Энергию какого вида может запасать емкость
Перейти к содержимому

Энергию какого вида может запасать емкость

  • автор:

Индуктивности и емкости

Схема включения конденсатора

Итак, для начала немного о конденсаторах. Самый простой из них-две металлические пластины, расположенныена некотором расстоянии друг от друга (рис. 1). Если к такому элементу подсоединить батарейку, то он через некотороевремя зарядится до того же напряжения, что и батарейка.При этом на пластинах конденсатора будут сосредоточеныэлектрические заряды разного знака (рис. 1). Чем большеенапряжение будет приложено между обкладками, тем больше будет величина электрического заряда пластин. Посколькумежду пластинами находится воздух, а на практике чаще всего какой-либо диэлектрик (непроводящий материал), постоянный ток в цепи на рис. 1 протекать не может. В качестведиэлектрика обычно используются такие материалы, как бумага, слюда, керамика, различные органические пленки и некоторые другие. От типа диэлектрика зависят свойства конденсаторов (в первую очередь частотные), о чем мы дополнительно поговорим в рекомендациях по их выбору. Конечно, на практике через заряженный конденсатор все-таки протекает небольшой ток утечки, вызванный неидеальностью диэлектрика.

Собственно электроемкость есть физическая величина, характеризующая способность конденсатора накапливать (запасать) электрическую энергию. Сухим физико-математическим языком многих учебников говорится, что электроемкость С=q/Uc — это коэффициент пропорциональности между зарядом конденсатора q и напряжением на нем Uc=E, где Е- напряжение источника. Это утверждение, как и многие аналогичные, строго с математической точки зрения, однако, к сожалению, не отражает физической природы явления.

Емкость, как известно, измеряется в долях фарада (единица названа в честь выдающегося физика Майкла Фарадея). При емкости конденсатора в один фарад, электрический заряд на любой из его пластин составил бы один кулон, при напряжении между обкладками в один вольт. На практике емкости, как правило, измеряют в микрофарадах, нанофарадах и пикофарадах.

Емкость конденсатора зависит от формы и геометрических размеров пластин, а также расстояния между ними и параметров диэлектрика. Так, емкость плоского конденсатора, изображенного на рис. 1, определяется как С=ε0εS/d, где ε0 — электрическая постоянная, равная 8,85·1О 12 Кл 2 /(Нм 2 ); ε-диэлектрическая проницаемость диэлектрика; d ~ расстояние между обкладками; S — площадь обкладок. Физический смысл этой формулы вполне очевиден — чем больше площадь пластин и чем ближе друг к другу они расположены, тем больше емкость конденсатора. Отсюда можно сделать важный вывод — при параллельном соединении конденсаторов их емкости складываются, поскольку общая площадь пластин при этом увеличивается. А емкость последовательно соединенных конденсаторов определяется также как сопротивление параллельно включенных резисторов, т.е. итоговая емкость окажется меньше, нежели емкости каждого из последовательно включенных конденсаторов. При этом напряжение распределяется между конденсаторами пропорционально их емкости.

В заряженном конденсаторе запасена электрическая энергия Wэл = CU 2 c/2. Однако, накопление электрического заряда и, соответственно, энергии происходит не мгновенно. В электрической цепи, показанной на рис. 2, в момент замыкания ключа начинает протекать ток заряда, ограниченный сопротивлением R, во много раз превосходящем по величине внутренне сопротивление источника, которым в этом случае можно пренебречь. Тогда ток заряда определяется из закона Ома: Iз=E/R. Напряжение на емкости при этом отсутствует Uc=0 (конденсатор до замыкания ключа, естественно, был не заряжен). В процессе заряда конденсатора ток в цепи уменьшается, а напряжение на конденсаторе возрастает и стремится к Uc=Е. Это проиллюстрировано на графиках (рис. 3) Аналогичным образом происходит разряд конденсатора в цепи на рис. 4.

Здесь ток разряда в момент замыкания ключа скачком возрастает от нуля до величины фаз iраз=E/R, а затем снова плавно падает до нуля. Напряжение на конденсаторе при этом плавно падает от Uc=Е до Uc=0 (рис. 5.). При разряде конденсатора вся энергия, запасенная в нем, переходит в тепловую энергию, рассеиваемую на резисторе. Разряд и соответственно расход энергии, также как и заряд, не происходят мгновенно, а занимают определенное время. Это правило называют законом коммутации, который применительно к цепям с емкостью обычно формулируют так: напряжение на емкости мгновенно измениться не может. Действительно, при разряде конденсатора на резистор, напряжение на нем изменяется плавно:
Uc = E·EXP(-t/RC). Здесь функция ЕХР(х) — показательная функция е x (число Эйлера е=2,718), чаще называемая экспонентой; а величину RC обычно называют постоянной времени и обозначают греческой буквой τ (тау). Действительно, от этой величины зависит длительность разряда. Процессы заряда и разряда конденсатора являются частными случаями переходных процессов.

Теперь переидем к индуктивности. Катушка индуктивности или дроссель также являются накопителями энергии, только здесь, в отличие от конденсатора, энергия электрического тока преобразуется в энергию магнитного поля. Как известно из физики, вокруг проводника с током образуется магнитное поле, т.е. электрическое поле порождает магнитное. Если проводник свернуть в катушку, то магнитное поле возрастет. Это поле пропорционально количеству витков в катушке.

Интенсивность магнитного поля характеризуется величиной магнитного потока Ф и протекающим через катушку током IL. Способность катушки (или проводника с током) накапливать энергию магнитного поля и характеризует величина индуктивности L, которая опять-таки математически строгим языком является коэффициентом пропорциональности между магнитным потоком и протекающим через катушку электрическим током, его порождающим L = Ф/IL Эта величина зависит только от параметров катушки и измеряется в генри (Гн).

Внешний вид индуктивности

Катушка индуктивностью в один генри при протекании через нее тока в один ампер создает магнитный поток величиной в один веббер (единица измерения магнитного потока). На практике индуктивность катушек обычно намного меньше величины 1 Гн и измеряется в милигенри, микрогенри и наногенри. В цепях постоянного тока сопротивление катушки определяется резистивными потерями в образующем ее проводнике и на ней не падает почти никакого напряжения. При этом, запасенная в катушке энергия магнитного поля может быть вычислена следующим образом: WL=L·IL 2 /2. Индуктивность (в микрогенри) однослойной катушки (рис. 6) можно рассчитать по следующей известной формуле: L(мкГн)=N 2 ·r 2 /(9r+10l),где N — число витков, r — радиус витка (каркаса), l — длина намотки Для многослойных катушек существуют свои расчетные формулы. Часто с целью увеличения индуктивности в катушки вводят специальные сердечники из магнито-электриков -феррита, пермалоя, альсифера и т.п.

Таким образом, катушка, как и конденсатор, является накопителем энергии. В этом случае на цепи с индуктивностями также должен распространяться закон коммутации, который на сей раз будет звучать так: ток в катушке индуктивности мгновенно изменяться не может. Действительно, при замыкании ключа в цепи на рис. 7 напряжение на катушке изменится скачком до величины E (а затем будет плавно падать до нуля), а ток будет медленно нарастать по тому же закону экспоненты (рис. 8.) от нуля до величины IL= E/R.

Схема включения

Временная диаграмма

Так, в цепи на рис. 9 при замыкании ключа сначала загорится лампочка, включенная в ветвь с резистором, а затем, плавно увеличивая яркость, лампочка в индуктивной цепи. Это явление вызвано тем, что аналогично тому как электрическое поле порождает магнитное, так и магнитное, в свою очередь, порождает электрическое. Это утверждение справедливо только для переменного магнитного поля. Это наглядно иллюстрирует известный опыт (рис. 10), когда при перемещении постоянного магнита вдоль катушки в ее внешней цепи протекает ток. Так происходит и в нашем случае: при замыкании ключа через катушку начинает протекать небольшой ток, вызывающий появление около ее витков магнитного потока, изменяющегося пропорционально нарастанию тока. В свою очередь, этот изменяющийся магнитный поток приводит к появлению на катушке электродвижущей силы самоиндукции, включенной согласно закону Ленца встречно силе, вызвавшей ток. Тогда катушка будет оказывать сопротивление нарастанию тока, ровно как и его спаду. Из физики можно привести массу примеров того, когда система противодействует изменению своего стационарного состояния, и сопротивление катушки изменению тока — один из них. В процессе нарастания тока в катушке запасается энергия, а при его спаде, соответственно, тратится. В случае, если резко разомкнуть цепь на рис. 7, через ключ проскочит сильная искра, вызванная ни чем иным, как электродвижущей силой самоиндукции.

Схема включения

Структурная схема

Рассмотрим, как ведут себя емкость и индуктивность в цепях переменного (синусоидального) тока. Пусть в цепь переменного тока включена емкость (рис. 11). Каждый раз при смене полярности напряжения конденсатор будет перезаряжаться, т.е. знак заряда каждой из его обкладок будет изменяться два раза период переменного напряжения. Если длительность процессов заряда и разряда значительно превосходит период изменения напряжения, ток в цепи также будет изменяться по синусоидальному закону, однако напряжение на конденсаторе отстает по фазе от тока на 90° (рис. 12), что и не удивительно, поскольку конденсатор препятствует резкому изменению напряжения. При этом в процессе каждого заряда-разряда конденсатор будет то накапливать электрическую энергию, то отдавать некоторую ее часть во внешнюю цепь. В большинстве случаев в конденсаторе, включенном в цепь переменного тока, постоянно накоплена определенная электрическая энергия. В цепи с индуктивностью (рис. 13), наоборот, ток отстает по фазе от напряжения на 90° (рис. 14). Это тоже соответствует вышеизложенным рассуждениям -катушка оказывает сопротивление любым изменениям тока. При протекании через катушку переменного тока в ней будет запасаться энергия переменного магнитного поля, приводящая к появлению переменной электродвижущей силы самоиндукции, препятствующей протеканию переменного тока.

Схема с переменным источником

Диаграмма поясняющая работу схемы

Итак, катушка в цепи переменного тока оказывает ему сопротивление в результате наведенной переменнои электродвижущей силы самоиндукции. В то же время и конденсатор, запасая в себе электрическую энергию, оказывает сопротивление переменному току. Оба этих сопротивления называют реактивными и обозначают буквой X. В отличие от резистивного (активного) сопротивления, на реактивном не рассеивается никакой тепловой энергии, а лишь запасается энергия в виде электрического или магнитного поля.

Схема с переменным источником

Диаграмма поясняющая работу схемы

Реактивные сопротивления катушки XL = j·2πf·L и конденсатора ХC = -j/2πf·C зависят от частоты f протекающего переменного тока. Мнимая единица j учитывает фазовый сдвиг 90° между током и напряжением, а знак «-» показывает, что напряжения на последовательно включенных емкости и индуктивности противофазны. Действительно, при расчете полного комплексного сопротивления цепи, содержащей индуктивности и емкости, индуктивные сопротивления необходимо складывать со знаком «+», а емкостные, наоборот, со знаком «-«. На рис. 15 показана зависимость реактивных сопротивлений индуктивности и емкости, а также их модулей от частоты. На постоянном токе, как известно, индуктивность не оказывает никакого сопротивления, а сопротивление конденсатора, наоборот, стремиться к бесконечно большому. С ростом частоты картина резко меняется — сопротивление катушки индуктивности возрастает по линейному закону, а сопротивление конденсатора падает согласно кривой, называемой гиперболой.

Временная диаграмма

Вышеупомянутые свойства легко пояснить на примере. На рис. 16 приведена принципиальная схема выходной цепи простейшего радиочастотного усилителя. Здесь в цепь питания коллектора транзистора включен блокировочный дроссель L6n, который на рабочей частоте усилителя имеет очень большое сопротивление. Задача этого дросселя не пропустить переменный ток коллекторной цепи транзистора в источник питания, имеющий очень ма ленькое сопротивление. Этот переменный ток должен протекать в нагрузку через разделительный конденсатор Ср, предотвращающий замыкание источника питания на нагрузку (следующий каскад). Этот конденсатор должен выбираться таким образом, чтобы на рабочей частоте усилителя не оказывать практически никакого сопротивления переменному току, т.е. его реактивное сопротивление должно быть по крайней мере на порядок (в 10 раз) меньше сопротивления нагрузки. Для того, чтобы практически весь переменный ток протекал в нагрузку, нужно, чтобы реактивное сопротивление дросселя, наоборот, по крайней мере на порядок превышало сопротивление нагрузки. Однако, поскольку реактивное сопротивление дросселя не является бесконечно большим, незначительная часть переменного тока все же пройдет через него. Во избежание попадания этого тока в источник питания включен блокировочный конденсатор Сбл, обладающий на рабочей частоте очень маленьким реактивным сопротивлением.

Принципиальная схема выходной цепи простейшего радиочастотного усилителя

Катушки, дроссели и конденсаторы находят и много других различных применений в радиоэлектронных устройствах. В частности, на них строятся селективные и иные колебательные цепи, о простейших из которых пойдет речь в следующий раз.

В завершении же сегодняшнего рассказа хотелось отметить еще один важный параметр катушек и конденсаторов. Как мы уже говорили, в катушках и конденсаторах имеются потери. В катушке это конечное сопротивление проводника rL, а в конденсаторе — сопротивление утечки диэлектрика rут. Наличие этих потерь приводит к частичному преобразованию запасаемой в катушке и конденсаторе магнитной и электрической энергии в тепловую. Величина этих потерь характеризуется параметром добротность Q=Х/r, который определяется как отношение запасенной энергии к энергии потерь.

Перейдем к более практическим вещам — как выбрать конденсаторы, дроссели, катушки для своей аппаратуры? Для начала о конденсаторах. Здесь важно знать по крайней мере три параметра — электроемкость, рабочее напряжение (а в ряде случаев и предельную реактивную мощность) и частоту (с точностью до: постоянный ток, звуковые частоты, радиочастоты). Независимо от частоты любые конденсаторы следует выбирать на рабочее напряжение (указывается на корпусе), превосходящее ориентировочно в 1,2 раза максимальное значение напряжения, прикладываемое к этому конденсатору в схеме. Не смотря на то, что напряжение пробоя диэлектрика обычно примерно в 1,5 раза превосходит указанное рабочее, такой запас делать все равно необходимо. Что же касается типа диэлектрика, то на сегодняшний день во все радиочастотные цепи в качестве блокировочных и разделительных конденсаторов, а также емкостей фильтров, необходимо устанавливать керамические конденсаторы, диапазон номиналов которых простирается от единиц пикофорад до десятков нанофарад. Следует особо оговорить, что в качество контурных конденсаторов, а также для других частотоизбирательных цепей (фильтров, цепей согласования и т.п.) следует применять конденсаторы с высокой степенью точности величины их емкости (не хуже ±5%), а вот в качестве блокировочных и разделительных элементов применяют более дешевые детали с меньшей точностью. Подстроечные конденсаторы так же, как правило, керамические, а переменные — с воздушным или твердым синтетическим диэлектриком. Большие значения емкостей, как правило, требуются в низкочастотных цепях, где вполне хорошо работают бумажные конденсаторы — герметизированные и т.п. Разброс значений таких конденсаторов составляет от десятков нанофарад да сотен микрофарад. На смену бумажным конденсаторам (с емкостями, не превышающими единиц микрофарад) все чаще приходят танталовые полупроводниковые. Что же касательно слюдяных, то большинство из них в настоящее время сняты с производства из-за своей нетехнологичности. Эти конденсаторы выпускались с величинами емкостей в пределах от сотен пикофарад до десятков нанофарад. Бумажные конденсаторы устанавливают и в цепи токов промышленной частоты (в качестве сетевых фильтров, пусковых конденсаторов двигателей и неоновых ламп и т.п.). Несколько особняком стоят конденсаторы с диэлектриком на основе различных органических пленок. Их можно применять как в низкочастотной, так и в радиочастотной аппаратуре, однако при частотах, не превышающих примерно 50, в редких случаях 100 МГц. Наконец, в цепях постоянного тока (в фильтрах выпрямителей и т.п.) наиболее предпочтительны электролитические конденсаторы, разброс емкостей которых составляет от единиц микрофарад до десятков милифарад (иногда и более). Эти конденсаторы полярны и в цепях переменного тока очень быстро выходят из строя. В виде исключения, их можно устанавливать в цепи усилителей звуковой частоты в качестве разделительных, а также в цепи смещения маломощных каскадов.

Что касается катушек индуктивности и дросселей, то их при изготовлении любительской аппаратуры, как правило, приходится делать самому. Исключение составляют высокочастотные дроссели, которые выпускаются промышленностью на индуктивности порядка десятков — сотен микро-генри. Эти дроссели низкодобротные и ни в коем случае не могут использоваться в качестве контурных катушек и индуктивностей фильтров. Основное их назначение — блокировочные дроссели каскадов усиления радиочастоты малой и иногда средней мощности (при токах в цепях, не превышающих одного-двух ампер). В мощных каскадах передатчиков и другой генераторной аппаратуры устанавливаются самодельные дроссели, которые наматываются толстым медным проводом, способным выдерживать протекающие в этих цепях токи. Это касается и контурных катушек мощных каскадов. Их следует наматывать на теплостойких каркасах без сердечников, поскольку последние сильно разогреваются вихревыми токами высокой частоты и заметно снижают КПД каскада. А вот при намотке контурных катушек и индуктивносетй фильтров маломощных каскадов передатчиков и приемников обычно используют каркасы с сердечниками — чаще всего ферритовыми. Также иногда применяют альсиферовые и латунные (на УКВ) сердечники. В диапазонах KB и УКВ применяют однослойную намотку, а на более низких частотах — многослойную, причем при многослойной намотке желательно применять метод «универсаль» с перекрещиванием витков (как на бобине с нитками или шпагатом), что позволяет уменьшить собственную емкость катушки. Что же касается низкочастотных дросселей (фильтров выпрямителя и т.п.), то их чаще всего наматывают на сердечниках из трансформаторной стали или используют готовые от промышленной аппаратуры.

В заключение расскажем, как при помощи старенького авометра (стрелочного тестера) определить исправность катушек и конденсаторов. Для испытаний конденсаторов тестер следует перевести на максимальный предел измерения сопротивления. Итак, исправный конденсатор емкостью менее 0,1 микрофарад не должен вызывать никакого отклонения стрелки, — в противном случае конденсатор пробит. При испытании конденсатора емкостью 0,1. 10 микрофарад стрелка должна дернуться вправо и быстро вернуться в область бесконечно большого сопротивления. Наконец, при испытании конденсаторов большой емкости (электролитических и т.п.) стрелка тестера должна резко отклониться вправо (почти до нуля сопротивлений), а затем медленно возвратиться обратно. Слабый бросок свидетельствует о потере емкости. К сожалению, при помощи цифровых мультиметров подобное испытание практически невозможно ввиду отсутствия стрелочного индикатора, однако многие из них «умеют» измерять емкость, что существенно упрощает задачу. Для проверки катушек индуктивности и дросселей тестер необходимо перевести на нижний предел измерения сопротивлений. Контурные катушки и высокочастотные дроссели имеют омическое сопротивление, близкое к нулю, а при испытании низкочастотных дросселей (а также обмоток низкочастотных и силовых трансформаторов) тестер покажет сопротивление порядка десятков — сотен Ом. При испытании низкочастотных индуктивных элементов следует избегать касания проводников незащищенными руками, поскольку в момент подсоединения дросселя или трансформатора к тестеру, на зажимах появляется ЭДС самоиндукции значительной величины.

Мнения читателей
  • некит / 19.02.2012 — 10:41 спасибо за полезную информацию.
  • Санёк / 19.03.2011 — 08:16 спасибо, то что надо.давно пытаюсь найти просте обьяснение.
  • azat / 17.03.2010 — 12:31 подскажите формулу для вычисления емкости если известно частота калебательного контура и индуктивность катушки и сопротивление
  • марлиз / 12.02.2010 — 05:59 Как измерить бесконтакным способом величину тока потребления?Я знаю что индуктивностью.
  • antonio / 03.01.2010 — 16:44 Индуктивность (в микрогенри) однослойной катушки (рис. 6) можно рассчитать по следующей известной формуле: L(мкГн)=N2·r2/(9r+10l), где N — число витков, r — радиус витка (каркаса), l — длина намотки————-радиус и длину в чем выражать в мм, см, м?
  • илья / 24.11.2009 — 09:37 как измениться ход процесса разряда конденсатора на резистор при уменьшении ёмкости конденсатора в 2 раза? помогите кто нибудь график нарисовать!кто нарисует отправте пожалуйста на мыло borovikilya@mail.ru
  • Кролик / 03.11.2009 — 04:41 Статья — что надо! Не содержит математических формул и объясняет доступно физику процесса. Хотя скажу одну вещь — для детей эта статья будет сложновата.
  • дмитрий / 30.04.2009 — 19:00 зачётная статейка
  • Romario / 02.04.2009 — 03:31 Отличная статья! Аффтар пишы есщо! А ты, Серёга, сам видимо пидарас антинаучный. Дохуя взрослый что-ли? Пиздуй нахуй на гей-форум и ищи себе там единомышленников-пидорасов. И нехуй тут флудить.
  • АMD / 17.03.2009 — 08:34 А за какое время катушка зарядится ло значения LI^2/2 ?

Забота о себе во время перемен: 3 вида энергии

Перемены, как позитивные, так и негативные — это всегда стресс для нашего организма. Понимание, как наш организм накапливает и расходует энергию, поможет вам мобилизовать ресурсы во время перемен, найти силы для действий и бережно для себя пройти непростой жизненный период.

Для наглядности можно представить весь наш запас энергии в виде резервуара с определённой ёмкостью, который обеспечивает ресурс для ежедневных действий — личных и профессиональных. Если в один из периодов жизни, одна из сфер требует больше энергии, чем обычно, то ресурс в эту сферу перенаправляется из других важных сфер.

Перезаряжать свою батарейку можно действиями из любой сферы и таким образом наполнять весь резервуар с энергией. Когда батарейка заряжена, то весь объём энергии становится доступен для всей системы, и энергию можно направить на действия в той сфере, которая критически важна именно сейчас.

Нам доступны три вида энергии: физическая, эмоциональная и ментальная.

Физическая энергия восполняется здоровым и полноценным питанием, сном, физической активностью.

Эмоциональная энергия связана с отношениями, общением, приятными моментами, разнообразием жизни.

Ментальная энергия — это наши цели, смыслы, достижения, вклад в большую систему.

Первое, с чего стоит начать — это физическая энергия. Здесь очень важен качественный сон, полноценное питание и любая физическая активность. Если на этом уровне всё хорошо, то переходим ко второму уровню — эмоциональная энергия. Здесь важно устранить деструктивные мысли и наполнить свой резервуар позитивными событиями. Важный шаг на пути к этому – знать, как управлять своими эмоциями, признать их и направить на решение конкретных задач, как управлять эмоциями. Также старайтесь прислушиваться к себе, чего вы хотите. Новые занятия и знакомства, общение в кругу близких, совместные занятия и маленькие радости помогут восполнить эмоциональную энергию. Далее можно переходить к ментальной энергии. Здесь очень важно определить деятельность, которая дарит вам чувство смысла и радость вызова, вовлекает вас интеллектуально и эмоционально. Подумайте, от какой деятельности вы заряжаетесь больше всего, и что дарит вам радость?

Все три уровня энергии взаимосвязаны и влияют на наше общее энергетическое состояние и устойчивость к изменениям. Определите для себя ресурсные действия на каждом уровне энергии, составьте свой список заряжающих действий, и когда почувствуете упадок сил, вы будете знать, что делать.

Емкость в электротехнике: что это такое и зачем нужна

Емкость в электротехнике — это характеристика проводника или системы проводников, которая показывает, сколько электрического заряда может быть накоплено при заданной разности потенциалов, т. е. э лектрическая емкость характеризует свойство проводящих тел заряжаться под влиянием электрического поля, а также накапливать в поле этих тел электрическую энергию.

Емкость измеряется в фарадах (Ф) и зависит от формы, размера и расстояния между проводниками, а также от свойств среды, в которой они находятся.

Основным элементом, обладающим емкостью, является конденсатор. Конденсатор состоит из двух проводящих пластин, разделенных диэлектриком (непроводящей средой). Когда к пластинам подключается источник напряжения, на них образуется заряд противоположного знака. Разность потенциалов между пластинами пропорциональна заряду, а емкость конденсатора равна отношению заряда к напряжению.

Аналогией электрической емкости в области гидростатики может служить удельная емкость сосуда на единицу высоты, которая численно равна площади горизонтального сечения сосуда.

Представим себе высокую цистерну. Количество жидкости (количество электричества на теле), которое можно запасти в цистерне, зависит от высоты ее заполнения (потенциала тела), а также от объема жидкости, приходящегося на единицу высоты цистерны (емкость тела). Этот объем жидкости в свою очередь зависит от площади горизонтального сечения цистерны — от ее диаметра.

Чем больше этот диаметр и, следовательно, объем, приходящийся на единицу высоты, тем больше и удельная емкость по высоте цистерны (электрическая емкость между двумя пластинами пропорциональна площади пластин, смотрите — От чего зависит емкость конденсатора). Соответственно зависит от значения объема жидкости, приходящегося на единицу высоты, и работа, которую необходимо затратить на заполнение цистерны.

Емкость с водой - аналогия электротехнической емкости

Допустим, есть в пространстве два медных шара одинакового размера (красный и голубой), расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Возьмем батарейку с напряжением 9 вольт, и подключим ее разноименными полюсами к двум этим шарам, чтобы к одному шару (к голубому) стал бы присоединен «+», а к другому (к красному) присоединим «-». Между шарами возникнет разность электрических потенциалов, равная напряжению батарейки V = 9 вольт.

Электрические состояния двух этих медных шаров тут же стали иными, чем были до присоединения батарейки, ведь теперь на шарах присутствуют разноименные электрические заряды, которые взаимодействуют, испытывая силу притяжения друг к другу.

Можно сказать, что батарейка перенесла некоторый положительный заряд +q с левого шара на правый, и поэтому разница потенциалов между шарами стала U = 9 вольт. На левом шаре теперь отрицательный заряд -q.

Что такое емкость в электротехнике

Если добавить в цепь последовательно еще одну такую же батарейку, то разница потенциалов между шарами станет вдвое больше, напряжение между ними будет уже не 9 вольт, а 18 вольт, а перемещенный от шара — к шару заряд тоже вдвое увеличится (станет 2q), как и напряжение. Но какова величина этого заряда q, который каждый раз перемещается при повышении напряжения на 9 вольт?

Очевидно, величина этого заряда пропорциональна создаваемой между шарами разности потенциалов. Но в каком именно численном отношении находятся заряд и разность потенциалов? Здесь то нам и придется ввести такую характеристику проводника, как электроемкость C.

Электроемкость — это мера способности проводника накапливать электрический заряд. Тут же важно понимать, что когда первый проводник заряжается, то напряженность электрического поля вокруг него увеличивается. Соответственно действие первого заряженного проводника на второй заряженный проводник усилится, особенно если их начать сближать.

Сила взаимодействия заряженных проводников становится больше, если расстояние между ними становится меньше. Кроме того, в зависимости от параметров среды между проводниками, сила их взаимодействия также может быть разной.

Так, если между проводниками находится вакуум, то сила притяжения их зарядов будет одной, но если вместо вакуума поместить между проводниками нейлон, то сила электростатического взаимодействия увеличится втрое, поскольку нейлон в 3 раза лучше пропускает сквозь себя электрическое поле, чем воздух, а ведь именно благодаря электрическому полю заряженные проводники друг с другом и взаимодействуют.

Ежели заряженные проводники начать друг от друга разносить в разные стороны, то они станут взаимодействовать слабее, разность потенциалов будет больше при тех же зарядах, то есть емкость такой системы при разнесении проводников уменьшится. На представлении об электрической емкости основана работа конденсаторов.

Конденсатор

Конденсаторы

Свойство заряженных проводников электростатически взаимодействовать друг с другом через электрические поля друг друга, будучи разделенными диэлектриком, используется в конденсаторах.

Наряду с резисторами, катушками индуктивностей и трансформаторами конденсатор — основной пассивный элемент электрических цепей.

Первый конденсатор получил всемирную известность как лейденская банка. Открытие свойства накопления электрических зарядов лейденской банкой произошло случайно, при экспериментах с электростатическим генератором, или, как он тогда назывался, машиной Отто фон Герике.

Предложения по применению конденсаторов в технике начали поступать в середине XIX века. Иохим Баггс получил патент на способ зажигания газовых светильников с помощью разряда конденсатора, а затем на применение конденсаторов в телеграфе.

Главным качественным сдвигом в развитии конденсатора явилось создание в начале ХХ века специализированных предприятий для производства конденсаторов. Происходит и довольно четкое разделение конденсаторов на основные группы, сохранившиеся и в наши дни.

Конденсатор прошел длительную эволюцию, первоначально в значительной мере определявшейся развитием областей, где его применение было обязательным. Но позже их стали использовать и тогда, когда они улучшали характеристики установок, например, увеличивали их мощность, обусловливали экономию электрической энергии.

Только перечисление областей применения и видов конденсаторов, не говоря уже об особенностях их работы в различных схемах, заняло бы многие страницы.

В год в мире выпускаются десятки миллиардов конденсаторов и производство их продолжает расти.

Конструктивно конденсаторы представляют собой две пластины, называемые обкладками. Обкладки разделены диэлектриком. Для получения возможно большей емкости необходимо, чтобы обкладки имели большую поверхность и чтобы расстояние между ними было минимальным.

Конденсаторы в электротехнике служат накопителями электрической энергии в электрическом поле, которое сосредоточено в объеме диэлектрика, размещенного между обкладками конденсатора, благодаря которым заряд накапливается или снимается (в форме электрического тока).

Две обкладки располагают на крохотном расстоянии друг от друга внутри герметичного корпуса. Керамические, полипропиленовые, электролитические, танталовые и т. д. — конденсаторы различаются по типу диэлектрика между обкладками.

Хотя конденсаторы просты по своему устройству, они имеют сложные и разнообразные (для пассивных элементов) конструкции.

Виды конденсаторов

В зависимости от свойств применяемых диэлектриков электрические конденсаторы могут быть разделены на пять групп.

  • Конденсаторы с газообразным диэлектриком. К ним относятся воздушные, газонаполненные и вакуумные конденсаторы.
  • Конденсаторы с жидким диэлектриком. Это могут быть маслонаполненные конденсаторы и конденсаторы, наполненные специальными жидкостями.
  • Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком. К ним относятся следующие виды конденсаторов: кварцевые, слюдяные, стеклянные и стеклоэмалевые, серные и керамические — фарфоровые или из специальной керамики.
  • Конденсаторы с твердым органическим диэлектриком. К ним относятся бумажные конденсаторы, пропитанные твердым, жидким или полужидким диэлектриком; пленочные конденсаторы с применением различных термостойких пленок.
  • Электролитические конденсаторы. К ним относятся жидкостные и сухие полярные и неполярные конденсаторы.

Конденсаторы бывают высоковольтными и низковольтными — в зависимости от электрической прочности диэлектрика.

В зависимости от площади обкладок и диэлектрической проницаемости используемого диэлектрика, конденсаторы бывают как большой емкости, достигающей сотен фарад (ионисторы), так и крохотной емкости — единицы пикофарад.

Под конденсатором обычно понимается элемент с cocpeдоточенной емкостью, т. е. такой, в котором энергия накапливается в электрическом поле, занимающем сравнительно небольшой объем.

Для уменьшения габаритов конденсаторов разрабатываются такие конструкции, в которых плотность энергии была бы наибольшей.

Но человеку приходится иметь дело с большинством объектов, обладающих так называемой распределенной емкостью.

Имеются природные накопители, например облака. Они в узком смысле не являются конденсаторами, так как у них отсутствуют явно выраженные обкладки. Однако свойство накапливать энергию в электрическом поле позволяет рассматривать их как электрические конденсаторы.

Использование электрической емкости в электротехнике

Свойства систем, обладающих емкостью, широко используется электротехнике в технике переменных токов, особенно в области высоких и сверхвысоких частот.

В технике переменных токов важно учитывать взаимодействие емкости с другими параметрами электрической цепи, такими как сопротивление и индуктивность.

Эти параметры определяют импеданс (сопротивление переменному току) и реактивную мощность (мощность, которая не совершает полезную работу, а лишь перекачивается между источником и нагрузкой). В зависимости от соотношения этих параметров, емкость может как повышать, так и понижать импеданс и реактивную мощность.

Для оптимальной работы электрической цепи необходимо подбирать такие значения емкости, которые обеспечивают желаемый импеданс и реактивную мощность.

В технике постоянных токов емкость используется в устройствах для намагничивания постоянных магнитов, для импульсной электросварки, импульсных испытаний на пробой диэлектриков, сглаживания кривой тока в выпрямительных устройствах и т. п.

Однако емкость любой системы изолированных проводящих тел, которую невозможно полностью свести к нулю, в ряде случаев может оказать нежелательное влияние на характеристики электротехнических устройств (в виде помех, емкостных утечек и т. п.).

Избавиться от такого влияния можно либо соответствующим образом компенсируя его действие (обычно с помощью индуктивности), либо создавая такие условия, при которых потенциалы определенных тел системы по отношению к окружающим предметам имеют минимальное значение (например, заземление одного из тел).

Естественные конденсаторы

Проводящие или полупроводящие ток предметы или тела часто образуют с землей, а также друг с другом системы, способные накапливать электрические заряды, т. е. обладающие емкостью. Следовательно, мы живем в мире «естественных» конденсаторов.

Какими же свойствами должны обладать тела или предметы, чтобы они могли быть «естественными» конденсаторами? Какова их характеристика и роль? Какой источник энергии заряжает их? Какой характер зарядов и как долго они удерживаются такими конденсаторами?

Возникают эти и множество других вопросов. Некоторые из них приводят в затруднение даже специалистов.

Обязательными условиями образования «естественного» конденсатора является наличие достаточно хорошей проводимости у тел или предметов, а также изоляции между ними и землей.

Емкость таких конденсаторов зависит от размеров предметов или тел и расстояния между ними: чем больше размеры и меньше расстояния, тем больше емкость.

«Естественные» конденсаторы распределенной емкости воздушной линии электропередач высокого напряжения

В сухую погоду люди в синтетической одежде при рукопожатии могут ощутить сильный разряд, проявляющийся как укол и сопровождающийся хорошо слышимым треском. Это пробивается конденсатор, обкладками которого являются сами люди, а диэлектриком — воздух между ними.

При сухой погоде сопротивление изоляции (воздуха и обуви) велико и способствует накоплению зарядов, образующихся при электризации в результате трения синтетических материалов.

Напряжение, развивающееся на таком «естественном» конденсаторе вследствие накопления зарядов, может доходить до нескольких тысяч вольт. Однако емкость его достаточно мала — около десятка пикофарад.

Особенно сильный разряд возникает, когда две обкладки такого конденсатора заряжены противоположными по знаку зарядами, так как разность потенциалов при этом удваивается. Впрочем, такие эффекты довольно редки и вызывают лишь легкое потрясение.

Более опасен разряд конденсатора, образованный автомобилем, металлические части которого являются одной из обкладок, а второй обкладкой служит земля. Шины из нетокопроводящей резины — это изолятор. В результате трения шин и других процессов на автомобиле может накопиться электрический заряд.

Емкость такого конденсатора составляет около сотни пикофарад, а величина напряжения, до которого он может зарядиться, — десятки тысяч вольт.

Энергия искры при пробое такого конденсатора (пробой может возникнуть по поверхности шин на землю или по воздуху на другой, близко находящийся автомобиль) достаточна для воспламенения и взрыва паров бензина или других веществ.

Вот почему машины-бензовозы снабжают цепочками, соприкасающимися с землей, по которым заряды «стекают» в землю.

Известно, что статическое электричество и разряды «естественных» конденсаторов доставляют много неприятностей на предприятиях со взрывоопасной средой (шахты, мукомольные предприятия, химические производства и т. д.).

Часто безобидные в общем-то разряды «естественных» конденсаторов могут ухудшать качество продукции или даже приводить ее в негодность.

Некоторые полупроводниковые приборы, например, очень чувствительны к таким разрядам и полностью выходят из строя, если не принять специальные меры перед тем, как взять их в руки.

Известны случаи, когда пробои «естественного» конденсатора, образованного операторами в синтетической одежде, вызывали сбои в работе компьютерной техники.

Причина сбоев не сразу была установлена. Величины зарядов, и особенно емкостей и напряжений «естественных» конденсаторов, не постоянны: они изменяются по мере перемещения предметов или тел, образующих эти конденсаторы, вследствие изменения расстояний между ними, а также зависят от состояния атмосферы, влияющего на сопротивление изоляции и накопление зарядов.

«Естественные» конденсаторы получают заряды не только в результате электризации, когда на них возникает постоянное по знаку напряжение. Через них может протекать и переменный ток, если одной из обкладок является проводник, находящийся под переменным напряжением.

Сильно проявляется действие «естественных» конденсаторов в технике проводной связи и в высоковольтных системах передачи электрической энергии.

Ёмкость линий электропередачи

Электрические провода, разделенные воздухом или другим изолятором (диэлектриком), образуют конденсатор, емкость которого «распределена» по длине и зависит от расстояния между проводниками, сечения и длины проводов, а также от характеристик разделяющих их диэлектриков.

Одновременно каждый из проводов образует конденсатор распределенной емкости на землю. Так, воздушные линии электропередач высокого напряжения 110 — 400 тыс. вольт вследствие значительного расстояния между проводами и низкой диэлектрической проницаемости воздуха имеют удельную емкость между проводами порядка 10 -8 Ф/км и несколько меньшую на землю.

Электрические кабели имеют в сотни раз большую удельную емкость благодаря значительно меньшему расстоянию между его жилами и большей диэлектрической проницаемости их изолирующего материала.

Совместно с индуктивностью линии, которая также является распределенной, наличие «естественных» конденсаторов приводит к возникновению в линиях волновых процессов (отражению, преломлению и др.) при различных возмущениях, например, при ударе молнии, отключении или подключении трансформаторов и т. д.

Эти процессы в свою очередь обусловливают появление на линии перенапряжений, опасных для ее изоляции и подключенного к ней оборудования.

Однако и без возмущений емкость и индуктивность линий приводят к неравномерному распределению напряжения вдоль линии, особенно сильному, когда линия ненагружена.

Первый, но не последний печальный опыт возникновения и проявления этих явлений люди приобрели еще в конце XIX века, когда электротехник Ферранти в Лондоне проводил эксперименты с передачей электрической энергии на переменном токе по длинному кабелю.

Кабельная изоляция вследствие резонансных явлений не выдерживала возникающего на холостом ходе напряжения и пробивалась, несмотря на все большую ее толщину, которую применял исследователь.

Выход из критической ситуации предложил Уильям Томсон: подключить на конце кабеля реактор (катушку индуктивности), который «поглощал» бы избыточную зарядную мощность емкости кабеля и этим снижал напряжение.

Влияние емкости ЛЭП на характер распределения напряжения вдоль линии, вредное на холостом ходе, т. е. при отсутствии нагрузки, становится полезным, когда линия имеет активную и особенно активно-индуктивную нагрузку.

Тогда распределенные емкости компенсируют индуктивное сопротивление ЛЭП, благодаря чему уменьшается потеря напряжения.

Величины зарядных токов длинных высоковольтных ЛЭП могут достигать единиц и десятков ампер. Эти довольно значительные токи протекают через «естественные» конденсаторы ЛЭП.

В этой статье мы рассмотрели, что такое электрическая емкость и как она характеризует свойство проводящих тел заряжаться и накапливать электрическую энергию. Мы узнали, какие факторы влияют на величину емкости, какие бывают виды конденсаторов, которые являются основными элементами с емкостью в электротехнике.

Мы также рассмотрели, как емкость проявляется в различных областях применения, какие полезные и вредные эффекты она может вызывать, и как их учитывать или компенсировать. Наконец, мы узнали, что в природе и в повседневной жизни существуют «естественные» конденсаторы, которые также обладают емкостью и могут накапливать заряды.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Энергию какого вида может запасать емкость?

uchet-jkh.ru

Все вокруг нас, начиная от маленьких предметов, заканчивая огромными механизмами, содержит энергию. Однако, иногда нам необходимо сохранить эту энергию и использовать ее в более удобном для нас времени или месте. Для этого существуют различные емкости, которые способны сохранять различные виды энергии.

Одной из наиболее распространенных емкостей для сохранения энергии являются аккумуляторы. Аккумуляторы представляют собой электрохимические ячейки, способные сохранять электрическую энергию. Они состоят из двух электродов и электролита. Аккумуляторы используются в повседневной жизни, например, для питания мобильных устройств или электромобилей.

Еще одним примером емкости для сохранения энергии являются емкости для хранения газа. Такие емкости используются для сохранения газообразного топлива, например, в автомобилях на сжиженном природном газе или воздушного газа в промышленных системах. Газовые емкости способны сохранять большое количество энергии и обеспечивать устойчивую работу различных устройств.

Энергию можно также сохранить в физических емкостях, таких как упругие пружины или гравитационные системы.

Упругие пружины являются примером механической емкости, способной сохранять потенциальную энергию деформации. Примерами использования упругих пружин могут служить часы, игрушки или противовесы для регулировки весов. Гравитационные системы, например, подъемные краны или сточные системы, позволяют сохранять потенциальную энергию высоты и использовать ее при необходимости.

Как сохранить энергию в различных емкостях?

Сохранение энергии является одной из важных задач в современном мире. Одним из способов сохранения энергии является использование различных емкостей, которые позволяют хранить энергию и использовать ее по мере необходимости. В данной статье рассмотрим несколько типов емкостей, в которых можно сохранить энергию.

1. Аккумуляторы

Аккумуляторы являются одним из наиболее распространенных способов сохранения энергии. Они используются в различных устройствах, таких как мобильные телефоны, ноутбуки, автомобильные батареи и другие. Аккумуляторы состоят из двух электродов — положительного и отрицательного, между которыми происходят химические реакции, позволяющие накапливать и выделять энергию.

2. Конденсаторы

Конденсаторы также используются для хранения энергии. Они состоят из двух металлических пластин, разделенных диэлектриком. Когда на конденсатор подается электрическое напряжение, заряд накапливается на пластинах. Когда заряд снимается, конденсатор выделяет накопленную энергию. Конденсаторы широко применяются в электротехнике, например, в блоках питания, настройке и поддержке напряжения, компенсации пускового тока и т.д.

3. Сверхпроводники

Сверхпроводники являются особенным видом емкостей, которые способны сохранять энергию без потерь. Они обладают свойством нулевого сопротивления при определенной температуре, что позволяет сохранять энергию в виде тока в течение продолжительного времени. Сверхпроводники используются в квантовых компьютерах, магнитных энергоёмких носителях и других сферах, где требуется высокая энергоэффективность.

4. Гравитационные емкости

В некоторых случаях, для хранения энергии используют гравитационные емкости, которые включают в себя подъемные грузы или системы водного хранения. Принцип работы основан на накоплении потенциальной энергии при подъеме груза или на накоплении энергии при заполнении резервуаров водой. Эта энергия может быть использована для генерации электричества через специально разработанные механизмы и генераторы.

5. Теплоаккумуляторы

Теплоаккумуляторы представляют собой системы, которые способны сохранять тепловую энергию. Они состоят из материалов с высокой теплоемкостью, которые могут поглощать и выделять тепло в зависимости от потребности. Теплоаккумуляторы применяются в системах отопления, солнечных коллекторах и других устройствах, где необходимо сохранять тепло для последующего использования.

Заключение

Существуют различные типы емкостей, которые позволяют сохранять энергию и использовать ее по мере необходимости. Аккумуляторы, конденсаторы, сверхпроводники, гравитационные емкости и теплоаккумуляторы — все они играют важную роль в энергетике и позволяют нам использовать энергию более эффективно.

Батареи и аккумуляторы

Батареи и аккумуляторы представляют собой устройства, способные сохранять энергию и предоставлять ее в нужный момент. Они широко используются в различных сферах нашей жизни, от бытовой техники до автомобилей и мобильных устройств.

Батареи состоят из нескольких элементов, таких как электролит, анод и катод. Электролит служит средой для передачи ионов, а анод и катод являются электродами, через которые происходит химическая реакция. Подобная реакция превращает химическую энергию в электрическую и позволяет батарее аккумулировать энергию.

Аккумуляторы, в отличие от батарей, обладают возможностью перезаряжаться. Они имеют реактивные электроды, позволяющие осуществлять обратную реакцию и восстанавливать заряд. Таким образом, аккумуляторы можно использовать многократно, заполняя их электрической энергией снова и снова.

Существует несколько типов батарей и аккумуляторов:

  • Солевые батареи: самые простые и дешевые типы батарей, которые используются, например, в пультов управления или наручных часах. Они содержат химические реакции на основе солей.
  • Литий-ионные аккумуляторы: широко используются в мобильных устройствах, таких как смартфоны или ноутбуки. Они обладают высокой энергоемкостью и небольшими размерами.
  • Свинцово-кислотные аккумуляторы: часто используются в автомобильной промышленности. Они обладают большой емкостью и способны выдавать высокий ток.

Важно правильно обращаться с батареями и аккумуляторами, чтобы избежать их повреждения и продлить их срок службы. Например, нельзя разряжать аккумуляторы до нуля или хранить их в сильно нагретом состоянии.

Батареи и аккумуляторы – незаменимые источники энергии для многих устройств и систем. Их правильное использование и обслуживание позволяют нам сохранить энергию и использовать ее в нужные моменты.

Емкости для сжатого воздуха

Емкости для сжатого воздуха являются одним из наиболее распространенных способов хранения энергии. Они могут быть использованы в различных отраслях промышленности, включая энергетику, автомобильное производство и строительство.

Основным преимуществом использования емкостей для сжатого воздуха является их способность хранить и освобождать энергию в любое время. Когда воздух сжимается в емкости, потенциальная энергия увеличивается. При необходимости эта энергия может быть освобождена и использована для приведения в действие различных механизмов и устройств.

Плюсом использования емкостей для сжатого воздуха является экологическая чистота этого способа хранения энергии. Воздух является экологически безопасным и не загрязняет окружающую среду, в отличие от некоторых других источников энергии.

Емкости для сжатого воздуха могут быть разных размеров и конструкций. Они могут быть маленькими и портативными, что позволяет использовать их в автомобилях для хранения энергии, например, для привода двигателя. Также существуют более крупные емкости, которые могут использоваться для промышленных нужд, таких как энергетические системы, производство и т.д.

Однако, помимо преимуществ, у емкостей для сжатого воздуха есть и некоторые ограничения. Например, процесс сжатия и расширения воздуха не всегда эффективен, и часть энергии может быть потеряна в виде тепла. Также, емкости для сжатого воздуха имеют ограниченный срок службы и требуют регулярного обслуживания.

В целом, использование емкостей для сжатого воздуха является эффективным и удобным способом хранения энергии. Они широко применяются в различных отраслях и продолжают развиваться и совершенствоваться.

Конденсаторы

Конденсатор – это электрическая емкость, способная накапливать и хранить энергию в форме электрического поля.

Конденсатор состоит из двух проводящих пластин, разделенных диэлектриком. Когда на пластины конденсатора подается электрический заряд, возникает электрическое поле, которое хранит энергию. Эта энергия может быть использована позже для питания электрических устройств.

Конденсаторы могут иметь различные характеристики, такие как емкость, рабочее напряжение и температурный диапазон. Емкость измеряется в фарадах (Ф) и указывает на количество электрического заряда, которое может хранить конденсатор. Рабочее напряжение – это максимальное напряжение, которое может быть применено к конденсатору без его повреждения. Температурный диапазон указывает на то, в каком диапазоне температур может надежно работать конденсатор.

Одной из основных особенностей конденсаторов является их способность сохранять энергию. Конденсаторы активно используются во многих сферах, включая электронику, электроэнергетику, медицину и автомобильную промышленность.

Конденсаторы можно подразделить на несколько типов:

  • Фольговые конденсаторы – обычно используются в электронных устройствах, имеют качественные электрические параметры;
  • Электролитические конденсаторы – имеют большую емкость и используются для питания электроустановок;
  • Керамические конденсаторы – компактные и имеют хорошую рабочую частоту;
  • Полипропиленовые конденсаторы – устойчивы к высоким температурам и электрическим полям;
  • Плёночные конденсаторы – используются в электронной аппаратуре и имеют хорошую рабочую температуру.

Конденсаторы используются для хранения энергии, коммутации электрических сигналов, фильтрации переменного тока и многих других задач. Они являются важными компонентами в электронике и способны значительно улучшить работу различных электрических систем и устройств.

Теплоаккумуляторы

Теплоаккумуляторы – это устройства, предназначенные для сохранения и накопления тепловой энергии. Они широко применяются в системах отопления и горячего водоснабжения для обеспечения постоянного и равномерного тепла в помещении.

Основным принципом работы теплоаккумуляторов является сбор и накопление избыточного тепла в специальной емкости. Затем это накопленное тепло используется в тех моментах, когда источник тепла (например, котел) не функционирует или функционирует в недостаточном режиме.

Теплоаккумуляторы выгодно отличаются от других способов накопления энергии тем, что тепло, которое они накапливают, может быть использовано сразу после накопления без дополнительных преобразований. Более того, теплоаккумуляторы позволяют снизить затраты на отопление, так как они используют низкотарифное электричество или дешевые топливные ресурсы для нагрева.

Существуют различные типы теплоаккумуляторов, включая:

  • Сухие теплоаккумуляторы – это емкости, заполненные утеплителем, который быстро нагревается и медленно остывает. Примерами таких устройств являются кирпичные или бетонные конструкции.
  • Водяные теплоаккумуляторы – это емкости, заполненные водой или теплоносителем. Вода быстро нагревается и остывает, обеспечивая постоянное отопление в помещении. Такие теплоаккумуляторы могут представлять собой большие баки или емкости, установленные в подвале или специально отведенном месте.
  • Теплоаккумуляторы на основе фазового перехода – это специальные материалы, которые обладают способностью накапливать тепло при переходе из одной фазы в другую. Например, парафиновые капсулы, которые при нагревании плавятся и выделяют тепло, а при остывании затвердевают и снова готовы к накоплению энергии.

Теплоаккумуляторы играют важную роль в обеспечении энергоэффективности систем отопления и горячего водоснабжения. Они позволяют сохранять и использовать тепло, что помогает снизить затраты на энергию и создает комфортные условия проживания в зданиях.

Электрохимические емкости

Электрохимические емкости – это устройства, способные сохранять электрическую энергию, преобразуя ее в химическую форму и обратно. Такие емкости активно применяются в различных областях, включая электроэнергетику, автомобилестроение, электронику и даже медицину.

Одним из самых распространенных типов электрохимических емкостей является аккумулятор, или перезаряжаемый элемент. Аккумулятор состоит из двух электродов – положительного и отрицательного, а также электролита, разделяющего электроды, и межплатформенного раствора, обеспечивающего движение ионов внутри аккумулятора.

В процессе зарядки аккумулятора происходит химическая реакция, в результате которой восстанавливается его потенциал. При разрядке аккумулятора электроны начинают двигаться от отрицательного электрода к положительному через внешнюю цепь, создавая электрическую энергию. Когда аккумулятор полностью разряжен, его можно снова зарядить.

Одним из наиболее известных типов аккумуляторных батарей являются литий-ионные аккумуляторы, которые широко применяются в портативных устройствах, таких как смартфоны, ноутбуки, планшеты и электронные книги. Литий-ионные аккумуляторы обладают высокой энергетической плотностью, малым весом и отсутствием эффекта памяти, что делает их очень популярными на современном рынке.

Кроме аккумуляторов, электрохимические емкости также включают в себя топливные элементы. Топливные элементы работают на основе электрохимической реакции между водородом и кислородом, которая происходит внутри них. В процессе реакции производится электричество и образуется вода.

Топливные элементы обладают высокой энергетической эффективностью и позволяют получать электричество непрерывно в течение длительного времени. Они находят применение в сфере энергетики, особенно в солнечных и ветровых системах, где они могут использоваться для хранения энергии и обеспечения дополнительного источника питания.

В заключение, электрохимические емкости представляют собой важный способ сохранения энергии. Они широко применяются в различных областях и обладают рядом преимуществ, таких как перезаряжаемость, высокая энергетическая эффективность и невысокие затраты на обслуживание. В будущем развитие и усовершенствование электрохимических емкостей может значительно повысить эффективность использования энергоресурсов.

Вопрос-ответ

Какую энергию можно сохранить в различных емкостях?

В различных емкостях можно сохранить различные виды энергии, например, механическую, химическую, электрическую и тепловую.

Что такое механическая энергия и как ее можно сохранить в емкости?

Механическая энергия – это энергия движения и/или положения тела. Ее можно сохранить в емкостях, например, в маятниках, пружинах или упругих шариках.

Какую энергию можно сохранить в аккумуляторах?

Аккумуляторы предназначены для хранения электрической энергии. В них происходит химическая реакция, которая преобразует электрическую энергию в химическую и обратно.

В какой форме сохраняется энергия в батарейках?

В батарейках энергия хранится в химической форме. Химические реакции, происходящие внутри батарейки, позволяют преобразовывать химическую энергию в электрическую.

Какую энергию можно сохранить в теплоизоляционных контейнерах?

Теплоизоляционные контейнеры предназначены для сохранения тепловой энергии. Они обеспечивают минимальные потери тепла, позволяя сохранить его в контейнере на протяжении длительного времени.

Какую энергию можно сохранить в гравитационных системах?

В гравитационных системах можно сохранить потенциальную энергию, связанную с положением объектов относительно земли. Например, поднятые вверх грузы обладают потенциальной энергией, которая может быть преобразована в другие виды энергии при их опускании.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *