充電されたコンデンサのエネルギー、コンデンサの使用

金属は優れた電気伝導体です。それらは電荷を持たない自由電子伝達体を持っているため、電気を伝導します。そして、定常EMF源の助けを借りて、たとえば銅線の端に電位差が生成されると、そのような線に電流が発生し、電子がEMFのマイナス端子から出てきます。ソース - プラス端子に接続します。

逆に、誘電体には自由な電荷キャリアが存在しないため、誘電体は電流の導体ではありません。誘電体中の正と負の電荷キャリアは相互接続され、いわゆる電気双極子を形成します。電気双極子は、外部電場では回転することしかできませんが、電場の影響下で並進運動することはできません。

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たとえば、PVC パイプの形をした誘電体を考えてみましょう (ポリ塩化ビニルが誘電体です)。チューブの外面をラップで覆い、さらに丸めたホイルを内側に詰めて、チューブの内壁全体に触れるようにします。

ここで EMF 源を取り上げると、次のようになります。 バッテリー 24 ボルトの電圧を印加し、負極を内側のフォイルに、正極を外側に接続すると、フォイルの両方の部分がバッテリーから異なる符号の電荷を受け取り、外側から内側に向​​けられた電界が発生します。 PVCパイプ壁の全体積に作用します。

したがって、この電場では、誘電体分子 (PVC) が回転し、外部電場に応じて向きを変えます。 誘電体が分極している そのため、その構成分子はマイナス面を外側、つまり正極（バッテリーのプラスに接続された箔）に向け、プラス面は内側、負極に向きます。バッテリーを取り外してみましょう。

外側の箔には、外側を向いた PVC 分子の負に帯電した側が依然として保持しているため、正の電荷が残ります。内側の箔には、回転した誘電体分子の正の側に保持されているため、負の電荷が残ります。内側に。すべては静電気の法則に従って起こりました。

ここで、ホイルの外側と内側の部分をペンチで閉じると、閉じた瞬間に小さな火花が発生することがわかります。プレートからの反対の電荷が互いに引き付けられ、ワイヤ（トング）と誘電体を介して電流が発生します。元のニュートラルな状態に戻ります。

誘電体チューブと 2 枚のフォイルプレートで構成されるこのデバイスにバッテリーを接続すると、 電気エネルギー.

同様の構成を持つデバイスは、互いに絶縁された導電性プレートの間に囲まれた誘電体と呼ばれます。 電気コンデンサ.

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歴史的には、最初のプロトタイプコンデンサであるライデンバンクは、1745 年にドイツの物理学者エヴァルト ユルゲン フォン クライストによってライデンで発明され、独立してオランダの物理学者ピーター ファン ミュッシェンブリュックによって発明されました。

互いに分離されたプレート上の反対の電荷の位置エネルギーについて話しているため、充電されたコンデンサのエネルギーは、充電される電圧（プレート間の電位差）に依存します。

したがって、このエネルギーは、これらの電荷が互いに引き合うときに電場が行う仕事 (または、コンデンサの充電中に電荷が分離されるときにソースが行う仕事) に等しくなります。電荷の基本部分をあるプレートから別のプレートに移動する基本的な仕事は次のとおりです。

異なる構成のコンデンサは、同じ電荷量で充電されると、プレート間に異なる電位差が生じます。また、コンデンサが異なれば、プレートに印加される電圧が異なると、量的に異なる電荷が生じるとも言えます。

実際には、これは、各コンデンサが特定の一定値、つまりその構成、プレートの形状、誘電体の誘電率などに関連して、その特定のコンデンサを特徴付ける特性を持っていることを意味します。このパラメータは次のように呼ばれます 電気容量 C. コンデンサ q の電荷は、次のようにプレート U 間の電位差に関係します。

したがって、積分されると、充電されたコンデンサの総エネルギーの式は次のように書くことができます。

今日、コンデンサは科学技術のさまざまな分野で使用されています。電気エネルギー貯蔵装置として、電源の波形を平滑化するフィルタとして、電子機器の RC 回路の制御中、無効電力補償装置、誘導設備および無線機器の一部として使用されています。発振回路、強力なパルス発生器、電磁加速器、空気湿度計など。

詳細については、ここを参照してください。なぜ電気回路にコンデンサが使われるのでしょうか?