Главная
Строительство дома - важнейшее событие в жизни любого человека. Когда мы строим дом, мы вкладываем не только время и деньги, но и частичку души. Поэтому, жилье всегда будет отражением своего владельца. Дом - это место где мы нужны и желанны, дом - наша крепость и убежище, дом - символ достатка и благополучия.
  • Место под рекламу

    реклама

    Видео дня

    реклама

  • Можете ли вы привести телефон в действие конденсатором?

    Был недавняя новость, касающаяся проекта подростка по использованию суперконденсатора в качестве устройства быстрой зарядки аккумулятора , Основная претензия заключается в том, что это можно использовать для полной зарядки телефона всего за 30 секунд.

    Том Суонсон (Swans on Tea) опубликовал отличную статью о проблемах с этой новостью , Вот его основные моменты:

    • В новостях не указывается, сколько энергии может хранить устройство хранения.
    • Типичный аккумулятор телефона имеет 1500 мАч накопленной энергии. Если вы зарядите это за 30 секунд, это потребует 670 Вт. Что-то, вероятно, тает в телефоне.

    В статье упоминается, что студент использовал суперконденсатор вместо простого скучного конденсатора. Согласно Википедии Похоже, что термин «суперконденсатор» можно использовать для нескольких разных устройств. Некоторые из которых на самом деле не являются конденсаторами. Но я думаю, что это все еще прекрасная возможность поговорить о конденсаторах.

    Что такое конденсатор? -------

    Практически на каждом вводном курсе физики вы будете смотреть на конденсаторы. Самый базовый конденсатор для начала - это конденсатор с параллельным пластинчатым воздухом. Это просто две проводящие пластины, которые очень близки друг к другу. Положительный заряд находится на одной пластине, и такое же количество отрицательного заряда находится на другой пластине.

    Но почему? Кто заботится о конденсаторах? Во вводном курсе физики конденсаторы обычно вводятся по одной основной причине: электрическое поле внутри конденсатора по существу постоянное. Константа это приятно. Это позволяет вам создавать ситуации, связанные с электрическими зарядами с постоянными силами (из-за постоянного электрического поля) и простыми изменениями электрического потенциала.

    Конечно, есть и другие типы конденсаторов, чем обычная параллельная пластина с воздухом посередине. Но ты получил идею.

    Для чего используется конденсатор? ----------

    Поскольку внутри конденсатора есть электрическое поле, в конденсаторе также хранится энергия (вы можете использовать плотность энергии электрического поля). Очевидно, что конденсатор можно использовать для накопления энергии. Однако есть и другие очень хорошие применения. Конденсаторы оказываются чрезвычайно важными в приложениях, в которых используются переменные токи, таких как преобразователи переменного тока в постоянный ток или радиостанции любого типа. Если вы подключите обычную батарею постоянного тока к конденсатору, заряд начнет накапливаться на пластинах. Когда это происходит, на пластинах также возникает разность электрических потенциалов. Это означает, что будет меньше тока, выходящего из батареи, и меньше заряда, идущего к пластинам. Технически, конденсатору понадобится целая вечность, чтобы полностью зарядиться. Может быть, я могу показать это с хорошим графиком. Вот заряд конденсатора как функция времени после подключения к батарее постоянного тока.

    Вот заряд конденсатора как функция времени после подключения к батарее постоянного тока

    Надеюсь, это поможет. Но что произойдет, если у вас меняется ток? В этом случае заряд включается и отключается от конденсатора и ведет себя по-разному. Чем выше частота, с которой изменяется ток, тем ниже разность электрических потенциалов на конденсаторе. Так что на высоких частотах это почти как в цепи. Использование этого вместе с индуктором (который имеет высокие электрические разности потенциалов на высоких частотах) может создать схемы, которые действуют по-разному для разных частот.

    Таким образом, вы найдете эти конденсаторы во многих различных приложениях. Они не просто используются для энергии.

    Сколько энергии может хранить конденсатор? -------------

    Есть несколько способов рассчитать энергию, запасенную в конденсаторе. Вы можете определить электрическое поле и использовать плотность энергии поля. Или, если хотите, вы можете посмотреть на ток, идущий в конденсатор, а также разность потенциалов на конденсаторе при его зарядке. В любом случае, энергия зависит от физических размеров конденсатора и заряда на конденсаторе. Вы можете получить энергию для домашней работы, но вот результат.

    Чем больше заряда, тем больше энергии. Вы также можете увеличить запас энергии, увеличив емкость конденсатора или увеличив напряжение на конденсаторе. Будьте осторожны, хотя. Если вы слишком сильно увеличите напряжение, на пластинах будет большой заряд. Может случиться одно из двух плохих событий. Во-первых, вещество в середине конденсатора может стать проводником. Для воздуха это происходит при напряженности электрического поля около 3 х 106 В / м. Другая вещь - это взрыв. Две пластины притягиваются друг к другу, так как они имеют противоположные заряды. В какой-то момент они просто будут двигаться навстречу друг другу (если между ними есть что-то, оно будет уничтожено).

    Что такое k в приведенном выше выражении? Это диэлектрическая проницаемость и для случая, когда материал находится в середине пластины.

    Как будет выглядеть конденсатор для вашего телефона? ----------------

    Предположим, вы хотите заменить аккумулятор телефона конденсатором. Это было бы трудно сделать, так как при использовании энергии от конденсатора потенциал будет уменьшаться. Батареи тоже это делают, но не настолько, чтобы это имело значение. Давайте все равно продолжим наш процесс проектирования. Сначала некоторые предположения.

    • Я хочу, чтобы конденсатор был своего рода эквивалентом аккумулятора емкостью 1500 мАч при 4 В (у iPhone 5 аккумулятор емкостью 1400 мАч при 3,8 В). Это будет энергия 2,16 х 104 Джоулей.
    • Я хочу, чтобы этот конденсатор имел максимальное напряжение 6 вольт. Я только что сделал это.
    • Для диэлектрика в середине я собираюсь использовать слюду - это, кажется, распространено. Гиперфизика перечисляет это с диэлектрической проницаемостью до 6 ,

    С помощью этих параметров я могу рассчитать значение емкости для этого накопителя энергии.

    Это довольно большое значение для конденсатора. Типичная емкость обычно указывается в микрофарадах, а не в 1000 фарадах. Тем не менее, давайте продолжим. Насколько большим будет этот параллельный пластинчатый конденсатор? Во-первых, я хочу, чтобы две пластины были как можно ближе друг к другу. Одним из ограничений на это расстояние будет напряжение пробоя диэлектрического материала. Согласно Википедии , слюда может иметь напряжение пробоя до 300 х 106 В / м.

    При разнице потенциалов в 6 вольт пластины могут находиться на расстоянии 2 x 10-8 метров друг от друга. Это кажется безумно близким - ну да ладно. Я все равно пойду с этим номером. Теперь мне просто нужно решить для области моего конденсатора.

    Теперь мне просто нужно решить для области моего конденсатора

    Если это квадратный конденсатор, то он будет иметь размеры 672 метра на 672 метра. Попробуйте вставить это в свой телефон. Конечно, вы могли бы свернуть это, но я все еще думаю, что это будет ОГРОМНО.

    Сколько времени займет зарядка этого конденсатора? Допустим, что сопротивление соединительных проводов составляет 10 Ом (только предположение) и что я применяю зарядный потенциал 20 Вольт. Для зарядного конденсатора я могу написать (не выводя его):

    Решив за t , я получаю 4952 секунды (1,4 часа). Видишь ли, я использовал трюк здесь. Я хочу конденсатор на 6 вольт, поэтому я применил 20-вольтовую батарею, чтобы зарядить его. О, я тоже обманул и предположил, что конденсатор не заряжен (чего не будет). Тем не менее, это все равно займет некоторое время для зарядки.

    Как долго продлится накопление энергии на конденсаторе? Допустим, вы можете использовать это, пока он не снизится до потенциала 2,5 вольт. Если это начнется в 6 вольт, сколько времени это займет? Допустим, у меня есть телефон, который потребляет в среднем 0,5 Вт. Чтобы сохранить эту мощность, мне придется изменить сопротивление телефона, так как напряжение на батарее уменьшается. Вы знаете, что это значит, верно? Я собираюсь сделать числовую модель, чтобы рассчитать это время.

    Вот мой план. Конечно, я разобью весь процесс на короткие промежутки времени. В течение каждого интервала я буду:

    • Определите заряд на конденсаторе и, следовательно, разность потенциалов на конденсаторе.
    • Определите сопротивление, необходимое для выработки мощности 0,5 Вт.
    • Рассчитайте ток с этой разностью потенциалов и сопротивлением.
    • Используйте этот ток, чтобы определить изменение заряда на конденсаторах. БУМ.

    Вот график зависимости напряжения от времени для этого случая. О, вы можете увидеть скрипт Python здесь (предупреждение о неаккуратном коде) ,

    Это длится 35 720 секунд или 9,9 часов. Не так уж плохо. Однако помните, что это для ОГРОМНОГО конденсатора. Также я делаю два предположения. Во-первых, телефон может работать в широком диапазоне напряжений. Во-вторых, телефон может что-то изменить, чтобы он получил постоянное питание (маловероятно).

    Вернуться к научному проекту —————————

    Я хочу прояснить что-то. Я думаю, что проект этого студента, вероятно, довольно крутой (я не знаю достаточно деталей, чтобы сказать наверняка). Однако я сомневаюсь, что вы действительно сможете зарядить телефон за 30 секунд любым полезным способом. Это явно не получится слишком хорошо с обычным конденсатором.

    Что такое конденсатор?
    Но почему?
    Кто заботится о конденсаторах?
    Для чего используется конденсатор?
    Но что произойдет, если у вас меняется ток?
    Сколько энергии может хранить конденсатор?
    Как будет выглядеть конденсатор для вашего телефона?
    Насколько большим будет этот параллельный пластинчатый конденсатор?
    Сколько времени займет зарядка этого конденсатора?
    Как долго продлится накопление энергии на конденсаторе?
Наверх

Реклама