Schematică „capsulă“
In timp ce electronii se acumulează?
Da, depozitarea termică, în cazul în care nu mi-a adus în junglă, apoi a trimis cu siguranță, în mod greșit. Aproape că nici măcar nu a rătăcit o vizită la „demon lui Maxwell“, și să scape de el, spun ei, este mult mai dificil decât să-l întâlnească. Dar asta este tot. Solemn a promis eu nu mai distras de pacificatori luminoase, am luat studiul altor unități de pe lista mea. Acum, rândul său, de dispozitive pot stoca energie electrică. Iar la începutul listei am fost condensator listate.
Am menționat deja că mașina electrică transformă energia mecanică în sarcina electrică, și este acumulat în condensator - borcan Leyden. Acesta este unul dintre cele mai vechi tipuri de condensatoare, a primit numele de la orașul olandez Leiden, unde, în mijlocul secolului al XVIII-lea a fost creat.
borcan Leyden poate fi văzut în orice birou fizic școală. Reprezintă un cilindru cu pereți subțiri din sticlă obișnuită, lipite în interior și exterior din folie. Căptușeala interioară este cuplat la o tijă metalică se termină cu bile. Dacă încărcați un borcan Leyden, ne conectam becul la polul negativ al mașinii electrice, căptușeala interioară se adaugă o anumită cantitate de electroni în exces; apoi cu un înveliș exterior care este conectat la polul pozitiv al mașinii, sau la „sol“ care corespunde numărului de electroni este eliminat. Astfel, pe plăcile condensatorului vor fi egale în taxele de magnitudine, dar opuse, - dispozitivul este încărcat.
Descarcarea un borcan Leyden este posibilă numai cu un deversor special, izolat de mâner, pentru care este deținut. Încercările de a dezamorsa mâinile borcan Leyden de multe ori sa încheiat în moartea experimentatori. Cu toate acestea, a fost mult timp în urmă, când oamenii încă nu au știut despre pericolele unei astfel de experiență.
Dar dacă un borcan Leyden este atât de periculos, atunci se află o mulțime de energie! Este acest „capsulă“ caut?
Deoarece borcan Leyden nu a fost la îndemână, am luat primul condensator disponibile, a celor care au rămas după repararea televizorului, și a pus concluziile sale în fișa. El a fugit o scânteie. Am luat aparatul de la priza, dar apoi brusc aminte cuvintele cuiva: „AC condensație nici o taxă“ Frustrat, am atins degetele la bornele condensatorului, în scopul de a verifica validitatea acestor cuvinte, și ... Prin scânteile care au căzut de pe ochii mei, am dat seama că condensator meu nu este mai rău decât borcan Leyden. Am început să-și amintească cine a mințit, dar nu a putut aminti. Am decis totuși să nu ispiti soarta și mai întâi a citi ceva despre condensator, și apoi se angajeze în experimente.
Anterior, în secolele XVII-XVIII, electricitatea imaginat ca un fel de „fluid electric“, fara greutate, care poate „alătura“ în ghidul. Prin urmare, de amploarea taxei - valoarea acestui „fluid electric“ - a început să se determine capacitatea condensatorului ca o câteva flacoane sau sticle. Oamenii de știință au observat mult timp că este mai mare suprafața plăcilor și mai mică diferența dintre ele, cu atât mai mare capacitate. Cu toate acestea, ceea ce face diferența este prea mic nu poate - cu o înaltă tensiune aplicată condensator, poate veni un „defalcare“ decalaj scânteie. În cel mai bun caz, condensator pierde taxa, iar în cel mai rău - se va prăbuși, și că este posibil, cu explozie. strat de aer Cm, de exemplu, se rupe la o tensiune de 30.000 V. Reducerea tensiunii dezavantajos. Pentru că în cele din urmă suntem interesați nu doar un condensator, iar consumul de energie este egală cu produsul dintre tensiunea de încărcare. Prin urmare, reducerea decalajului dintre electrozi - acest lucru nu este modul de a crește consumul de energie. O soluție - creșterea zonei de electrozi.
Și o altă caracteristică foarte interesantă a condensatorului deschis oamenilor de știință. În cazul în care este plasat între plăcile de o varietate de materiale neconductoare - dielectrici, capacitate pot varia foarte mult. Această capacitate de a schimba capacitatea de dielectricilor condensator numit permitivitatea. S-a stabilit că o mai mare valoare a constantei dielectrice, mai ceteris paribus condensator.
Constanta dielectrică este unitatea în vid. Foarte aproape de valoarea permitivității de aer, astfel încât condensatorii de aer au capacitate foarte scăzută. Dacă vom merge spre constantă dielectrică mai mare, valoarea sa pentru ceara - 2, pentru sticlă și porțelan - până la 7, și apă - 81. Asta este, condensator de apă are o capacitate de 81 de ori mai mult decât aerul.
Cu toate acestea, atunci când se calculează densitatea energetică a condensatoarelor convenționale, de exemplu electrolitic, sunt predominante în inginerie de radio, a devenit clar că este foarte scăzut, nu mai mare decât cea a izvoarelor convenționale din oțel. Chiar și densitatea de energie gigant condensator este mai mare, chiar dacă cantitatea totală de energie poate fi destul de mare.
Pe unitate de condensatoare de capacitate Farad adoptate (F). Aceasta este o unitate foarte mare, o astfel de capacitate ar putea fi, de exemplu, o minge al cărui diametru este de 18 de milioane de kilometri, care este de 1500 de ori mai mare decât Pământul nostru! Desigur, cea mai mare parte capacitatea existentă a condensatorului este mult mai mică, așa că se măsoară în milionime farazi - microfarazi (uF), sau în unități, chiar și un milion de ori mai mici - picofarads (pF).
Reprezentarea geometrică a unității capacității electrice - farazi
În cazul în care se cântărește cel mai obișnuit condensator electrolitic 10 uF cu 300 V tensiune, masa va fi de câteva zeci de grame. Și energia din condensator este mai mică de 0,5 J. Prin urmare, densitatea de energie ajunge la aproximativ 10 J / kg. condensatori bune pot economisi energie de 10 ori mai mult, dar este foarte puțin.
Pentru a crește în mod dramatic capacitatea condensatorului, este necesar să se recurgă la tot felul de trucuri. Și trebuie să spun, în ultimii ani, oamenii de știință au reușit aici. În Japonia, de exemplu, a fost primul produs de carbon condensator!
condensator electrolitic
Este cunoscut faptul că carbonul activ este preparat prin cărbune fierbere în apă, are o suprafață mare pe unitatea de volum. Astfel de pori o formă de suprafață din săruri care au fost spălate cu apă. Cu acest cărbune activat absoarbe perfect mirosurile, otrăvuri, diverse gaze. Ele sunt umplute cu măști, este luat în caz de otrăvire, sunt folosite în multe alte cazuri. Este activat de suprafață de carbon și sunt interesați de oamenii de știință japonezi. Cărbune din lemn impregnat cu o soluție de săruri de metale alcaline - sodiu, potasiu, litiu, într-un solvent organic, și există un miracol - 1 cm container astfel de condensator crește până la zece sau mai multe farazi! Cu alte cuvinte, înainte ca recipientul plasat în sfera gol al cărei diametru este de 15 mii. Ori mai mare decât diametrul Pământului este mai mare decât distanța de la Pământ la soare! Dar, în termeni de energie este de puțin folos - condensatorul de carbon activat poate rezista doar o tensiune foarte mică. Densitatea de energie a condensatorului este de aproximativ 1 kJ / kg, care este mult mai mare decât cea a condensatori convenționale, dar încă foarte scăzut.
oamenii de știință maghiari au mers invers. Ei au creat un material plastic special, care posedă permitivitate extrem de mare și de tensiune defalcare. In plus, au descoperit că cea mai mare constanta dielectrică a naturii - 130 de mii de unități.! - acidul dezoxiribonucleic, același ADN, care poartă informația genetică. În cazul în care un condensator obișnuit 10 uF umple ADN-ul ca electrolit, tensiunea de 300 V la o densitate de energie este de 20 kJ / kg, care depășește rata pentru bateriile de cauciuc.
Apoi mi-am dat: ce se întâmplă dacă combini deschiderea de oameni de știință japonezi și din Ungaria, care este impregnat de carbon activat de acid dezoxiribonucleic. Energia specifică a condensatorului, pare să crească din nou în 100. Apoi masa „capsulă de energie“ necesară pentru trecerea mașinii de 100 km, ar fi nu mai mult de 1-2 kg!
Da, este tentant, desigur, pentru a primi lucrurile, dar în cazul în care pentru a obține atât de mult a ADN-ului? Cum de a absorbi ADN-ul activat de carbon? Cât de scump este un astfel de condensator, în cazul în care ar fi în continuare posibilitatea de a obține? Care va fi forța exploziei, în cazul în care va exista un eșantion aleatoriu?
Am găsit că este dificil să răspundă la aceste întrebări, cu excepția ultimului. Faptul este că o zi am devenit aproape un bâlbâit de explozie asurzitor de condensator de televiziune a căror energie a fost în zeci de mii de ori mai mici decât ...
Și încă un lucru mă deranjează. „Oamenii de știință reasiguratorilor știu aproape totul despre condensatori de a determina limita teoretică a densității energiei lor, care sa dovedit a fi de o mie de ori mai mic decât mine calculat. Unii dintre noi sunt foarte greșit în calculele lor, și cred că pot ghici cine ... Cel puțin pentru viitorul apropiat, cu ajutorul așa-numitelor „ultracapacitoare“ în Statele Unite sunt de planificare pentru a stoca energie într-o cantitate de aproximativ 30 kJ / kg.
gigant condensator
așa-numitele condensatoare „moleculare“ Între timp, moderne, în ciuda mica densitate de energie de zece ori densitatea inferioară de acumulatoare electrice, moderne, aplicate cu succes pentru a rula motoarele cu ardere internă și chiar pentru a muta vehiculul pe o distanță scurtă. De exemplu, pentru anumite tipuri de scaune cu rotile.