condensator fix de casă

Condensator fix de casa.

Condensatorii pot fi fabricați singur. Cel mai simplu mod este să faci un condensator fix. 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 deteriorate de mare capacitate sau puteți folosi folie de aluminiu, care este folosită pentru a împacheta ciocolata și unele tipuri de bomboane. Hârtia poate fi folosită și 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 urmează să fie realizat (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 benzi 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 nu există parafină sau ceară, 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 puneți capetele benzilor de folie în buclele formate, curățând în prealabil parafina de pe ele, astfel încât să existe un contact electric sigur între ele. Rulați benzile lipite într-o rolă strânsă - condensatorul este gata. Pentru rezistență, poate fi lipit într-o bandă de carton și apoi impregnat cu parafină topită sau acoperit la exterior cu adeziv BF-2. Acum să raportăm datele calculate ale unor astfel de condensatoare. Două benzi de folie care se suprapun reciproc cu o zonă 1 cm2, 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, se va obține un condensator cu o capacitate de aproximativ 1000 pF. Condensator tace capacitate poate fi realizată din benzi de folie de 2 lățime și 25 cm lungime sau 2,5 lățime și 20 cm lungime • La calcul, nu includeți capetele benzilor de folie de care sunt atașate cablurile de sârmă, deoarece acestea nu sunt suprapuse de celelalte capete ale benzii. După ce ați făcut condensatorul, verificați dacă plăcile sale sunt închise între ele.

Dacă intenționați să construiți un laser, un tub de accelerație, un generator de interferențe electromagnetice sau altceva de acest fel, 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 aveți nevoie.
În principiu, puteți încerca să folosiți un condensator achiziționat și ceva aproape de ceea ce aveți nevoie este chiar disponibil în comerț. Acestea sunt condensatoare ceramice de tip KVI-3, K15-4, o serie de mărci de la Murata și TDK și, desigur, bestia Maxwell 37661 (cel din urmă, totuși, este de tip ulei)

Utilizarea condensatoarelor achiziționate are însă dezavantajele sale.

1. Acestea sunt scumpe.
2. Sunt inaccesibile (Internetul, desigur, are oameni conectați, dar transportul de piese din cealaltă parte a globului este oarecum enervant)
3. Ei bine, și cel mai important, desigur: încă nu vor furniza parametrii de înregistrare de care aveți nevoie. (Când vorbim despre o descărcare în zeci și chiar unități de 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)

Conform acestui ghid, vom învăța cum să facem o tensiune înaltă de inductanță scăzută 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

Când proiectați un dispozitiv care necesită o sursă de alimentare cu inductanță scăzută, ar trebui să vă gândiți la design în ansamblu, și nu separat la condensatori, separat (de exemplu) un cap laser etc. În caz contrar, barele purtătoare de curent vor anula toate avantajele unui design de condensator cu inductanță scăzută. De obicei condensatoarele sunt organice parte integrantă astfel de dispozitive și de aceea placa de driver cu laser colorant va servi drept exemplu.
Binecuvântat este acel doit-yourself în jurul căruia se întind foi de fibră de sticlă și plexiglas. Trebuie să folosesc plăci de tăiat de bucătărie cumpărate din magazin.
Luați o bucată de plastic și tăiați-o la dimensiunea viitorului circuit.

Ideea schemei este primitivă. Acestea sunt două condensatoare, de stocare și de ascuțire, conectate printr-un eclator conform unui circuit cu încărcare rezonantă. Nu ne vom ocupa de funcționarea circuitului în detaliu aici, sarcina noastră aici este să ne concentrăm pe asamblarea condensatoarelor.

După ce ați decis cu privire la dimensiunile viitorilor condensatori, tăiați bucăți dintr-un colț de aluminiu în funcție de dimensiunile viitorilor contactori. Procesați cu atenție colțurile în conformitate cu toate regulile tehnologiei de înaltă tensiune (rotunjiți toate colțurile și tociți toate punctele).

Fixați cablurile viitoarelor condensatoare pe „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.

rețineți că inductanța scăzută la instalarea descărcător este sacrificată pentru ușurința de reglare. În acest caz, acest lucru este justificat, deoarece inductanța intrinsecă a lămpii (lungi și subțiri) este vizibil mai mare decât inductanța circuitului descarcătorului și, în plus, lampa, conform tuturor legilor unui corp negru, nu va străluci. mai rapid decât sigma * T ^ 4, indiferent cât de rapid este circuitul de alimentare. Puteți scurta doar partea frontală, dar nu și întregul impuls. Pe de altă parte, atunci când proiectați, de exemplu, un laser cu azot, nu veți mai monta un eclator atât de liber.

Următorul pas este tăierea foliei și eventual a pachetelor laminate (cu excepția cazului în care dimensiunea condensatorului necesită un format de pachet complet, așa cum este cazul condensatorului de stocare de pe placa în cauză.)

Deși laminarea este în mod ideal etanșă și trebuie evitată sclipirea marginilor, nu se recomandă realizarea unor margele (dimensiunea d în figură) mai mici de 5 mm la fiecare 10 kV de tensiune de funcționare.
Marginile de 15 mm pentru fiecare 10 kV de tensiune asigură o funcționare mai mult sau mai puțin stabilă chiar și fără etanșare.
Mărimea pinilor (dimensiunea D din figură) ar trebui aleasă egală cu grosimea așteptată a piciorului 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 de 200 µm gros, 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 buc.). Îndoiți-le într-o grămadă (ace alternativ în direcții diferite). La stiva rezultată, îndoiți cablurile (dacă este necesar, tăiați folia în exces), așezați stiva în cuibul format din contactoarele unghiulare de pe placă și apăsați capacul superior.

Fetiștii vor fixa capacul superior cu șuruburi îngrijite, dar îl puteți lipi pur și simplu cu bandă adezivă. Condensatorul de vârf este gata.

Asamblarea unui condensator de stocare nu este fundamental diferită.
Mai puțin lucru cu foarfecele, deoarece se folosește dimensiunea A4. Laminatul de aici are o grosime de 100 µm, deoarece planul este de a utiliza o tensiune de încărcare de 12 kV.
În același mod, colectăm într-o grămadă, îndoim concluziile și apăsăm capacul:

O placă de bucătărie cu un mâner tăiat pare, desigur, rău intenționată, dar nu încalcă funcționalitatea. Sper că veți avea mai puține probleme cu resursele. Și încă ceva: dacă decideți să folosiți bucăți de lemn ca bază și acoperire, acestea vor trebui pregătite serios. Primul este să se usuce bine (de preferință la temperatură ridicată). Iar al doilea - lăcuit ermetic. Lac de uretan sau vinil.
Ideea aici nu este rezistența electrică și nici scurgerile. Cert este că atunci când umiditatea se schimbă, bucățile de lemn se vor 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 va fi și îndoit cu toate consecințele care decurg.

Când îndoiți cablurile, nu uitați să așezați un strat suplimentar de izolație. Și apoi de fapt: plăcile sunt separate între ele prin două straturi dielectrice, iar cablurile de la plăcile cu polaritate opusă sunt separate doar de unul singur.
Să vedem ce avem. Să folosim un multimetru cu un contor de capacitate încorporat.
Iată ce arată condensatorul de stocare.

Și iată ce arată condensatorul de vârf.

Asta e tot. Condensatorii sunt gata, subiectul ghidului s-a încheiat.
Cu toate acestea, probabil că aștept cu nerăbdare să le încerc. Finalizăm partea lipsă a circuitului, instalăm lampa, o conectăm la sursa de alimentare.
Iată cum arată.

Iată o oscilogramă a curentului, 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 pe un șunt.

Și iată o oscilogramă a blițului unei lămpi, luată cu o fotodiodă FD-255 îndreptată spre cel mai apropiat perete. Lumina împrăștiată este suficientă. Este chiar mai corect să spui „mai mult decât”.

Puteți certa condensatori prost dovedit pentru o lungă perioadă de timp și căutați motivul pentru care descărcarea durează mai mult de 5 μs ... De fapt, lampa 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 depărtat de acesta.

Timpul de creștere este dificil de determinat tocmai din cauza interferenței, dar se poate observa că este de ordinul a 100 ns și este în bună concordanță cu durata semiciclului curent.
Coada rămasă în pulsul de lumină este strălucirea unei plasme care se răcește încet. Durata totală este sub 1 µs.
Va fi suficient pentru un laser pe un karasitel? Aceasta este o problemă 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 obțin generație 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 principal de stocare și chiar a fost suficient. Conducta, a cărei fotografie poate fi găsită chiar acolo în secțiunea „Fotografii”, a funcționat chiar mai bine decât de la 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 unui condensator cu care un laser cu azot care pompează aer funcționează stabil în modul superradiance:

Timpul său de descărcare depășește deja capacitățile osciloscopului meu, cu toate acestea, faptul că rezervorul de azot cu acest condensator generează efectiv deja la 100 mm Hg. permite ca timpul de descărcare să fie estimat 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 dintr-un astfel de container este la fel de mortal ca un KAMAZ care zboară spre tine cu o viteză de 160 km/h. Tratați acest condensator cu același respect ca o armă sau explozivi. Când lucrați cu astfel de condensatoare, utilizați toate măsurile de siguranță posibile și, în special, pornirea și oprirea de la distanță.
Este pur și simplu imposibil să prezici toate situațiile periculoase și să dai recomandări despre cum să nu intri 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 momentul în care devine „pe tine” cu explozibili, își suflă capul.
Pe de altă parte, milioane de oameni conduc pe drumuri cu vehicule 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.

Condensatorul rezervorului

Acest tip de condensator și-a luat numele de la asemănarea formei plăcilor cu pachetul de tricou.
Inductanța acestui condensator este mai mare decât cea a conderului descris mai sus sau a celui de bomboane, dar este destul de potrivit pentru utilizare într-un CO2 sau GIN. Cu dificultate pornește vopseaua 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 laminare), folie de aluminiu și bandă adezivă/bandă electrică.

Diagrama de mai jos arată dimensiunile golurilor principale.

L - lungime dielectrică
D - lățimea dielectrică
R este raza exterioară a condensatorului

Spațiile 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 decalaje sunt făcute cât mai mici posibil pentru capacitatea maximă pentru un L și D dat al dielectricului. Vă rugăm să rețineți că aceste distanțe sunt selectate pentru 10kV. (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 cablurile plăcilor este de 30 mm. Acest interval este, de asemenea, considerat minim posibil pentru 10 kV. Mărirea acestui decalaj va face ca cablurile să fie prea înguste - creșterea inductanței condensatorului.

de fabricație

Condensatorul rezervorului este gata. Îl puteți instala cu laser, GIN sau alt dispozitiv de înaltă tensiune.

Din punct de vedere structural, acesta este un „sandwich” format din doi conductori și un dielectric, care poate fi vid, gaz, lichid, organic sau solid anorganic. Primele condensatoare domestice (borcane de sticlă cu shot, lipite cu folie) au fost realizate în 1752 de M. Lomonosov și G. Richter.

Ce poate fi interesant într-un condensator? Începând cu acest articol, m-am gândit că aș putea aduna și rezuma totul despre acest detaliu primitiv. Dar, pe măsură ce am cunoscut condensatorul, am fost surprins să înțeleg că nu ar fi posibil să spun nici măcar o sută din toate secretele și miracolele ascunse în el ...

Condensatorul are deja peste 250 de ani, dar nici nu se gândește să devină învechit.. În plus, 1 kg de „condensatori simpli obișnuiți” stochează mai puțină energie decât un kilogram de baterii sau celule de combustibil, dar este capabil să o elibereze mai repede decât ei, în timp ce dezvoltă mai multă putere. - Odată cu descărcarea rapidă a condensatorului, se poate obține un impuls de mare putere, de exemplu, în blițuri foto, lasere pulsate cu pompare optică și colidere. Există condensatori în aproape orice dispozitiv, așa că dacă nu aveți condensatori noi, îi puteți renunța pentru experimente.

Încărcarea condensatorului este valoarea absolută a sarcinii uneia dintre plăcile sale. Se măsoară în pandantive și este proporțională cu numărul de electroni suplimentari (-) sau lipsă (+). Pentru a colecta o încărcătură de 1 pandantiv, aveți nevoie de 6241509647120420000 de electroni. Într-o bulă de hidrogen, de dimensiunea unui cap de chibrit, există aproximativ același număr.

Deoarece capacitatea de a acumula sarcini la electrod este limitată de repulsia lor reciprocă, transferul lor la electrod nu poate fi infinit. Ca orice stocare, un condensator are o capacitate bine definită. Așa se numește - capacitate electrică. Se măsoară în faradi și pentru un condensator plat cu plăci cu o zonă S(fiecare) situat la distanță d, capacitatea este Sε 0 ε/d(la S>> d), Unde ε este permisivitatea relativă și ε 0 =8,85418781762039 * 10 -12 .

Capacitatea condensatorului este de asemenea q/U, Unde q este sarcina pozitivă, U este tensiunea dintre 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 sarcini în exces sunt colectate unul vizavi de celălalt. Prin urmare, aproape întregul câmp electric al condensatorului este concentrat între plăcile sale.

Pe fiecare farfurie, taxele sunt distribuite astfel incat sa fie departe de vecini. Și sunt destul de spațioase: într-un condensator de aer cu o distanță între plăci de 1 mm, încărcat până la 120 V, distanța medie dintre electroni este mai mare de 400 nanometri, ceea ce este de mii de ori mai mare decât distanța dintre atomi (0,1). -0,3 nm), iar asta înseamnă că există doar un electron suplimentar (sau lipsă) pentru milioane de atomi de suprafață.

În cazul în care un reduce distantaîntre plăci, atunci forțele de atracție vor crește, iar la aceeași tensiune, sarcinile de pe plăci se vor putea „înțelege” mai dens. Capacitatea va crește condensator. La fel a făcut și profesorul nebănuit de la Universitatea din Leiden van Muschenbroek. El a înlocuit sticla cu pereți groși a primului condensator din lume (inventat de preotul german von Kleist în 1745) cu un borcan subțire de sticlă. L-a încărcat și a atins-o și, trezindu-se două zile mai târziu, a spus că nu va fi de acord să repete experimentul, chiar dacă pentru acest lucru i s-ar fi promis regatului francez.

Dacă un dielectric este plasat între plăci, atunci ele îl polarizează, adică vor atrage sarcini opuse din care constă. În acest caz, va exista același efect ca și când plăcile ar fi mai aproape. Un dielectric cu o permitivitate relativă ridicată poate fi considerat un bun transportator de câmp 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 chiar 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 în rețeaua cristalină, fie în molecule - polare (reprezentând dipoli) sau nu. Dacă nu există câmp extern, dielectricul este nepolarizat, dipolii și sarcinile libere sunt împrăștiate aleatoriu, iar dielectricul nu are propriul său câmp. într-un câmp electric, este polarizat: dipolii sunt orientați de-a lungul câmpului. Deoarece există o mulțime de dipoli moleculari, atunci când sunt orientați, plusurile și minusurile dipolilor vecini din interiorul dielectricului se compensează reciproc. Doar sarcinile de suprafață rămân necompensate - pe o suprafață - una, pe cealaltă - cealaltă. Taxele gratuite într-un câmp extern, de asemenea, derivă și separate.

În acest caz, diferite procese de polarizare au loc cu 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 sunt mult mai rapide în lichide decât în ​​solide. Dacă dielectricul este încălzit, rotațiile dipolilor și migrarea sarcinilor 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 comută cu o frecvență înaltă, 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 condensator în stare dezasamblată. Este de înțeles - în timpul dezasamblarii, încărcarea de pe plăci nu a mers nicăieri, iar tensiunea chiar a crescut, deoarece capacitatea a scăzut și acum plăcile sunt pline de sarcini. Stai, cum a crescut această tensiune, pentru că atunci va crește și energia? Într-adevăr, am dat sistemului energie mecanică, 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 este șocată când o porți, ci doar când o scoți? Stop, de ce nu până la 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 chiar acest E slăbește pătratic cu distanța. Și dacă pe tot decimetrul 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 - creșterea tensiunii atunci când condensatorul este întins - experimental. Am scris un program simplu Visual Basic pentru a primi date de la controlerul nostru PMK018 și pentru 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 pe una dintre ele - o foaie de hârtie - și o acoperim cu o a doua farfurie. Plăcile nu se potrivesc strâns, așa că le apăsăm 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 pentru a o aplica la condensator, sau pentru a nu-l aplica.

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 vârful de tensiune pe grafic (în dreapta). Acesta este doar efectul dorit. În acest caz, distanța dintre plăcile condensatorului crește, capacitatea scade și, prin urmare, condensatorul începe să se descarce și mai repede.

Aici m-am gândit serios la asta .. Se pare că suntem în pragul unei mari invenții... La urma urmei, dacă tensiunea crește pe ele când plăcile sunt depărtate și încărcarea rămâne aceeași, atunci poți lua doi condensatori, împingeți plăcile pe unul dintre ele, iar în punctul de expansiune maximă transferați sarcina la un condensator fix. Apoi readuceți plăcile la locul lor și repetați același lucru în sens invers, împingând 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 de mori 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 de electrofor de școală! 🙁

Nu a prins rădăcină ca generator, deoarece este incomod să faci față unor astfel de tensiuni. Dar la scară nanometrică, lucrurile se pot 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 uriașe, astfel încât mașina de electrofor molecular 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 este în regulă, dar dacă tensiunea nominală a condensatorului permite, este mai bine să luați una mai mare). Experiența este să încărcați condensatorul și apoi să conectați un LED la el (nu uitați de polaritate) și să urmăriți cum clipește. Într-o cameră întunecată, un bliț este vizibil chiar și de la condensatoare de zeci de picofaradi. Este vorba despre o sută de milioane de electroni care 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 condensatoare și mai puțin încăpătoare. Dacă nota de plată a ajuns la mii de microfaradi, fiți milă de LED și, în schimb, scurtați condensatorul la un obiect metalic pentru a vedea o scânteie - dovadă evidentă a prezenței energiei în condensator.

Energia unui condensator încărcat se comportă în multe feluri ca o energie mecanică potențială - energia unui arc comprimat ridicat la înălțimea unei sarcini sau a unui rezervor de apă (și energia unui inductor, dimpotrivă, este similară cu energia cinetică) . Capacitatea unui condensator de a acumula 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 pe o perioadă lungă de timp permite senzorilor fără fir și altor dispozitive electronice să funcționeze pentru o perioadă de timp. Acest principiu se bazează pe eternul acumulator „deget” pentru dispozitivele cu un consum redus de energie (cum ar fi telecomenzile TV). În cazul lui există un condensator cu o capacitate de 500 milifarad și un generator care îl alimentează în timpul oscilațiilor cu o frecvență de 4–8 herți cu o putere liberă de la 10 la 180 miliwați. Sunt dezvoltate generatoare bazate pe nanofire piezoelectrice care sunt capabile să direcționeze energia unor astfel de vibrații slabe precum bătăile inimii, lovind tălpile pantofilor pe sol și vibrațiile echipamentelor tehnice în condensator.

O altă sursă de energie gratuită este frânarea. De obicei, atunci când un vehicul decelerează, energia este convertită 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 atmosferei cu emisii de eșapament. În regiunea Saratov, în 2010, compania „Elton” a creat „Ecobus” - un microbuz experimental cu motoare electrice neobișnuite „roată cu motor” și supercondensatori - dispozitive de stocare a energiei de frână care reduc consumul de energie cu 40%. Au folosit 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 licența unei companii ruse.

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 Coulomb!

Ele sunt utilizate, de regulă, în sistemele audio auto pentru a reduce sarcina de vârf a cablajului electric al mașinii (în momentele de bătăi puternice de bas) și, datorită capacității uriașe a condensatorului, suprimă toate interferențele de înaltă frecvență în rețeaua 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 (atenție la paharele de porțelan care protejează toți acești volți de defecțiune până la carcasa condensatorului). Acest lucru este foarte convenabil pentru „bomba electromagnetică”, în care condensatorul este descărcat pe un tub de cupru, care în același moment este comprimat din exterior de explozie. Se dovedește un impuls electromagnetic foarte puternic care dezactivează echipamentele radio. Apropo, într-o explozie nucleară, spre deosebire de una convențională, este eliberat și un impuls electromagnetic, care subliniază încă o dată similitudinea nucleului de uraniu cu un condensator. Apropo, un astfel de condensator poate fi încărcat direct electricitate statica de la un pieptene, numai că desigur că va dura mult timp pentru a încărca la tensiune maximă. Dar va fi posibil să se repete experiența tristă a lui van Muschenbroek într-o versiune foarte agravată.

Dacă pur și simplu freci un stilou (pieptene, balon, lenjerie sintetică etc.) pe păr, atunci LED-ul de la acesta nu se va aprinde. Acest lucru se datorează faptului că electronii în exces (luați din păr) sunt fiecare prinși în propriul punct de pe suprafața plasticului. Prin urmare, chiar dacă lovim un electron cu ieșirea LED-ului, alții nu se vor putea grăbi după el și să creeze curentul necesar pentru ca strălucirea LED-ului să fie vizibilă cu ochiul liber. Un alt lucru este dacă transferați încărcături de la un stilou pe un condensator. Pentru a face acest lucru, luați condensatorul pentru o ieșire și frecați stiloul pe rând pe păr, apoi pe ieșirea liberă a condensatorului. De ce freca? Pentru a maximiza recolta de electroni de pe întreaga suprafață a stiloului! Repetăm ​​acest ciclu de mai multe ori și conectăm LED-ul la condensator. Va clipi și numai dacă se respectă polaritatea. Așadar, 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 unuia de joasă tensiune, dar s-a dovedit că aceasta a fost o precauție inutilă. Cu o sursă limitată de încărcare, tensiunea pe condensator poate fi mult mai mică decât tensiunea sursei de alimentare. Un condensator poate transforma o tensiune mare într-una mică. De exemplu, electricitate statică de înaltă tensiune - în mod obișnuit. Într-adevăr, există vreo diferență: încărcați condensatorul 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 cu un singur volt (adică capacitatea sa este mai mare de 1 μF), atunci nu există nicio diferență. Doar că, dacă pandantivele nu sunt limitate forțat, atunci mai mulți vor dori să vină dintr-o sursă de înaltă tensiune. 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 dura mult timp să îl încărcați pentru a obține suficientă tensiune pentru LED. Pe de altă parte, dacă curenții de scurgere în condensator sunt mici, LED-ul va arde mai mult. Te poți gândi să creezi pe acest principiu un dispozitiv pentru reîncărcarea unui telefon mobil din frecarea acestuia de părul tău în timpul unei conversații 🙂

Un condensator excelent de înaltă tensiune este o șurubelniță. În același timp, 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, atunci nu va ieși nimic - metalul nu are capacitatea de a prelua electroni din proteine ​​- nu a atras hârtii, nu a făcut-o. Dar dacă, ca și în experimentul anterior, îl freci cu un stilou încărcat, șurubelnița, datorită capacității sale reduse, se încarcă rapid la o tensiune ridicată și hârtiile încep să fie atrase de ea.

Luminează de la o șurubelniță și LED. În fotografie este nerealist să surprinzi un scurt moment al blițului său. Dar - amintiți-vă proprietățile exponentului - estomparea unui bliț durează mult timp (după standardele obturatorului unei camere). Și acum am devenit martorii unui fenomen lingvistic-optic-matematic unic: expozantul a expus matricea camerei!

Cu toate acestea, de ce astfel de dificultăți - există filmări video. Arată că LED-ul clipește destul de puternic:

Când condensatoarele sunt încărcate la tensiuni înalte, efectul de margine începe să-și joace rolul, constând 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, care este detectată de zgomotul caracteristic și strălucirea în întuneric. . Mărimea tensiunii critice depinde de grosimea căptușelii, ascuțimea muchiei, tipul și grosimea dielectricului etc. Cu cât dielectricul este mai gros, cu atât cr este mai mare. De exemplu, cu cât constanta dielectrică a dielectricului este mai mare, cu atât este mai mică. Pentru a reduce efectul de margine, marginile plăcilor 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 ruperea 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 secțiuni de pe suprafața mingii este redusă și mai mult, atunci curbura secțiunilor învecinate va crește inevitabil. Și aici, aparent, în chestiunile noastre electrostatice, nu media, ci curbura maximă a suprafeței este importantă, care este minimă, desigur, pentru minge.

Hmm .. dar dacă capacitatea corpului este capacitatea de a acumula o sarcină, atunci probabil că este foarte diferit pentru sarcinile pozitive și negative .... Să ne imaginăm un condensator sferic în vid... Îl vom încărca negativ din adâncul inimii, fără a cruța centralele electrice și gigawați-oră (pentru asta este bun un experiment de gândire!)... dar la un moment dat va fi așa mulți electroni în exces pe această minge pe care pur și simplu vor începe să îi împrăștie prin vid, doar pentru a nu fi într-o astfel de aglomerație electronegativă. Dar cu sarcină pozitivă acest lucru nu se va întâmpla - electronii, oricât de puțini rămân, nu vor zbura departe de rețeaua cristalină a condensatorului nicăieri.
Ce se întâmplă dacă capacitatea pozitivă este evident mult mai mare decât capacitatea negativă? Nu! Deoarece electronii au fost de fapt acolo nu pentru răsfățul nostru, ci pentru conectarea atomilor și fără nicio parte notabilă a acestora, repulsia coulombiană a ionilor pozitivi ai rețelei cristaline va arunca instantaneu în praf cel mai blindat condensator 🙂

De fapt, fără o căptușeală secundară, capacitatea „jumătăților solitare” ale condensatorului este foarte mică: capacitatea electrică a unei bucăți de sârmă solitare cu un diametru de 2 mm și o lungime de 1 m este de aproximativ 10 pF și întregul glob are 700 de microfarade.

Este posibil să se construiască un standard de capacitate absolută 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 la FSUE SNIIM și constă din 4 condensatoare coaxial-cilindrice neacceptate, a căror capacitate este calculată cu mare precizie în ceea ce privește viteza luminii și unitățile de lungime și frecvență, precum și un nivel ridicat. -comparator capacitiv de frecventa ce permite compararea capacitatilor condensatoarelor aduse spre verificare cu un standard (10 pF) cu o eroare mai mica de 0,01% in intervalul de frecventa 1-100 MHz (foto stanga).

Standard GET 25-79 (foto din dreapta), situat în Întreprinderea Unitară Federală de Stat VNIIM. DI. Mendeleev conține un condensator de proiectare și un interferometru într-o unitate 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 calculat 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 pe piața radio din Mitino mi-a fost greu să găsesc un condensator cu o precizie de peste 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 exponentului și raportul tensiunilor de pe condensator, măsurate în diferite momente ale descărcării. Al doilea - la măsurarea sarcinii emanate de condensator în timpul descărcării, se obține prin integrarea curentului în timp. Aria delimitată de graficul curent și de axele de coordonate este numeric egală cu sarcina emisă 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 kΩ de la un designer electronic.

Și iată rezultatele experimentului. Atenție la cât de frumos și neted a ieșit expozantul. La urma urmei, nu este calculat matematic de un computer, ci măsurat direct din natura însăși. Datorită grilei de coordonate de pe ecran, este clar că proprietatea exponentului este respectată exact - să scadă de un număr egal de ori la intervale regulate (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 aceeași. Este păcat că nu există un standard care să determine care dintre ele este încă adevărat! Dacă cineva cunoaște un standard de capacitate care este ieftin sau disponibil acasă, asigurați-vă că scrieți despre el aici în comentarii.

Pavel Nikolaevich Yablochkov a fost primul din lume care a folosit un condensator în inginerie electrică de putere în 1877. El a simplificat și, în același timp, a îmbunătățit condensatorii Lomonosov, înlocuind fracția și folie cu lichid și conectând băncile în paralel. El deține nu numai 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 conductor și un borcan de sticlă cu legume ca borcan. Rezultatul a fost o capacitate de 0,442 nF. Să înlocuim borcanul punga de plastic, având o suprafață mare și grosime de multe ori mai mică - capacitatea va crește la 85,7 nF. (În primul rând, să umplem sacul cu apă și să verificăm 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 includ în generator în loc de un condensator convențional - totul funcționează).

Apa joacă aici un rol foarte modest ca dirijor, iar dacă există folie, atunci te poți descurca fără ea. Vom face la fel, în urma lui Yablochkov. Iata un condensator din mica si folie de cupru, cu o capacitate de 130 pF.

Plăcile metalice trebuie să se potrivească cât mai aproape de dielectric, iar introducerea unui adeziv între placă și dielectric trebuie evitată, care va cauza pierderi suplimentare pe curent alternativ. Prin urmare, acum, ca plăci, se folosește în principal metalul, depus chimic sau mecanic pe dielectric (sticlă) sau presat strâns pe acesta (mica).

Puteți folosi o grămadă de dielectrici diferite în loc de mica, orice doriți. Măsurătorile (pentru dielectrici de grosime egală) au arătat că aerul are ε cel mai mic, fluoroplastul are mai mult, siliconul are și mai mult, iar mica are și mai mult, iar titanatul de zirconat de plumb are doar uriaș. Potrivit științei, așa ar trebui să fie - la urma urmei, într-un fluoroplastic, electronii, s-ar putea spune, sunt strâns înlănțuiți de lanțuri de fluorocarbon și se pot abate doar puțin - nu există niciunde nici măcar un electron să sară de la atom la atom .

Puteți efectua singur astfel de experimente cu substanțe care au constante dielectrice diferite. Care crezi că are cea mai mare constantă dielectrică, apă distilată sau ulei? Sare sau zahar? Parafină sau săpun? De ce? Permitivitatea depinde de multe lucruri... s-ar putea scrie o carte întreagă despre asta.

Asta e tot? 🙁

Nu, nu toate! Va fi o continuare săptămâna viitoare! 🙂

CUM SE FACE UN CONDENSATOR FIX

Nu este dificil să faci un condensator de capacitate constantă. Pentru aceasta va fi nevoie de folie de oțel (hârtie de tablă), hârtie cerată și bucăți de tablă. Folia de staniole poate fi luată din ambalaje de bomboane sau ciocolată, iar hârtie cerată poate fi făcută chiar de tine.

Pentru a face acest lucru, luați hârtie absorbantă subțire și tăiați-o în fâșii de 50 mm lățime și 200-300 mm lungime.

Benzile se scufundă 2-3 minute în parafină topită (nu fierbe). Imediat ce sunt scoase, parafina se întărește imediat. După aceea, trebuie răzuit cu grijă cu partea contonată a cuțitului, pentru a nu rupe hârtia. Se obțin foi cerate.

Orez. 111. Condensator constant de casă.

Pentru condensator, hârtie cerată este pliată cu litera „I”, așa cum se arată în Figura 111, la intervale, pe ambele părți ale „acordeonului”, sunt introduse foi de 45X30 mm.

Când toate foile sunt introduse, „acordeonul” este pliat și călcat cu un fier de călcat încălzit. Capetele din oțel rămase la exterior sunt legate între ele.

Este mai bine să o faceți așa: două plăci sunt tăiate din carton gros, puse pe ambele părți ale „acordeonului” și prinse cu două cleme din tablă sau alamă. Este necesar să lipiți conductorii de cleme, cu ajutorul cărora condensatorul este lipit în timpul instalării.

Cu zece foi de oțel, capacitatea condensatorului va fi aproximativ egală cu 1.000 pF.

Dacă numărul de frunze este dublat, se va dubla și capacitatea condensatorului.

În acest fel, puteți realiza condensatoare cu o capacitate de 100 până la 5 tone pf.

Condensatoarele mari de la 5 tone pf la 0,2 microfarad sunt fabricate puțin diferit. Pentru a le face, veți avea nevoie de un vechi condensator de hârtie microfarad.

Condensatorul de hârtie este o rolă rulată dintr-o bandă formată din două benzi de hârtie parafină și două benzi de folie de oțel așezate între ele.

Pentru a determina lungimea benzii necesare

pentru un condensator, utilizați 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 în cm; l este lungimea benzii de folie în cm. De exemplu, pentru a obține un condensator cu o capacitate de 10 tone pF cu o lățime a benzii de 4 cm, lungimea necesară a benzii va fi:

10 000
l \u003d 0,014----------- \u003d 35 cm.
4

Condensatorul este realizat după cum urmează; dintr-o rolă de condensator de microfarad (Fig. 112), se desfășoară 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 oțel este tăiată cu 10 mm mai mult decât hârtia.

112 Condensator de mare capacitate de casă.

Înainte de a rula banda, din fiecare fâșie

folia este terminată cu o sârmă subțire toronată sau folie de cupru cositorită. Concluzia dintr-o căptușeală este plasată la începutul benzii, iar din cealaltă - la sfârșit și în direcția opusă. Apoi banda se rulează într-un tub și se lipește deasupra cu hârtie groasă. Hârtia pentru lipire este luată mai lată decât banda cu 10 mm. Pe marginile proeminente ale hârtiei se închid două conductoare rigide de montare.

Conductoarele de pe plăcile condensatorului 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 se confruntă adesea cu problema atunci când este necesar să se utilizeze condensatori de înaltă tensiune. De regulă, astfel de condensatoare sunt foarte greu de găsit, iar dacă reușiți, 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 dedicat 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.

Observăm imediat că autorul unui condensator de casă folosește cel mai comun 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 la sfârșit să puteți afla ce s-a întâmplat în final. Totul este clar cu materialele, puteți începe să asamblați un condensator de casă.

În primul rând, tăiem două bucăți din tapet autoadeziv. Aveți nevoie de aproximativ jumătate de metru, dar este de dorit ca o bandă să fie puțin mai lungă decât cealaltă.

Foaia rezultată din modul folie are exact două părți lungime.

Următorul lucru pe care îl punem pe o suprafață plană este o bucată de tapet, pe care așezăm cu grijă o bucată de folie alimentară. Folia trebuie așezată astfel încât să se obțină un spațiu de aproximativ un centimetru de-a lungul a trei margini. Pe a patra parte, folia va ieși în afară, ceea ce este destul de normal în această etapă.

Pune a doua foaie de tapet deasupra.

Punem o a doua foaie de folie pe ea. Doar că de data aceasta facem astfel încât folia să iasă din partea opusă pasului precedent. Adică, dacă autorul are prima piesă proeminentă de jos, atunci de data aceasta ar trebui să iasă de sus. Separat, trebuie menționat că foile de folie nu trebuie să se atingă între ele.

Acum scoatem substratul de pe o margine și lipim condensatorul nostru.