचते हैं - सकारात्मक चार्ज (+)। और यदि आप संधारित्र से बैटरी को डिस्कनेक्ट करते हैं, तो उस पर वोल्टेज रहेगा, क्योंकि प्लैटिनम पर इलेक्ट्रॉनों के विभिन्न घनत्व।

आप ऊर्जा संचय करने के लिए एक पारंपरिक संधारित्र का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन इसकी क्षमता आमतौर पर बहुत छोटी होती है।

संधारित्र ऊर्जा गणना

डब्ल्यू = (सी * यू 2) / 2

डब्ल्यू = (0.000001 * 1 2) / 2 = 0.0000005 जूल।

यह ऊर्जा नहीं है, लेकिन आंसू हैं। कार को उसके स्थान से स्थानांतरित करने के लिए - यह पर्याप्त नहीं होगा। यह सूत्र से देखा जा सकता है कि ऊर्जा को बढ़ाने के लिए किसी को समाई या वोल्टेज बढ़ाने की आवश्यकता होती है। लेकिन वोल्टेज बढ़ाना मुश्किल है। एक अरब वोल्ट के वोल्टेज के साथ काम करना अप्रिय है। इसलिए, केवल एक ही तरीका है - क्षमता बढ़ाने के लिए। संधारित्र के समाई को बढ़ाने के लिए या तो प्लेटों के क्षेत्र को बढ़ाने या उनके बीच की दूरी को कम करने के लिए आवश्यक है। आयनिटर, बस, एक अविश्वसनीय रूप से छोटी दूरी और एक विशाल क्षेत्र समेटे हुए है। और यह इस तरह से किया जाता है।

आयनिस्टर कैसे काम करता है?

आयनकारियों में क्षेत्र को बढ़ाने के लिए प्लेटों को मना करना। वे हैं, लेकिन उनके क्षेत्र की क्षमता अब निर्भर नहीं करती है। आयनिस्टर में, प्लैटिनम कार्बन पाउडर की भूमिका निभाता है। कार्बन, हालांकि यह धातु नहीं है, लेकिन इसके कई मुक्त इलेक्ट्रॉन हैं और तदनुसार, यह अच्छी तरह से बिजली का संचालन करता है। यह रंगीन हो सकता है और इलेक्ट्रोड पर लागू इस पाउडर का एक द्रव्यमान हो सकता है। कुल इलेक्ट्रोड क्षेत्र लाखों गुना बढ़ जाएगा। तो दूसरा इलेक्ट्रोड करें। लेकिन जब हमारे पास ये इलेक्ट्रोड होते हैं तो हवा से अलग हो जाते हैं। अब हम इन इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रोलाइट में डुबोते हैं।

साधारण नमक पानी (NaCl और H 2 O) को इलेक्ट्रोलाइट होने दें। भौतिकी से यह ज्ञात है कि इलेक्ट्रोलाइट्स में आयनों के कारण प्रवाहित होता है - पदार्थ के आवेशित कण। हमारे मामले में, ये सोडियम आयन (Na +) और क्लोरीन आयन (Cl-) होंगे।

चार्ज आयनिस्टर

यदि इलेक्ट्रोड पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो सोडियम आयन नकारात्मक इलेक्ट्रोड और क्लोरीन आयनों को सकारात्मक रूप से चलाएंगे। यह आयनों की आवेश प्रक्रिया होगी।

अंत में, कार्बन के सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए द्रव्यमान पर नकारात्मक क्लोरीन आयनों की अधिकतम मात्रा होगी, और नकारात्मक - सकारात्मक सोडियम आयनों पर। आयन सभी तरफ से कार्बन कणों से चिपके रहेंगे और वहाँ रहेंगे, भले ही आप बाहरी वोल्टेज स्रोत को हटा दें।

यह कैसे काम करता है आयनित। यहाँ सिर्फ एक महत्वपूर्ण स्पष्टीकरण दिया गया है। इलेक्ट्रोड का कार्बन द्रव्यमान संपर्क में नहीं होना चाहिए, ताकि इलेक्ट्रॉनों को एक से दूसरे तक न चला जाए। इसलिए, एक इन्सुलेटर आमतौर पर झरझरा कोयले से इलेक्ट्रोड के बीच रखा जाता है। इसे विभाजक या विभाजक भी कहा जाता है। उनकी दो भूमिकाएँ हैं:

आयनों का निर्वहन करें

यदि हम लोड को एक चार्ज किए गए आयनिस्टर से जोड़ते हैं, तो कार्बन इलेक्ट्रोड से इलेक्ट्रॉनों को एक और इलेक्ट्रोड को चलाने के लिए एक उत्तेजना होगी, जो काम हमें चाहिए। कार्बन डिस्चार्ज के रूप में इलेक्ट्रोड पर चार्ज कम हो जाता है और कार्बन अब उन्हें पकड़ नहीं सकता है। और इलेक्ट्रोलाइट फिर से सजातीय हो जाता है।

आयनिक ऊर्जा गणना

आधुनिक लघु आयनों की क्षमता फैराड इकाइयों तक पहुंचती है। पारंपरिक कैपेसिटर के लिए, यह एक माइक्रोफ़ारड इकाई है। यानी यदि आप सूत्र का उपयोग करते हैं, तो यह पता चला है कि 1 वोल्ट के वोल्टेज पर प्रति 100 फ़ार्नाड आयन आयन 50 जूल की ऊर्जा बचा सकता है। और यह बुरा नहीं है।

एक चार्ज संधारित्र की सारी ऊर्जा इसकी प्लेटों के बीच विद्युत क्षेत्र में जमा होती है। कंडेनसर में केंद्रित ऊर्जा की गणना निम्न विधि से की जा सकती है। आइए कल्पना करें कि हम तुरंत क्षमता को चार्ज नहीं करते हैं, लेकिन धीरे-धीरे, इसकी धातु प्लेटों में से एक से दूसरे में इलेक्ट्रिक चार्ज स्थानांतरित करते हैं।

पहले शुल्क के हस्तांतरण के दौरान, हमारे द्वारा पूरा किया गया कार्य अपेक्षाकृत छोटा होगा। हम दूसरे इलेक्ट्रिक चार्ज के हस्तांतरण पर अधिक ऊर्जा खर्च करेंगे, क्योंकि पहले चार्ज के हस्तांतरण के कारण संधारित्र की धातु प्लेटों के बीच एक संभावित अंतर उत्पन्न होता है, जिसे हमें दूर करने की आवश्यकता होती है, तीसरा, चौथा और प्रत्येक बाद के एकल चार्ज अधिक कठिन और स्थानांतरित करेंगे उनके स्थानांतरण से अधिक से अधिक ऊर्जा व्यय होगी। तो आइए हम कुछ निश्चित मात्रा में शुल्क इस तरह से फेंकते हैं, जिसे हम लैटिन पत्र द्वारा सशर्त रूप से निरूपित करते हैं क्यू.

कंडेनसर क्षेत्र ऊर्जा - शैक्षिक वीडियो फिल्म

एक संधारित्र के प्रभारी में खर्च की गई सभी ऊर्जा, इसकी धातु प्लेटों के बीच विद्युत क्षेत्र में जमा होती है। चार्ज प्रक्रिया के अंत में संधारित्र की प्लेटों के बीच वोल्टेज, हमने लैटिन पत्र द्वारा सशर्त रूप से निरूपित किया यू.

जैसा कि हम पहले से ही समझ चुके हैं, क्षमता को चार्ज करने की प्रक्रिया में संभावित अंतर स्थिर नहीं रहता है, लेकिन धीरे-धीरे शून्य से बढ़ जाता है - चार्ज की शुरुआत में - इसके अंतिम वोल्टेज मूल्य पर। क्षेत्र ऊर्जा की गणना को सरल बनाने के लिए, मान लें कि हमने पूरे इलेक्ट्रिक चार्ज क्यू को एक प्लेट से दूसरे हिस्से में स्थानांतरित नहीं किया, बल्कि छोटे भागों में। लेकिन एक ही समय में, हम मानते हैं कि धातु की प्लेटों के बीच वोल्टेज शून्य नहीं था, जैसा कि शुरुआती क्षण में, और कुछ मूल्य नहीं यू, जैसा कि चार्ज प्रक्रिया के अंत में है, और शून्य से यू तक कुछ माध्य मूल्य के बराबर था, अर्थात। आधा यू। इस प्रकार, समाई के विद्युत क्षेत्र में संचित ऊर्जा, ट्रांसफर की गई बिजली के पूरे आवेश द्वारा गुणा किए गए आधे वोल्टेज यू के बराबर होगी। क्यू.

चूंकि वोल्टेज वोल्ट में मापा जाता है, और पेंडेंट, ऊर्जा में बिजली की मात्रा डब्ल्यू   जूल में होगा। चूंकि टैंक की प्लेटों के बीच जमा हुआ चार्ज है क्यू = सी × यूसूत्र को निम्नलिखित रूप में फिर से लिखा जा सकता है:

यह परिणामी सूत्र हमें बताता है कि संधारित्र क्षेत्र में संग्रहीत ऊर्जा अपने धातु प्लेटों के बीच प्रति वर्ग वोल्टेज के समाई के आधे उत्पाद के बराबर है.

मुझे लगता है कि यह निष्कर्ष, हम अभी भी याद करते हैं जब ऑसिलेटरी सर्किट के बारे में सामग्री का अध्ययन करते हैं।

चार्ज की गई ऊर्जा

संधारित्र   - यह एक साधारण विद्युत उपकरण है, जिसमें क्षेत्र ऊर्जा के संचय की संपत्ति होती है

चार्ज संधारित्र में संचित (संचित) विद्युत ऊर्जा। यह संधारित्र ऊर्जा संधारित्र को चार्ज करने के लिए आवश्यक कार्य के बराबर है।
  संधारित्र चार्ज करने की प्रक्रिया वास्तव में, यह है कि एक प्लेट से चार्ज दूसरे में स्थानांतरित किया जाता है। यह वही है जो वोल्टेज स्रोत तब करता है जब यह एक संधारित्र से जुड़ा होता है। सबसे पहले, जब संधारित्र को चार्ज नहीं किया जाता है, तो चार्ज के पहले बैच को स्थानांतरित करने के लिए किसी भी कार्य की आवश्यकता नहीं होती है।
  लेकिन जब प्लेटों में से प्रत्येक पर पहले से ही एक चार्ज है, तो इसे फिर से भरने के लिए आपको बिजली के प्रतिकर्षण की ताकतों के खिलाफ काम करना होगा। प्लेटों द्वारा जितना अधिक चार्ज संचित किया जाता है, उसे बढ़ाने के लिए उतना ही अधिक काम करना होगा। यदि प्लेटों पर एक संभावित अंतर है वी, प्रभार के तत्व के हस्तांतरण पर काम करते हैं डीक्यू   है dW = V dq। जैसे वी = क्यू / सी   जहाँ सी   - कैपेसिटर की क्षमता, फिर इसके चार्ज पर काम होगा:

तो हम कह सकते हैं कि संधारित्र द्वारा संग्रहीत या संचित ऊर्जा है

अगर चार्ज संधारित्र प्लेट सी   क्रमशः बराबर + क्यू   और -Q। और कब से क्यू = सीवीजहाँ वी   - प्लेटों के बीच संभावित अंतर, हम लिख सकते हैं

उदाहरण 25.5। एक 20 volF संधारित्र 12-वोल्ट बैटरी से जुड़ा होता है। संधारित्र किस ऊर्जा को संचित कर सकता है?

निर्णय। (25.5) के अनुसार,

ऊर्जा एक "वास्तविक पदार्थ" नहीं है, इसलिए इसे बिल्कुल भी केंद्रित नहीं किया जाना चाहिए। फिर भी, यह माना जाता है कि यह प्लेटों के बीच विद्युत क्षेत्र द्वारा संग्रहीत किया जाता है।
  उदाहरण के लिए, हम एक फ्लैट कैपेसिटर की ऊर्जा को विद्युत क्षेत्र की तीव्रता के माध्यम से व्यक्त करते हैं। हमने दिखाया है [देखें (२४.३)] कि समानांतर प्लेटों के बीच लगभग एक समान विद्युत क्षेत्र मौजूद है ए   और इसकी तीव्रता अनुपात से संभावित अंतर से संबंधित है वी = एडजहाँ घ   - प्लेटों के बीच की दूरी।
  इसके अलावा, (25.2) के अनुसार, समतल संधारित्र का समाई बराबर होता है सी = एस 0 ए / डी। तो

उत्पाद विज्ञापन   विद्युत क्षेत्र द्वारा कब्जा की गई मात्रा की विशेषता है ए। सूत्र के दोनों भागों को मात्रा से विभाजित करते हुए, हम एक इकाई मात्रा में संग्रहीत ऊर्जा के लिए अभिव्यक्ति प्राप्त करते हैं, या ऊर्जा घनत्व यू:

अंतरिक्ष के किसी भी हिस्से में संग्रहीत इलेक्ट्रोस्टैटिक ऊर्जा का घनत्व इस क्षेत्र में विद्युत क्षेत्र की ताकत के वर्ग के लिए आनुपातिक है।

एक विमान संधारित्र के विशेष मामले के लिए अभिव्यक्ति (25.6) प्राप्त की जाती है। हालांकि, यह दिखाया जा सकता है कि यह अंतरिक्ष के किसी भी क्षेत्र के लिए वैध है जिसमें एक विद्युत क्षेत्र मौजूद है।

जारी रखा जाए। निम्नलिखित प्रकाशन के बारे में संक्षेप में:

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