Condensator constant de casă.
Condensatorii pot fi fabricați pe cont propriu. Cel mai simplu mod de a face un condensator constant este. Pentru condensatoarele de casă cu o capacitate de până la câteva sute de picofaradi, se consumă folie de aluminiu sau staniu, hârtie subțire de scris sau absorbant, parafină sau ceară (stearina nu este potrivită). Folia poate fi luată din condensatoare de hârtie de mare capacitate deteriorate sau puteți folosi folie de aluminiu, care este folosită pentru a împacheta ciocolata și unele tipuri de bomboane. De asemenea, puteți utiliza hârtie pentru condensatoare deteriorate. Îndreptați folia și tăiați două benzi din ea - plăcile viitorului condensator. Lungimea și lățimea benzilor de folie sunt determinate de capacitatea condensatorului care trebuie făcut (calculul este dat mai jos). Tăiați încă două benzi de hârtie de 2 ori mai late decât benzile de folie. Unul dintre ele ar trebui să fie de 1,5-2 ori mai lung decât celălalt. Topiți parafina într-un borcan, dar nu o aduceți la fierbere. Folosind o perie, ungeți benzile de hârtie cu parafină fierbinte și puneți pe ele benzi de folie exact în mijloc. Îndoiți ambele perechi de benzi. Acoperiți-le cu hârtie și călcați-le cu un fier de călcat, astfel încât fâșiile să se lipească mai bine și mai strâns. Dacă parafină sau ceară nu sunt disponibile, benzile pot fi înmuiate în vaselină medicală. Luați bucăți de sârmă de cupru de 1-1,5 grosime și 50-60 mm lungime. Îndoiți-le și introduceți capetele benzilor de folie în buclele rezultate, după ce ați îndepărtat mai întâi parafina din ele, astfel încât să existe un contact electric sigur între ele. Rotiți benzile lipite într-o rolă strânsă - condensatorul este gata. Pentru rezistență, poate fi lipit într-o bandă de carton și apoi înmuiat în parafină topită sau acoperit la exterior cu lipici BF-2. Acum vom raporta datele calculate ale unor astfel de condensatoare. Două benzi de folie care se suprapun reciproc cu o suprafață de 1 cm2 fiecare, despărțiți de hârtie subțire de scris, formează un condensator cu o capacitate de aproximativ 20 pF. Dacă luăm, de exemplu, benzi de folie de 1 cm lățime și 10 cm lungime, atunci condensatorul va avea o capacitate de 200 pF. Cu benzi de aceeași lățime, dar lungi de 50 ohmi, obțineți un condensator cu o capacitate de aproximativ 1000 pF. CondensatorCe fel de capacitate se poate face din benzi de folie de 2 cm lățime și 25 cm lungime sau 2,5 cm lățime și 20 cm lungime.Astfel, pentru a cunoaște capacitatea viitorului condensator în picofaradi, trebuie să înmulțiți aria de plăci care se suprapun reciproc, exprimate în centimetri, cu 20 La calcul, nu țineți cont de capetele benzilor de folie de care sunt atașate cablurile de sârmă, deoarece acestea nu se suprapun cu celelalte capete ale benzii. După ce ați făcut un condensator, verificați dacă plăcile sale sunt conectate între ele.
Dacă intenționați să construiți un laser, un tub de accelerare, un generator de interferențe electromagnetice sau orice altceva asemănător, atunci mai devreme sau mai târziu vă veți confrunta cu necesitatea de a utiliza un condensator de înaltă tensiune cu inductanță scăzută, capabil să dezvolte gigawați. de putere de care ai nevoie.
În principiu, puteți încerca să folosiți un condensator achiziționat și ceva aproape de ceea ce aveți nevoie este chiar disponibil pentru vânzare. Acestea sunt condensatoare ceramice precum KVI-3, K15-4, o serie de mărci de la Murata și TDK și, bineînțeles, bestia Maxwell 37661 (cel din urmă, însă, este de tip ulei)
Folosirea condensatoarelor achiziționate are însă dezavantajele sale.
- Acestea sunt scumpe.
- Sunt inaccesibile (Internetul, desigur, are oameni conectați, dar transportul de piese din cealaltă parte a globului este oarecum enervant)
- Și, bineînțeles, cel mai important lucru: încă nu vă vor oferi parametrii de înregistrare de care aveți nevoie. (Când despre care vorbim despre o descărcare în zeci și chiar câteva nanosecunde pentru a alimenta un laser cu azot sau pentru a obține un fascicul de electroni fugari dintr-un tub de accelerație neevacuat, niciun Maxwell nu vă poate ajuta)
Folosind acest ghid, vom învăța cum să facem o inductanță scăzută de înaltă tensiune de casă
condensator pe exemplul unei plăci destinate utilizării ca driver
laser colorant pentru lampă. Cu toate acestea, principiul este general și cu el
folosind veți putea construi condensatori în special (dar fără a se limita la)
chiar și pentru a alimenta laserele cu azot.
I. RESURSE
II. ASAMBLARE
Atunci când proiectați un dispozitiv care necesită o sursă de alimentare cu inductanță scăzută, trebuie să vă gândiți la design în ansamblu, și nu separat la condensatori, separat (de exemplu) la capul laser etc. În caz contrar, barele colectoare vor anula beneficiile designului condensatorului cu inductanță scăzută. De obicei condensatoarele sunt organice parte integrantă dispozitive similare și de aceea placa de driver cu laser colorant va servi drept exemplu.
Binecuvântat este acela care are în jurul lui foi de fibră de sticlă și plexiglas. Trebuie să folosesc plăci de tăiat de bucătărie vândute în magazine.
Luați o bucată de plastic și tăiați-o la dimensiunea diagramei viitoare. 
Ideea circuitului este primitivă. Acestea sunt două condensatoare, de stocare și de vârf, conectate printr-un eclator conform unui circuit de încărcare rezonant. Nu ne vom ocupa în detaliu de funcționarea circuitului aici; sarcina noastră aici este să ne concentrăm pe asamblarea condensatoarelor. 
După ce ați decis cu privire la dimensiunea viitorilor condensatori, tăiați bucăți de unghi de aluminiu la dimensiunea viitorilor contactori. Procesați cu atenție colțurile conform tuturor regulilor tehnologiei de înaltă tensiune (rotunjiți toate colțurile și tociți toate marginile). 
Atașați cablurile viitoarelor condensatoare la „placa de circuit imprimat” rezultată. 
Montați acele părți ale circuitului care, dacă nu sunt asamblate acum, pot interfera ulterior cu asamblarea condensatoarelor. În cazul nostru, acestea sunt autobuze de legătură și un eclator. 
Vă rugăm să rețineți că inductanța scăzută la instalarea descărcător este sacrificată pentru ușurința de reglare. În acest caz, acest lucru este justificat, deoarece auto-inductanța lămpii (lungi și subțiri) este vizibil mai mare decât inductanța circuitului eclatorului și, în plus, conform tuturor legilor corpului negru, lampa nu va străluci mai repede decât sigma*T^4, indiferent cât de rapid este circuitul de alimentare. Numai partea frontală poate fi scurtată, dar nu întregul impuls. Pe de altă parte, atunci când proiectați, de exemplu, un laser cu azot, nu veți mai atașa eclatorul atât de liber.
Următorul pas este tăierea foliei și eventual a pachetelor laminate (cu excepția cazului în care dimensiunea condensatorului necesită utilizarea unui format de pachet complet, așa cum este cazul condensatorului de stocare de pe placa în cauză.) 
În ciuda faptului că laminarea are loc în mod ideal ermetic și defalcarea de-a lungul marginilor ar trebui exclusă, nu se recomandă ca marginile (dimensiunea d în figură) să fie mai mici de 5 mm pentru fiecare 10 kV de tensiune de funcționare.
Marginile care măsoară 15 mm pentru fiecare tensiune de 10 kV asigură o funcționare mai mult sau mai puțin stabilă chiar și fără etanșare.
Selectați dimensiunea cablurilor (dimensiunea D din figură) egală cu grosimea așteptată a stivei viitorului condensator cu o anumită marjă. Colțurile foliei, desigur, ar trebui să fie rotunjite.
Să începem cu condensatorul de vârf. Iată cum arată spațiile și căptușeala finisată, laminată: 
Pentru condensatorul de vârf, a fost luat un laminat cu o grosime de 200 de microni, deoarece aici este de așteptat o creștere a tensiunii de 30 kV din cauza încărcării „rezonante”. Laminați numărul necesar de huse (în cazul nostru, 20 de bucăți). Așezați-le într-o stivă (cu terminalele alternativ în direcții diferite). Îndoiți cablurile stivei rezultate (dacă este necesar, tăiați folia în exces), puneți stiva în fanta formată de contactoarele de colț de pe placă și apăsați-l cu capacul superior. 
Fetiștii vor asigura capacul superior cu șuruburi îngrijite, dar îl puteți înfășura pur și simplu cu bandă electrică. Condensatorul de vârf este gata. 
Asamblarea unui condensator de stocare nu este fundamental diferită.
Mai puțin lucru cu foarfecele, deoarece este utilizat formatul A4 complet. Laminatul aici este ales cu o grosime de 100 de microni, deoarece este planificat să utilizeze o tensiune de încărcare de 12 kV.
Le colectăm într-o stivă în același mod, îndoim cablurile și le apăsăm cu un capac: 
Un blat de bucătărie cu un mâner tăiat arată, desigur, rău, dar nu interferează cu funcționalitatea. Sper că veți avea mai puține probleme cu resursele. Și încă ceva: dacă decideți să folosiți bucăți de lemn ca bază și capac, va trebui să le pregătiți serios. Primul lucru este să-l uscați bine (de preferință la temperaturi ridicate). Și în al doilea rând, sigilați-l ermetic. Lac de uretan sau vinil.
Aceasta nu este o chestiune de rezistență electrică sau scurgere. Faptul este că atunci când umiditatea se schimbă, lemnul se va îndoi. În primul rând, acest lucru va perturba calitatea contactului și va prelungi timpul de descărcare al condensatorilor. În al doilea rând, dacă, ca și aici, un laser ar trebui să fie montat deasupra acestei plăci, acesta se va îndoi și cu toate consecințele care decurg.
Când îndoiți cablurile, nu uitați să le așezați peste un strat suplimentar de izolație. Altfel, de fapt: plăcile sunt separate una de cealaltă prin două straturi de dielectric, iar cablurile de pe placa de polaritate opusă sunt separate doar de unul singur.
Să vedem ce avem. Să folosim un multimetru cu un contor de capacitate încorporat.
Acesta este ceea ce arată condensatorul de stocare. 
Și asta arată condensatorul de vârf. 
Asta e tot. Condensatorii sunt gata, subiectul ghidului este epuizat.
Cu toate acestea, probabil că abia așteptați să le încercați. Completam părțile lipsă ale circuitului, instalăm lampa și o conectăm la sursa de alimentare.
Așa arată. 
Iată o oscilogramă de curent luată cu un mic inel de sârmă conectat direct la osciloscop și situat în apropierea circuitului care alimentează lampa. Adevărat, în loc de o lampă, circuitul a fost încărcat cu un șunt. 
Și iată o oscilogramă a blițului unei lămpi, luată cu o fotodiodă FD-255 îndreptată spre cel mai apropiat perete. Lumina difuză este suficientă. Ar fi mai corect să spui „mai mult decât”. 
Puteți certa mult timp condensatorii prost produse și căutați motivul pentru care descărcarea durează mai mult de 5 μs... De fapt, o lampă bliț aruncă o grămadă de megawați și chiar și lumina împrăștiată de pe pereți conduce fotodioda în saturație profundă. Să luăm fotodioda. Iată o oscilogramă luată de la 5 metri, când fotodioda nu se uită exact la bec, ci ușor în lateral. 
Timpul de creștere este greu de determinat cu precizie din cauza zgomotului, dar se poate observa că este de ordinul a 100 ns și este în concordanță bună cu durata semiciclului curentului.
Coada rămasă în pulsul de lumină este strălucirea unei plasme care se răcește încet. Durata totală este sub 1 μs.
Este suficient pentru un laser bazat pe un pedepsitor? Aceasta este o întrebare separată. În general, un astfel de impuls este de obicei mai mult decât suficient, dar totul depinde de colorant (cât de pur și de bun este), de cuvă, iluminator, rezonator etc. Dacă reușesc să pun laser pe unul dintre markerii fluorescenți disponibili în comerț, atunci va exista un ghid separat despre un laser colorant de casă.
(PS) A trebuit să mai adaug încă 30 nF la condensatorul de stocare principal și chiar a fost suficient. Țeava, a cărei fotografie poate fi găsită chiar acolo în secțiunea „Fotografii”, a funcționat chiar mai bine decât dintr-un GIN cu două maxwell.
În general, un timp de descărcare de 100 ns nu este în niciun caz limita pentru tehnologia descrisă pentru crearea condensatoarelor. Iată o fotografie a condensatorului cu care laserul cu azot care pompează aer funcționează stabil în modul superradiance: 
Timpul său de descărcare depășește deja capacitățile osciloscopului meu, cu toate acestea, generatorul de azot cu acest condensator generează efectiv deja la 100 mmHg. vă permite să estimați timpul de descărcare la 20 ns sau mai puțin.
III. ÎN LOC DE CONCLUZIE. SIGURANȚĂ
A spune că un astfel de condensator este periculos înseamnă a nu spune nimic. Un șoc electric de la un astfel de container este la fel de mortal ca un camion KAMAZ care zboară spre tine cu o viteză de 160 km/h. Acest condensator trebuie tratat cu același respect ca o armă sau exploziv. Când lucrați cu astfel de condensatori, utilizați toate măsurile de siguranță posibile și, în special, pornirea și oprirea de la distanță.
Este pur și simplu imposibil să preziceți toate situațiile periculoase și să oferiți recomandări despre cum să evitați intrarea în ele. Fii atent și gândește-te cu capul. Știi când se termină cariera unui sapator? Când încetează să-i mai fie frică. Chiar în acel moment, când ajunge în relații amicale cu explozivii, îi este aruncat capul.
Pe de altă parte, milioane de oameni conduc pe drumuri cu camioanele KAMAZ și mii de sapatori merg la muncă și rămân în viață. Atâta timp cât ești atent și gândești cu capul, totul va fi bine.
Condensator de tricou
Acest tip de condensator și-a primit numele datorită asemănării formei plăcilor cu pachetul „T-shirt”.
Inductanța acestui condensator este mai mare decât cea a condensatorului descris mai sus sau a condensatorului de bomboane, dar este destul de potrivită pentru utilizare în CO2 sau GIN. Este dificil să porniți colorantul și nu este potrivit pentru azot.
Materialele de care veți avea nevoie sunt aceleași ca în ghidul de mai sus: folie mylar (sau pungi de laminat), folie de aluminiu și bandă/bandă adezivă.
Diagrama de mai jos prezintă dimensiunile principalelor goluri.
L - lungime dielectrică
D - lățimea dielectrică
R - raza exterioară a condensatorului
Golurile de la marginile dielectricului sunt de 15 mm. Pe partea în care ies benzile de contact ale plăcilor, există o adâncitură de 50 mm. Aceste indentări sunt făcute cât mai minim posibil pentru capacitatea maximă la L și D dat al dielectricului. Vă rugăm să rețineți că aceste goluri sunt selectate pentru 10 kV. (Mă îndoiesc că are sens să faci acest tip de condensator pentru mai mult tensiune înaltă, deci nu voi scrie aici formule pentru recalcularea indentărilor și golurilor pentru alte tensiuni)
Distanța dintre bornele plăcilor este de 30 mm. Acest interval este, de asemenea, considerat cât mai minim posibil pentru 10 kV. Mărirea acestui decalaj va face ca cablurile să fie prea înguste - inductanța condensatorului va crește.
de fabricație
Condensatorul rezervorului este gata. Îl puteți instala pe laser, GIN sau alt dispozitiv de înaltă tensiune.
Din punct de vedere structural, este un „sandwich” format din doi conductori și un dielectric, care poate fi un vid, gaz, lichid, solid organic sau anorganic. Primele condensatoare domestice (borcane de sticlă cu shot, acoperite cu folie) au fost realizate în 1752 de M. Lomonosov și G. Richter.
Ce ar putea fi interesant la un condensator? Când am început să lucrez la acest articol, m-am gândit că aș putea aduna și prezenta pe scurt totul despre această parte primitivă. Dar pe măsură ce am cunoscut condensatorul, am fost surprins să realizez că nu puteam spune nici măcar o sută parte din toate secretele și minunile ascunse în el...
Condensatorul are deja peste 250 de ani, dar nici nu se gândește să devină învechit.. În plus, 1 kg de „condensatoare obișnuite” stochează mai puțină energie decât un kilogram de baterii sau celule de combustibil, dar este capabil să o elibereze mai repede decât fac ei, în timp ce dezvoltă mai multă putere. — Când un condensator este descărcat rapid, un impuls de mare putere poate fi obținut, de exemplu, în blițuri foto, lasere cu impulsuri pompate optic și colisionare. Există condensatori în aproape orice dispozitiv, așa că dacă nu aveți condensatori noi, îi puteți elimina de acolo pentru experimente.
Încărcarea condensatorului este valoarea absolută a sarcinii uneia dintre plăcile sale. Se măsoară în coulombi și este proporțională cu numărul de electroni suplimentari (-) sau lipsă (+). Pentru a colecta o sarcină de 1 coulomb, veți avea nevoie de 6241509647120420000 de electroni. Există aproximativ același număr de ei într-o bula de hidrogen de mărimea unui cap de chibrit.
Deoarece capacitatea de a acumula sarcini la electrod este limitată de repulsia lor reciprocă, transferul lor la electrod nu poate fi nesfârșit. Ca orice dispozitiv de stocare, un condensator are o capacitate foarte specifică. Așa se numește - capacitate electrică. Se măsoară în faradi și pentru un condensator plat cu plăci de suprafață S(fiecare), situat la distanță d, capacitatea este Sε 0 ε/d(la S>> d), Unde ε – constantă dielectrică relativă și ε 0 =8,85418781762039 * 10 -12 .
Capacitatea condensatorului este, de asemenea, egală cu q/U, Unde q– sarcina plăcii pozitive, U— tensiune între plăci. Capacitatea depinde de geometria condensatorului și de constanta dielectrică a dielectricului și nu depinde de sarcina plăcilor.
Într-un conductor încărcat, sarcinile încearcă să se împrăștie unele de altele pe cât posibil și, prin urmare, nu se află în grosimea condensatorului, ci în stratul superficial al metalului, ca o peliculă de benzină pe suprafața apei. Dacă doi conductori formează un condensator, atunci aceste încărcături în exces se adună unul față de celălalt. Prin urmare, aproape întreg câmpul electric al condensatorului este concentrat între plăcile sale.
Pe fiecare placă, taxele sunt distribuite astfel încât să fie departe de vecini. Și sunt amplasate destul de spațios: într-un condensator de aer cu o distanță între plăci de 1 mm, încărcat până la 120 V, distanța medie dintre electroni este de peste 400 de nanometri, ceea ce este de mii de ori mai mare decât distanța dintre atomi ( 0,1-0,3 nm) și Aceasta înseamnă că pentru milioane de atomi de suprafață există doar un electron suplimentar (sau lipsă).
Dacă reduce distantaîntre plăci, atunci forțele atractive vor crește, iar la aceeași tensiune sarcinile de pe plăci se vor putea „înțelege” mai strâns. Capacitatea va crește condensator. Așa a făcut profesorul nebănuit de la Universitatea din Leiden, van Musschenbroeck. El a înlocuit sticla cu pereți groși a primului condensator din lume (creat de preotul german von Kleist în 1745) cu un borcan subțire de sticlă. L-a încărcat și a atins-o, iar când s-a trezit două zile mai târziu, a spus că nu va fi de acord să repete experimentul, chiar dacă ar fi promis regatului francez pentru asta.
Dacă plasați un dielectric între plăci, acestea îl vor polariza, adică vor atrage sarcinile opuse din care constă. Acest lucru va avea același efect ca și când farfuriile ar fi aduse mai aproape. Un dielectric cu o constantă dielectrică relativă ridicată poate fi considerat un bun transportator al câmpului electric. Dar niciun transportor nu este perfect, așa că indiferent de ce dielectric minunat adăugăm peste cel existent, capacitatea condensatorului va scădea doar. Puteți crește capacitatea doar dacă adăugați un dielectric (sau mai bine, un conductor) în loc de deja existent dar având un ε mai mic.
Aproape că nu există încărcări gratuite în dielectrice. Toate sunt fixate fie într-o rețea cristalină, fie în molecule – polare (reprezentând dipoli) sau nu. Dacă nu există câmp extern, dielectricul este nepolarizat, dipolii și sarcinile libere sunt împrăștiate haotic și dielectricul nu are câmp propriu. într-un câmp electric este polarizat: dipolii sunt orientaţi de-a lungul câmpului. Deoarece există o mulțime de dipoli moleculari, atunci când sunt orientați, avantajele și dezavantajele dipolilor vecini din interiorul dielectricului se compensează reciproc. Doar sarcinile de suprafață rămân necompensate - pe o suprafață - una, pe cealaltă - alta. Taxele gratuite în domeniul extern, de asemenea, în derivă și separate.
În acest caz, diferite procese de polarizare au loc la viteze diferite. Un lucru este deplasarea învelișurilor de electroni, care are loc aproape instantaneu, altul este rotația moleculelor, în special a celor mari, iar al treilea este migrarea sarcinilor libere. Ultimele două procese depind în mod evident de temperatură și apar mult mai repede în lichide decât în solide. Dacă dielectricul este încălzit, rotațiile dipolului și migrarea sarcinii se vor accelera. Dacă câmpul este oprit, nici depolarizarea dielectricului nu are loc instantaneu. Rămâne polarizat pentru ceva timp până când mișcarea termică împrăștie moleculele în starea lor haotică inițială. Prin urmare, pentru condensatoarele la care polaritatea este comutată la frecvențe înalte, sunt potrivite doar dielectricii nepolari: fluoroplastic, polipropilenă.
Dacă dezasamblați un condensator încărcat și apoi îl reasamblați (cu pensete de plastic), energia nu va merge nicăieri, iar LED-ul va putea clipi. Va clipi chiar dacă îl conectați la un condensator în stare dezasamblată. Acest lucru este de înțeles - în timpul dezasamblarii, încărcarea nu a dispărut de pe plăci, iar tensiunea chiar a crescut, deoarece capacitatea a scăzut și acum plăcile sunt literalmente pline de încărcături. Stai, cum a crescut această tensiune, pentru că atunci va crește și energia? Așa este, am împărțit energie mecanică sistemului, depășind atracția coulombiană a plăcilor. De fapt, acesta este trucul electrificării prin frecare - să agățați electronii la o distanță de ordinul mărimii atomilor și să îi trageți la o distanță macroscopică, crescând astfel tensiunea de la câțiva volți (și aceasta este tensiunea în legăturile chimice) la zeci și sute de mii de volți. Acum este clar de ce o jachetă sintetică nu generează șoc electric atunci când o porți, ci doar când o scoți? Stai, de ce nu miliarde? Un decimetru este de un miliard de ori mai mare decât un angstrom, pe care am smuls electroni? Da, pentru că munca de deplasare a unei sarcini într-un câmp electric este egală cu integrala lui Eq peste d, și același E slăbește pătratic cu distanța. Și dacă pe întregul decimetru dintre jachetă și nas ar exista același câmp ca în interiorul moleculelor, atunci un miliard de volți ar face clic pe nas.
Să verificăm acest fenomen - o creștere a tensiunii atunci când condensatorul este întins - experimental. Am scris un program simplu în Visual Basic pentru a primi date de la controlerul nostru PMK018 și a le afișa pe ecran. În general, luăm două plăci de textolit de 200x150 mm, acoperite pe o parte cu folie, și lipim firele care merg la modulul de măsurare. Apoi punem un dielectric - o foaie de hârtie - pe una dintre ele și o acoperim cu o a doua farfurie. Plăcile nu se potrivesc strâns, așa că le vom apăsa deasupra cu corpul stiloului (dacă apăsați cu mâna, puteți crea interferențe).
Circuitul de măsurare este simplu: potențiometrul R1 setează tensiunea (în cazul nostru este de 3 volți) furnizată condensatorului, iar butonul S1 servește la alimentarea condensatorului sau nu.
Deci, apăsați și eliberați butonul - vom vedea graficul afișat în stânga. Condensatorul se descarcă rapid prin intrarea osciloscopului. Acum să încercăm să eliberăm presiunea pe plăci în timpul descărcării - vom vedea un vârf de tensiune pe grafic (dreapta). Acesta este exact efectul dorit. În același timp, distanța dintre plăcile condensatorului crește, capacitatea scade și, prin urmare, condensatorul începe să se descarce și mai repede.
Aici m-am gândit serios... Se pare că suntem în pragul unei mari invenții... La urma urmei, dacă la depărtarea plăcilor, tensiunea pe ele crește, dar încărcarea rămâne aceeași, atunci poți lua două condensatoare, pe unul împingeți plăcile pe ele, iar în punctul de expansiune maximă transferați sarcina la un condensator staționar. Apoi readuceți plăcile la locul lor și repetați același lucru în sens invers, depărtând celălalt condensator. În teorie, tensiunea ambilor condensatori va crește cu fiecare ciclu de un anumit număr de ori. O idee grozavă pentru un generator de energie! Va fi posibil să se creeze noi modele pentru morile de vânt, turbine și toate astea! Deci, grozav... pentru comoditate, puteți plasa toate acestea pe două discuri care se rotesc în direcții opuse.... oh, ce este asta... uh, aceasta este o mașină electrică de școală! 🙁
Nu a prins rădăcini ca generator, deoarece este incomod să faceți față unor astfel de tensiuni. Dar la scară nanometrică totul se poate schimba. Fenomenele magnetice din nanostructuri sunt de multe ori mai slabe decât cele electrice, iar câmpurile electrice de acolo, așa cum am văzut deja, sunt enorme, așa că o mașină electroforică moleculară poate deveni foarte populară.
Condensator ca depozit de energie
Este foarte ușor să vă asigurați că energia este stocată în cel mai mic condensator. Pentru a face acest lucru, avem nevoie de un LED roșu transparent și o sursă de curent constant (o baterie de 9 volți va face, dar dacă tensiunea nominală a condensatorului permite, este mai bine să luați una mai mare). Experimentul constă în încărcarea unui condensator și apoi conectarea unui LED la el (nu uitați de polaritate) și urmărirea lui clipind. Într-o cameră întunecată, un bliț este vizibil chiar și de la condensatoare de zeci de picofarads. Aproximativ sute de milioane de electroni emit o sută de milioane de fotoni. Cu toate acestea, aceasta nu este limita, deoarece ochiul uman poate observa o lumină mult mai slabă. Pur și simplu nu am găsit condensatori mai puțin capacitivi. Dacă numărul ajunge la mii de microfarad, economisește LED-ul și, în schimb, scurtează condensatorul la un obiect metalic pentru a vedea o scânteie - o indicație evidentă a prezenței energiei în condensator.
Energia unui condensator încărcat se comportă în multe feluri ca energia mecanică potențială - energia unui arc comprimat, a unei greutăți ridicate la o înălțime sau a unui rezervor de apă (și energia unui inductor, dimpotrivă, este similară cu energia cinetică). ). Capacitatea unui condensator de a stoca energie a fost folosită de mult timp pentru a asigura funcționarea continuă a dispozitivelor în timpul căderilor de scurtă durată ale tensiunii de alimentare - de la ceasuri la tramvaie.
Condensatorul este, de asemenea, folosit pentru a stoca energia „aproape eternă” generată de tremurături, vibrații, sunet, detectarea undelor radio sau radiația rețelei electrice. Încetul cu încetul, energia acumulată din surse atât de slabe de-a lungul timpului permite senzorilor wireless și altor dispozitive electronice să funcționeze pentru o perioadă de timp. Acest principiu stă la baza unei eterne baterii „de tip deget” pentru dispozitivele cu un consum redus de energie (cum ar fi telecomenzile TV). Corpul său conține un condensator cu o capacitate de 500 milifarad și un generator care îl alimentează cu oscilații la o frecvență de 4–8 herți cu o putere liberă de 10 până la 180 miliwați. Sunt dezvoltate generatoare bazate pe nanofire piezoelectrice care sunt capabile să direcționeze energia unor astfel de vibrații slabe, cum ar fi bătăile inimii, tălpile de pantofi care lovesc solul și vibrațiile echipamentelor tehnice într-un condensator.
O altă sursă de energie liberă este inhibiția. De obicei, atunci când un vehicul frânează, energia se transformă în căldură, dar poate fi stocată și apoi utilizată în timpul accelerației. Această problemă este deosebit de acută pentru transportul public, care încetinește și accelerează la fiecare oprire, ceea ce duce la un consum semnificativ de combustibil și la poluarea aerului din emisiile de eșapament. În regiunea Saratov, în 2010, compania Elton a creat Ecobus - un microbuz experimental cu motoare electrice neobișnuite și supercondensatori - dispozitive de stocare a energiei de frânare care reduc consumul de energie cu 40%. Utilizează materiale dezvoltate în proiectul Energia-Buran, în special folie de carbon. În general, datorită școlii științifice create în URSS, Rusia este unul dintre liderii mondiali în dezvoltarea și producția de condensatoare electrochimice. De exemplu, produsele Elton au fost exportate în străinătate din 1998, iar recent producția acestor produse a început în SUA sub o licență de la o companie rusă.
Capacitatea unui condensator modern (2 faradi, fotografia din stânga) este de mii de ori mai mare decât capacitatea întregului glob. Sunt capabili să stocheze o sarcină electrică de 40 de Coulombs!
Ele sunt utilizate, de regulă, în sistemele audio ale mașinii pentru a reduce sarcina de vârf pe cablajul electric al mașinii (în momentele de lovituri de bas puternice) și, datorită capacității uriașe a condensatorului, suprima toate interferențele de înaltă frecvență în -rețea de bord.
Dar acest „cufăr al bunicului” sovietic pentru electroni (foto din dreapta) nu este atât de încăpător, dar poate rezista la o tensiune de 40.000 de volți (rețineți căștile de porțelan care protejează toți acești volți de defectarea corpului condensatorului). Acest lucru este foarte convenabil pentru o „bombă electromagnetică”, în care un condensator este descărcat pe un tub de cupru, care în același moment este comprimat din exterior de o explozie. Rezultatul este un impuls electromagnetic foarte puternic care dezactivează echipamentele radio. Apropo, când explozie nucleara, spre deosebire de cel obișnuit, se eliberează și un impuls electromagnetic, care subliniază încă o dată asemănarea nucleului de uraniu cu un condensator. Apropo, un astfel de condensator poate fi încărcat direct electricitate statica de la un pieptene, dar bineînțeles că va dura mult timp pentru a încărca la tensiune maximă. Dar va fi posibil să se repete experiența tristă a lui van Musschenbroeck într-o versiune foarte agravată.
Dacă pur și simplu freci un pix (pieptene, balon, lenjerie sintetică etc.) pe păr, LED-ul nu se va aprinde. Acest lucru se datorează faptului că electronii în exces (luați din păr) sunt captivi, fiecare în punctul său de pe suprafața plasticului. Prin urmare, chiar dacă lovim un electron cu ieșirea LED-ului, alții nu se vor putea grăbi după el și vor crea curentul necesar pentru ca LED-ul să strălucească vizibil cu ochiul liber. Este o altă problemă dacă transferați încărcăturile de la un stilou la un condensator. Pentru a face acest lucru, luați condensatorul de un terminal și frecați stiloul pe rând, mai întâi pe păr, apoi pe terminalul liber al condensatorului. De ce freca? Pentru a maximiza recolta de electroni de pe întreaga suprafață a stiloului! Să repetăm acest ciclu de mai multe ori și să conectăm un LED la condensator. Va clipi și numai dacă se respectă polaritatea. Deci condensatorul a devenit o punte între lumile electricității „statice” și „obișnuite” :)
Am luat un condensator de înaltă tensiune pentru acest experiment, temându-mă de o defecțiune a celui de joasă tensiune, dar s-a dovedit că aceasta era o precauție inutilă. Când sursa de încărcare este limitată, tensiunea pe condensator poate fi mult mai mică decât tensiunea sursei de alimentare. Un condensator poate converti tensiunea înaltă în tensiune joasă. De exemplu, electricitatea statică de înaltă tensiune - în electricitate obișnuită. De fapt, există o diferență: încărcarea unui condensator cu un microcoulomb de la o sursă cu o tensiune de 1 V sau 1000 V? Dacă acest condensator este atât de încăpător încât o sarcină de 1 µC pe el nu crește tensiunea peste tensiunea unei surse de alimentare de un volt (adică capacitatea sa este mai mare de 1 µF), atunci nu există nicio diferență. Doar că, dacă nu limitați cu forță pandantivele, atunci mai mulți dintre ei vor dori să vină dintr-o sursă cu voință înaltă. da si putere termala, eliberat la bornele condensatorului va fi mai mare (și cantitatea de căldură este aceeași, pur și simplu va fi eliberată mai repede, motiv pentru care puterea este mai mare).
În general, aparent, orice condensator cu o capacitate de cel mult 100 nf este potrivit pentru acest experiment. Puteți face mai mult, dar va trebui să îl încărcați mult timp pentru a obține suficientă tensiune pentru LED. Dar dacă curenții de scurgere în condensator sunt mici, LED-ul va arde mai mult. S-ar putea să te gândești să folosești acest principiu pentru a crea un dispozitiv pentru reîncărcarea unui telefon mobil frecându-l de părul tău în timpul unei conversații :)
Un condensator excelent de înaltă tensiune este o șurubelniță. În acest caz, mânerul său servește ca dielectric, iar tija de metal și mâna omului servesc drept plăci. Știm că un stilou frecat pe păr atrage bucăți de hârtie. Dacă freci o șurubelniță pe păr, nu va ieși nimic din el - metalul nu are capacitatea de a lua electroni din proteine - nu a atras bucățile de hârtie și nu a făcut-o. Dar dacă, ca în experimentul anterior, îl freci cu un stilou încărcat, șurubelnița, datorită capacității sale reduse, se încarcă rapid la o tensiune ridicată și bucăți de hârtie încep să fie atrase de ea.
LED-ul se aprinde și de la șurubelniță. Este imposibil să surprinzi un scurt moment al blițului său într-o fotografie. Dar - să ne amintim de proprietățile exponențialului - stingerea blițului durează mult timp (după standardele obturatorului unei camere). Și așa am asistat la un fenomen lingvistic-optic-matematic unic: expozantul expunea matricea camerei!
Cu toate acestea, de ce astfel de dificultăți - există înregistrare video. Arată că LED-ul clipește destul de puternic:
Când condensatoarele sunt încărcate la tensiuni înalte, efectul de margine începe să joace un rol, care constă în următoarele. Dacă un dielectric este plasat în aer între plăci și li se aplică o tensiune care crește treptat, atunci la o anumită valoare a tensiunii are loc o descărcare liniștită la marginea plăcii, detectabilă prin zgomotul caracteristic și strălucirea în întuneric. Mărimea tensiunii critice depinde de grosimea plăcii, ascuțimea muchiei, tipul și grosimea dielectricului etc. Cu cât dielectricul este mai gros, cu atât este mai mare cr. De exemplu, cu cât constanta dielectrică a unui dielectric este mai mare, cu atât este mai mică. Pentru a reduce efectul de margine, marginile plăcii sunt încorporate într-un dielectric cu rezistență electrică ridicată, garnitura dielectrică este îngroșată la margini, marginile plăcilor sunt rotunjite și se creează o zonă cu o tensiune în scădere treptată la nivelul marginea plăcilor prin realizarea marginilor plăcilor dintr-un material cu rezistență mare, reducând tensiunea pe un condensator prin împărțirea acestuia în mai multe conectate în serie.
De aceea, părinților fondatori ai electrostaticii le plăcea să aibă bile la capătul electrozilor. Aceasta, se pare, nu este o caracteristică de design, ci o modalitate de a minimiza fluxul de încărcare în aer. Nu există unde să mergi altundeva. Dacă curbura unei zone de pe suprafața mingii este redusă și mai mult, atunci curbura zonelor învecinate va crește inevitabil. Și aici, aparent, în treburile noastre electrostatice, nu media, ci curbura maximă a suprafeței este importantă, care este minimă, desigur, pentru o minge.
Hmm.. dar dacă capacitatea unui corp este capacitatea de a acumula sarcină, atunci probabil că este foarte diferită pentru sarcinile pozitive și negative... Să ne imaginăm un condensator sferic în vid... Să-l încărcăm negativ din inimă, fără a cruța centralele electrice și gigawați-oră (asta e bine la un experiment de gândire!)... dar la un moment dat vor fi atât de multe excese electroni pe această minge pe care pur și simplu vor începe să-i împrăștie în întregul vid, doar pentru a nu fi într-o astfel de etanșeitate electronegativă. Dar cu sarcină pozitivă acest lucru nu se va întâmpla - electronii, oricât de puțini rămân, nu vor zbura nicăieri din rețeaua cristalină a condensatorului.
Ce se întâmplă, capacitatea pozitivă este evident mult mai mare decât cea negativă? Nu! Deoarece electronii erau de fapt acolo nu pentru răsfățul nostru, ci pentru conectarea atomilor și fără nicio parte notabilă a acestora, respingerea coulombiană a ionilor pozitivi ai rețelei cristaline ar sparge instantaneu cel mai blindat condensator în praf :)
De fapt, fără o placă secundară, capacitatea „jumătăților solitare” ale condensatorului este foarte mică: capacitatea electrică a unei singure bucăți de sârmă cu un diametru de 2 mm și o lungime de 1 m este de aproximativ 10 pF și întregul glob are 700 μF.
Este posibil să se construiască un standard absolut de capacitate prin calcularea capacității sale folosind formule fizice bazate pe măsurători precise ale dimensiunilor plăcilor. Așa sunt realizate cele mai precise condensatoare din țara noastră, care sunt amplasate în două locuri. Standardul de stat GET 107-77 este situat în Întreprinderea Unitară Federală de Stat SNIIM și constă din 4 condensatoare coaxial-cilindrice neacceptate, a căror capacitate este calculată din precizie ridicată prin viteza luminii și unitățile de lungime și frecvență, precum și un comparator capacitiv de înaltă frecvență, care vă permite să comparați capacitățile condensatoarelor aduse pentru verificare cu un standard (10 pf) cu o eroare mai mică de 0,01% în intervalul de frecvență 1-100 MHz (foto din stânga).
Standard GET 25-79 (foto din dreapta), situat la Întreprinderea Unitară de Stat Federală VNIIM numită după. DI. Mendeleev conține un condensator de calcul și un interferometru într-un bloc de vid, o punte de transformare capacitivă completă cu măsuri de capacitate și un termostat și surse de radiație cu o lungime de undă stabilizată. Standardul se bazează pe o metodă de determinare a creșterilor capacității unui sistem de electrozi încrucișați ai unui condensator de proiectare atunci când lungimea electrozilor se modifică cu un anumit număr de lungimi de undă de radiație luminoasă foarte stabilă. Acest lucru asigură menținerea unei valori precise a capacității de 0,2 pF cu o precizie mai bună de 0,00005%
Dar la piața radio din Mitino mi-a fost greu să găsesc un condensator cu o precizie mai mare de 5% 🙁 Ei bine, să încercăm să calculăm capacitatea folosind formule bazate pe măsurători de tensiune și timp prin PMK018-ul nostru preferat. Vom calcula capacitatea în două moduri. Prima metodă se bazează pe proprietățile exponențialei și pe raportul tensiunilor de pe condensator, măsurate în diferite momente ale descărcării. Al doilea este prin măsurarea sarcinii emanate de condensator în timpul descărcării; se obține prin integrarea curentului în timp. Aria limitată de graficul curent și axele de coordonate este numeric egală cu sarcina dată de condensator. Pentru aceste calcule, trebuie să cunoașteți exact rezistența circuitului prin care se descarcă condensatorul. Am stabilit această rezistență cu un rezistor de precizie de 10 kOhm dintr-un kit electronic.
Și iată rezultatele experimentului. Fiți atenți la cât de frumos și neted a ieșit expozantul. Nu este calculată matematic de un computer, ci măsurată direct din natura însăși. Datorită grilei de coordonate de pe ecran, este clar că proprietatea exponențialului este respectată cu precizie - la intervale egale de timp scade de un număr egal de ori (chiar am măsurat-o cu o riglă pe ecran :) Astfel, vedem că formulele fizice reflectă destul de adecvat realitatea din jurul nostru.
După cum puteți vedea, capacitatea măsurată și calculată coincide aproximativ cu cea nominală (și cu citirile multimetrelor chinezești), dar nu exact. Este păcat că nu există un standard care să determine care dintre ele este adevărat! Dacă cineva cunoaște un container standard care este ieftin sau disponibil acasă, asigurați-vă că scrieți despre el aici în comentarii.
În inginerie electrică de putere, primul din lume care a folosit un condensator a fost Pavel Nikolaevich Yablochkov în 1877. El a simplificat și, în același timp, a îmbunătățit condensatorii Lomonosov, înlocuind împușcătura și folia cu lichid și conectând băncile în paralel. El deține nu doar invenția lămpilor cu arc inovatoare care au cucerit Europa, ci și o serie de brevete legate de condensatoare. Să încercăm să asamblam un condensator Yablochkov folosind apă sărată ca lichid conducător și un borcan de sticlă cu legume ca borcan. Capacitatea rezultată a fost de 0,442 nf. Să înlocuim borcanul punga de plastic, având o suprafață mai mare și grosime de multe ori mai mică - capacitatea va crește la 85,7 nf. (În primul rând, umpleți sacul cu apă și verificați dacă există curenți de scurgere!) Condensatorul funcționează - vă permite chiar să clipiți LED-ul! De asemenea, își îndeplinește cu succes funcțiile în circuitele electronice (am încercat să-l conectez la un generator în loc de un condensator obișnuit - totul funcționează).
Apa joacă aici un rol foarte modest ca dirijor, iar dacă ai folie, te poți descurca fără ea. În urma lui Yablochkov, vom face același lucru. Iată un condensator cu folie de mica și cupru cu o capacitate de 130 pf.
Plăcile metalice trebuie să se potrivească cât mai strâns cu dielectricul și este necesar să se evite introducerea unui adeziv între placă și dielectric, care va provoca pierderi suplimentare pe curent alternativ. Prin urmare, acum, în principal, metalul este folosit ca placare, depus chimic sau mecanic pe un dielectric (sticlă) sau presat strâns pe acesta (mica).
În loc de mica, puteți folosi o grămadă de dielectrici diferiți, orice doriți. Măsurătorile (pentru dielectrici de grosime egală) au arătat că aerul ε cel mai mic, pentru fluoroplastic este mai mare, pentru silicon este și mai mare, iar pentru mica este și mai mare, iar în titanat de zirconat de plumb este pur și simplu uriaș. Exact așa ar trebui să fie conform științei - la urma urmei, în fluoroplastic, electronii, s-ar putea spune, sunt strâns legați de lanțuri de fluorocarbon și se pot abate doar puțin - nu există unde un electron să sară de la atom la atom.
Puteți efectua singur astfel de experimente cu substanțe care au constante dielectrice diferite. Ce crezi că are o constantă dielectrică mai mare, apă distilată sau ulei? Sare sau zahar? Parafină sau săpun? De ce? Constanta dielectrică depinde de o mulțime de lucruri... s-ar putea scrie o carte întreagă despre asta.
Asta e tot? 🙁
Nu, nu toate! Va fi o continuare peste o saptamana! 🙂
CUM SE FACE UN CONDENSATOR DE CAPACITATE CONSTANTĂ
Nu este dificil să faci un condensator constant. Pentru a face acest lucru veți avea nevoie de folie de tablă (hârtie de tablă), hârtie de ceară și bucăți de tablă. Folia de Staniol poate fi luată din ambalaje de bomboane sau ciocolată și puteți face singur hârtie de parafină.
Pentru a face acest lucru, luați hârtie absorbantă subțire și tăiați-o în fâșii de 50 mm lățime și 200-300 mm lungime.
Fâșiile se scufundă 2-3 minute în parafină topită (nu fierbe). Imediat ce sunt scoase, parafina se întărește imediat. După aceasta, trebuie să o răzuiți cu atenție cu partea contonată a unui cuțit, pentru a nu rupe hârtia. Se obțin foile cerate rezultate.
Orez. 111. Condensator constant de casă.
Pentru condensator, hârtia cerată este pliată cu litera „I”, așa cum se arată în Figura 111, iar foile de staniol cu dimensiunile 45X30 mm sunt plasate în golurile de pe ambele părți ale acordeonului.
Când toate foile sunt introduse, „acordeonul” este pliat și călcat cu un fier de călcat încălzit. Capetele staniol rămase la exterior sunt legate între ele.
Cel mai bun mod de a face acest lucru este să tăiați două plăci din carton gros, să le așezați pe ambele părți ale „acordeonului” și să le prindeți cu două cleme din tablă sau alamă. Trebuie să lipiți conductorii pe rame, cu ajutorul cărora condensatorul este lipit în timpul instalării.
Cu zece frunze de staniol, capacitatea condensatorului va fi aproximativ egală cu 1.000 pF.
Dacă numărul de frunze este dublat, capacitatea condensatorului se va dubla, de asemenea, aproximativ.
În acest fel, puteți realiza condensatoare cu o capacitate de 100 până la 5 tpf.
Condensatorii de mare capacitate de la 5 tpf la 0,2 μf sunt fabricați ușor diferit. Pentru a le face, veți avea nevoie de un vechi condensator de hârtie microfarad.
Un condensator de hârtie este o rolă de bandă constând din două benzi de hârtie cerată și două benzi de folie de staniol așezate între ele.
Pentru a determina lungimea benzii necesare
Pentru un condensator, folosim formula:C
l = 0,014 ---
A
În această formulă, C este capacitatea condensatorului de care avem nevoie în pf; a este lățimea benzii de folie de staniol în cm; l este lungimea benzii de folie în cm. De exemplu, pentru a obține un condensator cu o capacitate de 10 tpf cu o lățime a benzii de 4 cm, lungimea necesară a benzii va fi egală cu:
10 000l = 0,014 ----------- = 35 cm.
4
Condensatorul este realizat după cum urmează; dintr-o rolă de condensator microfarad (Fig. 112) desfășurăm o bandă de lungimea de care avem nevoie (toate cele patru benzi). Pentru a preveni conectarea plăcilor de condensator între ele, la începutul și la sfârșitul benzii, folia de staniol este tăiată cu 10 mm mai mare decât hârtia.
Înainte de a rula banda, din fiecare fâșie
Folia se termină cu o sârmă subțire toronată sau cu folie de cupru cositorită. Plumbul de la o placă este plasat la începutul benzii, iar de la cealaltă - la sfârșit și în direcția opusă. Apoi banda este rulată într-un tub și acoperită cu hârtie groasă deasupra. Hârtia pentru lipire este luată cu 10 mm mai lată decât banda. Pe marginile proeminente ale hârtiei sunt încorporate doi conductori de montaj rigid.Conductoarele de pe plăcile condensatoarelor sunt lipite la acești conductori din interiorul manșonului de hârtie, așa cum se arată în figură.
Condensatorul finit este umplut cu parafină.
Fanii diferitelor experimente de înaltă tensiune întâmpină adesea o problemă atunci când este necesar să se utilizeze condensatori de înaltă tensiune. De regulă, astfel de condensatoare sunt foarte greu de găsit și, dacă o faceți, va trebui să plătiți o mulțime de bani pentru ei, ceea ce nu toată lumea își poate permite. În plus, politica site-ului nostru pur și simplu nu vă va permite să cheltuiți bani pentru a cumpăra ceva pe care îl puteți face singur fără a părăsi casa.
După cum probabil ați ghicit, am decis să dedicăm acest material asamblarii unui condensator de înaltă tensiune, care este și subiectul videoclipului autorului, pe care vă invităm să îl vizionați înainte de a începe lucrul.
De ce avem nevoie:
- cuțit;
- ce vom folosi ca dielectric;
- folie alimentara;
- un dispozitiv pentru măsurarea capacității.
Să remarcăm imediat că autorul condensatorului de casă folosește cel mai obișnuit tapet autoadeziv ca dielectric. În ceea ce privește dispozitivul de măsurare a capacității, utilizarea acestuia nu este necesară, deoarece acest dispozitiv este destinat doar pentru ca în cele din urmă să puteți afla ce s-a întâmplat în cele din urmă. Totul este clar cu materialele, puteți începe să asamblați un condensator de casă.
În primul rând, tăiați două bucăți de tapet autoadeziv. Aveți nevoie de aproximativ o jumătate de metru, dar este de dorit ca o bandă să fie puțin mai lungă decât cealaltă.
Foaia de folie rezultată este tăiată exact în două părți pe lungime.
Următorul lucru este să punem o bucată de tapet pe o suprafață plană, pe care așezăm cu grijă o bucată de folie alimentară. Folia trebuie așezată astfel încât să existe un spațiu de aproximativ un centimetru de-a lungul celor trei margini. Pe a patra parte folia va ieși în afară, ceea ce este destul de normal în această etapă.
Pune o a doua foaie de tapet deasupra.
Pune o a doua foaie de folie pe ea. Doar de această dată ne asigurăm că folia iese din partea opusă pasului precedent. Adică, dacă autorul avea prima piesă proeminentă de jos, atunci de data aceasta ar trebui să iasă din partea de sus. Separat, trebuie remarcat faptul că foile de folie nu trebuie să se atingă între ele.
Acum scoatem suportul de pe o margine și lipim condensatorul nostru.