При электризации двух проводников между ними появляется электрическое поле и возникает разность потенциалов (напряжение). С увеличением заряда проводников электрическое поле между ними усиливается.
В сильном электрическом поле возможен так называемый пробой диэлектрика: между проводниками проскакивает искра, и они разряжаются. Чем меньше увеличивается напряжение и соответственно напряжённость поля между проводниками с увеличением их зарядов, тем больший заряд можно на них накопить.
Напряжение U между двумя проводниками пропорционально электрическим зарядам, которые находятся на проводниках (на одном +q, а на другом -q). Действительно, если заряды удвоить, то напряжённость электрического поля станет в 2 раза больше, соответственно в 2 раза увеличится и работа, совершаемая полем при перемещении заряда из одной точки поля в другую, т. е. в 2 раза увеличится напряжение. Поэтому
Это позволяет ввести понятие электроёмкости двух проводников.
Электроёмкость уединённого проводника равна отношению заряда проводника к его потенциалу, если все другие проводники бесконечно удалены и потенциал бесконечно удалённой точки равен нулю.
Чем больше электроёмкость, тем больший заряд скапливается на проводниках при одном и том же напряжении. Обратим внимание, что сама электроёмкость не зависит ни от сообщённых проводникам зарядов, ни от возникающего между ними напряжения.
Единицей электроёмкости в СИ является фарад.
Из-за того что заряд в 1 Кл очень велик, ёмкость 1 Ф оказывается очень большой. Поэтому на практике часто используют доли этой единицы: микрофарад (мкФ) - 10 -6 Ф и пикофарад (пФ) - 10 -12 Ф.
Конденсатор
Конденсатор представляет собой два проводника, разделённые слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников.
Простейший состоит из двух одинаковых параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга (рис. 14.39).
Для зарядки конденсатора нужно присоединить его обкладки к полюсам источника напряжения, например к полюсам батареи аккумуляторов. Можно также первую обкладку соединить с полюсом батареи, у которой другой полюс заземлён, а вторую обкладку конденсатора заземлить. Тогда на заземлённой обкладке останется заряд, противоположный по знаку и равный по модулю заряду незазем- лённой обкладки. Такой же по модулю заряд уйдёт в землю.
Электроёмкость конденсатора определяется формулой (14.22).
Электрические поля окружающих тел почти не проникают внутрь конденсатора и не влияют на разность потенциалов между его обкладками. Поэтому электроёмкость конденсатора практически не зависит от наличия вблизи него каких-либо других тел.
При любом способе заряжения тел - с помощью трения, электростатической машины, гальванического элемента и т. д. - первоначально нейтральные тела заряжаются вследствие того, что некоторая часть заряженных частиц переходит от одного тела к другому. Обычно этими частицами являются электроны.
Выясним важный для практики вопрос: при каком условии можно накопить на проводящих телах большой электрический заряд?
При заряжении двух проводников, например, от электростатической машины один из них приобретает заряд а другой Между проводниками появляется электрическое поле и возникает разность потенциалов (напряжение). С увеличением напряжения электрическое поле между проводниками усиливается.
В сильном электрическом поле (при большом напряжении) диэлектрик (например, воздух) становится проводящим. Наступает так называемый «пробой» диэлектрика: между проводниками проскакивает искра (рис. 133), и они разряжаются. Чем медленнее увеличивается напряжение между проводниками с увеличением их зарядов, тем больший заряд можно на них накопить.
Электроемкость. Введем физическую величину, характеризующую способность двух проводников накапливать электрический заряд. Эту величину называют электроемкостью.
Напряжение между двумя проводниками пропорционально электрическому заряду, который находится на проводниках (на одном , а на другом ). Это вытекает из принципа суперпозиции. Если заряды удвоить, то и напряженность электрического поля станет в два раза больше. Следовательно, в два раза увеличится работа, совершаемая полем при перемещении заряда, т. е. в два раза увеличится напряжение. Поэтому отношение заряда одного из проводников (на другом находится такой же по модулю заряд) к разности потенциалов между этим проводником и соседним не зависит от заряда. Оно определяется лишь геометрическими размерами проводников, их формой и взаимным расположением, а также электрическими свойствами окружающей среды (диэлектрической проницаемостью ). Это позволяет ввести понятие электроемкости двух проводников.
Электроемкостью двух проводников называют отношение
заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним:
Чем меньше напряжение при сообщении проводникам зарядов тем больше электроемкость проводников. На проводниках можно накопить большие заряды, не вызывая пробоя диэлектрика.
Иногда говорят об электроемкости одного проводника. Это имеет смысл, если проводник является уединенным, т. е. расположен на большом по сравнению с его размерами расстоянии от других проводников. Так говорят, например, о емкости проводящего шара. При этом подразумевается, что роль другого проводника играют удаленные предметы, расположенные вокруг шара.
В системе СИ за единицу электроемкости принята фарада. Фарадой называется электроемкость такого проводника, которому для повышения потенциала на 1 В необходимо сообщить заряд в 1 Кл.
В системе СИ за единицу электроемкости принимают емкость такого проводника, при сообщении которому заряда в 1 кулон его потенциал изменяется на 1 вольт.
Из формулы (5.5) следует, что размерность электроемкости в системе единиц СГСЭ совпадает с размерностью длины, так как относительная диэлектрическая проницаемость е - величина безразмерная. Поэтому единица электроемкости в системе СГСЭ называется сантиметром. В вакууме е 1 и электроемкость шара равна его радиусу, выраженному в сантиметрах.
За единицу электроемкости в СИ принята емкость такого проводника, у которого потенциал возрастает на 1 В при сообщении проводнику заряда 1 Кл. Эту единицу электроемкости называют фарадой: 1 Ф 1 Кл / 1 В.
Электрическая емкость тела численно равна количеству электричества, которое следует сообщить телу для изменения его потенциала на одну единицу. В системах МКСА и СИ единицей электроемкости является фарада - электрическая емкость такого тела, в котором заряд в один кулон изменяет потенциал на один вольт.
В частности, емкость уединенного шара зависит только от его радиуса и, как показывают расчеты и измерения, численно равна его радиусу. Так как в системе СГС радиус выражается в сантиметрах, то в системе СГС и емкость измеряют в сантиметрах. Следовательно, единицей электроемкости в системе СГС является электроемкость уединенного шара с радиусом в 1 см. Эта емкость мало отличается от пикофарады.
В частности, емкость уединенного шара зависит только от его радиуса и, как показывают расчеты и измерения, численно равна его радиусу. Так как в системе СГС радиус выражается в сантиметрах, то в системе СГС и емкость измеряют в сантиметрах. Следовательно, единицей электроемкости в системе СГС является электроемкость уединенного шара с радиусом а I см. Эта емкость мало отличается от пикофарады.
В частности, емкость уединенного шара зависит только от его радиуса и, как показывают расчеты и измерения, численно равна его радиусу. Так как в системе СГС радиус выражается в сантиметрах, то в системе СГС и емкость измеряют в сантиметрах. Следовательно, единицей электроемкости в системе СГС является электроемкость уединенного шара с радиусом в I см. Эта емкость мало отличается от пикофарады.
Страницы: 1
Средняя школа №22
Пос. Будукан
Учитель Борисов В.В.
Открытый урок физики в 10 классе
Тема урока: электроемкость, единицы электроемкости, конденсаторы .
Цель урока : дать понятие электроемкости проводника и конденсатора, применение конденсаторов. Соединение конденсаторов.
Ход урока:
I. Повторение и проверка знаний ранее пройденного материала.
1.Програмируемый контроль:
Верные ответы:
| Варианты | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| I | 1 | 3 | 2 | 2 | 2 |
| II | 4 | 4 | 3 | 3 | 4 |
Фронтальная беседа с классом:
В чем заключается принцип суперпозиции полей?
Какая связь между U и Е (напряжением и напряженностью поля)?
Какие поверхности называют эквипотенциальными?
При движении воздуха через электрофильтр (рис. 5) частички пыли оказываются в сильном электрическом поле, существующем между отрицательным электродом К (проволокой) и заземленными металлическими стенками камеры. Как будут вести себя попавшие в камеру незаряженные пылинки?
На рисунке 6 изображена схема тросового молниеотвода. Укажите знак заряда на тросе, когда над ним проходит положительно заряженная грозовая туча. Будет ли существовать электрическое поле в зоне защищаемого объекта, когда на тросе индуцируются электрические заряды? Почему?
7
. В однородном электрическом поле находится проводник (рис. 9). Отличаются ли потенциалы точек А и В внутри проводника?
8. Как осуществляется защита проводов высоковольтных линий от молний?
9. Почему взрывоопасные помещения для защиты от молний покрывают металлической заземленной сеткой?
10. Почему незаряженная бумажная гильза всегда притягивается к телу, заряженному любым по знаку зарядом?
II. Изучение нового материала.
Оборудование:
Электрометр.
Две большие пластины на изолирующих ручках
Конденсатор переменной емкости.
План объяснения нового материала
Электроемкость.
Выясним важный для практики вопрос: при каком условии можно накопить на проводниках большой электрический заряд?
При любом способе передачи заряда телам – с помощью трения, электростатической машины, гальванического элемента и т.д. – первоначально нейтральные тела заряжаются вследствие того, что некоторая часть заряженных частиц переходит от одного тела к другому. Обычно этими частицами являются электроны.
При заряжении двух проводников (пр. от электростатической машины), один из них приобретает заряд +q, а другой – q. Между проводниками появляется электрическое поле и возникает разность потенциалов (напряжение). С увеличением напряжения поле между проводниками усиливается.
В сильном электрическом поле диэлектрик (например воздух) может стать проводящим. Это называют «пробоем диэлектрика»
Пример: свеча зажигания на автомобиле, мотоцикле, бензопиле и т.д.
Чем меньше увеличивается напряжение между проводниками с увеличением их зарядов, тем больший заряд можно накопить.
Демонстрация опыта с электрометром и пластинами
О
писание опыта:
Постановка опыта понятна из рисунка. Передав заряд пластине (рис. а) заряд, заметили положение листочков в электроскопе (положение стрелки на электрометре). Корпус электрометра заземлен. Поднесли к заряженной пластине другую заземленную незаряженную пластину (рис. б) увидели, что листочки электроскопа (стрелочка электрометра) покажут меньшее значение. Это значит что напряжение уменьшилось. Заряды на пластине перераспределились так, что электрическое поле сосредоточилось между пластинами. Чтобы систему довести до прежнего состояния напряжения надо передать ей дополнительный электрический заряд.
Провести аналогию по заполнению сосудов жидкостью
Сосуд 1 заполнен жидкостью до некоторого уровня (давление на дно равно Р 1, уровень жидкости равен h 1, масса жидкости равна m. Рядом находится пустой сосуд.
Если сосуды соединили трубкой (сделали их сообщающимися), то часть жидкости из первого сосуда перетечет во второй, при этом уровень жидкости понизится (h 2
Чтобы систему привести к первоначальному состоянию надо добавить недостающую массу жидкости (Δm). Поставим в соответствие давлению – напряжение, недостающей массе добавочный заряд.
Конденсатор
Для большей электроемкости (накопления зарядов) применяются системы двух проводников разделенных диэлектриком. Такие системы называются конденсаторами. Величина накапливаемого заряда зависит от площади поверхности проводников и свойств диэлектрика разделяющего проводники. Если на одном проводнике появляется заряд +q, то на втором автоматически –q.
Демонстрация различных видов конденсаторов.
Виды конденсаторов:
Воздушный
Бумажный
Керамический
Слюдяной
Электролитический
Накапливать на короткое время заряд или энергию для быстрого изменения потенциала.
В радиотехнике: колебательный контур, выпрямитель
Фотовспышка
Электрическое поле конденсаторов сосредоточено внутри конденсаторов, 
величина заряда пропорциональна напряжению. Емкость конденсатора равна 
или 
. Но 
. Подставив в формулу (2) получим формулу емкости плоского конденсатора. .
Единицы емкости конденсаторов:
Электроемкость двух проводников равна единице, если при сообщении им зарядов +1 Кл и –1Кл между ними возникает разность потенциалов 1В. Эту единицу называют (Фарад) 1Ф=1К л/В .
1 Фарад очень большая единица измерения. Такой емкостью обладает шар радиусом 9*10 9 м . Для сравнения: радиус Земли приближенно равен 6,4*10 6 м . Поэтому применяют более мелкие единицы измерения емкости: 1мкФ=1*10 -6 Ф, 1пФ=1*10 -12 Ф
Демонстрация внутреннего устройства некоторых типов конденсаторов.
Раздаточный материал (различные конденсаторы)
Определить тип конденсатора, его емкость, напряжение на которое рассчитан конденсатор.(записать данные в тетрадь)
Соединение конденсаторов
Параллельное соединение: U
1
=
U
2
=
U
q
=
q
1
+
q
2
q
=
CU
П
оследовательное соединение: U=
U
1
+
U
2
q
1
=
q
2
=
q
Закрепление нового материала и выходной контроль.
Закрепление в форме устного опроса.
Что называют электроемкостью двух проводников?
В каких единицах выражается электроемкость?
От чего зависит электроемкость?
Как изменяется электроемкость при наличии диэлектрика?
Какие существуют типы конденсаторов?
Какую роль выполняют конденсаторы в технике? Перечислите основные применения конденсаторов?
Выходной контроль
| Ответить на вопросы: | Выбрать правильный ответ |
|
| 1 | Емкость конденсатора зависит | А) от свойств диэлектрика, площади пластин, расстояния между ними. Б) только от свойств диэлектрика В) от сопротивления проводника |
| 2 | Единица измерения емкости в СИ | А) 1 микрофарад Б) 1 пикофарад или 1 микрофарад В) 1 фарад |
| 3 | При последовательном соединении конденсаторов емкость батареи … | А) увеличивается Б) уменьшается В) остается неизменной |
| 4 | При параллельном соединении конденсаторов емкость батареи … | А) увеличивается Б) уменьшается В) остается неизменной |
| 5 | Конденсаторы применяют для … | А) накопления электрического заряда и быстрого увеличения напряжения Б) как источник напряжения для лампочек накаливания В) вместо аккумуляторов |
| 6 | Электроемкость Земли | А) больше 1Ф Б) меньше 1Ф В) равна 1Ф |
Правильные ответы:
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| А | В | Б | А | А | Б |
Краткий конспект изученного на уроке материала.
Длина и расстояние Масса Меры объема сыпучих продуктов и продуктов питания Площадь Объем и единицы измерения в кулинарных рецептах Температура Давление, механическое напряжение, модуль Юнга Энергия и работа Мощность Сила Время Линейная скорость Плоский угол Тепловая эффективность и топливная экономичность Числа Единицы измерения количества информации Курсы валют Размеры женской одежды и обуви Размеры мужской одежды и обуви Угловая скорость и частота вращения Ускорение Угловое ускорение Плотность Удельный объем Момент инерции Момент силы Вращающий момент Удельная теплота сгорания (по массе) Плотность энергии и удельная теплота сгорания топлива (по объему) Разность температур Коэффициент теплового расширения Термическое сопротивление Удельная теплопроводность Удельная теплоёмкость Энергетическая экспозиция, мощность теплового излучения Плотность теплового потока Коэффициент теплоотдачи Объёмный расход Массовый расход Молярный расход Плотность потока массы Молярная концентрация Массовая концентрация в растворе Динамическая (абсолютная) вязкость Кинематическая вязкость Поверхностное натяжение Паропроницаемость Паропроницаемость, скорость переноса пара Уровень звука Чувствительность микрофонов Уровень звукового давления (SPL) Яркость Сила света Освещённость Разрешение в компьютерной графике Частота и длина волны Оптическая сила в диоптриях и фокусное расстояние Оптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×) Электрический заряд Линейная плотность заряда Поверхностная плотность заряда Объемная плотность заряда Электрический ток Линейная плотность тока Поверхностная плотность тока Напряжённость электрического поля Электростатический потенциал и напряжение Электрическое сопротивление Удельное электрическое сопротивление Электрическая проводимость Удельная электрическая проводимость Электрическая емкость Индуктивность Американский калибр проводов Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицах Магнитодвижущая сила Напряженность магнитного поля Магнитный поток Магнитная индукция Мощность поглощенной дозы ионизирующего излучения Радиоактивность. Радиоактивный распад Радиация. Экспозиционная доза Радиация. Поглощённая доза Десятичные приставки Передача данных Типографика и обработка изображений Единицы измерения объема лесоматериалов Вычисление молярной массы Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
1 фарад [Ф] = 898755178736,5 единица емкости СГСЭ
Исходная величина
Преобразованная величина
фарад эксафарад петафарад терафарад гигафарад мегафарад килофарад гектофарад декафарад децифарад сантифарад миллифарад микрофарад нанофарад пикофарад фемтофарад аттофарад кулон на вольт абфарад единица емкости СГСМ статфарад единица емкости СГСЭ
Подробнее об электрической емкости
Общие сведения
Электрическая емкость - это величина, характеризующая способность проводника накапливать заряд, равная отношению электрического заряда к разности потенциалов между проводниками:
C = Q/∆φ
Здесь Q - электрический заряд, измеряется в кулонах (Кл), - разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).
В системе СИ электроемкость измеряется в фарадах (Ф). Данная единица измерения названа в честь английского физика Майкла Фарадея.
Фарад является очень большой емкостью для изолированного проводника. Так, металлический уединенный шар радиусом в 13 радиусов Солнца имел бы емкость равную 1 фарад. А емкость металлического шара размером с Землю была бы примерно 710 микрофарад (мкФ).
Так как 1 фарад - очень большая емкость, поэтому используются меньшие значения, такие как: микрофарад (мкФ), равный одной миллионной фарада; нанофарад (нФ), равный одной миллиардной; пикофарад (пФ), равный одной триллионной фарада.
В системе СГСЭ основной единицей емкости является сантиметр (см). 1 сантиметр емкости - это электрическая емкость шара с радиусом 1 сантиметр, помещенного в вакуум. СГСЭ - это расширенная система СГС для электродинамики, то есть, система единиц в которой сантиметр, грам, и секунда приняты за базовые единицы для вычисления длины, массы и времени соответственно. В расширенных СГС, включая СГСЭ, некоторые физические константы приняты за единицу, чтобы упростить формулы и облегчить вычисления.
Использование емкости
Конденсаторы - устройства для накопления заряда в электронном оборудовании
Понятие электрической емкости относится не только к проводнику, но и к конденсатору. Конденсатор - система двух проводников, разделенных диэлектриком или вакуумом. В простейшем варианте конструкция конденсатора состоит из двух электродов в виде пластин (обкладок). Конденсатор (от лат. condensare - «уплотнять», «сгущать») - двухэлектродный прибор для накопления заряда и энергии электромагнитного поля, в простейшем случае представляет собой два проводника, разделённые каким-либо изолятором. Например, иногда радиолюбители при отсутствии готовых деталей изготавливают подстроечные конденсаторы для своих схем из отрезков проводов разного диаметра, изолированных лаковым покрытием, при этом более тонкий провод наматывается на более толстый. Регулируя число витков, радиолюбители точно настраивают контура аппаратуры на нужную частоту. Примеры изображения конденсаторов на электрических схемах приведены на рисунке.
Историческая справка
Еще 250 лет назад были известны принципы создания конденсаторов. Так, в 1745 г. в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и нидерландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор - «лейденскую банку» - в ней диэлектриком были стенки стеклянной банки, а обкладками служили вода в сосуде и ладонь экспериментатора, державшая сосуд. Такая «банка» позволяла накапливать заряд порядка микрокулона (мкКл). После того, как ее изобрели, с ней часто проводили эксперименты и публичные представления. Для этого банку сначала заряжали статическим электричеством, натирая ее. После этого один из участников прикасался к банке рукой, и получал небольшой удар током. Известно, что 700 парижских монахов, взявшись за руки, провели лейденский эксперимент. В тот момент, когда первый монах прикоснулся к головке банки, все 700 монахов, сведенные одной судорогой, с ужасом вскрикнули.
В Россию «лейденская банка» пришла благодаря русскому царю Петру I, который познакомился с Мушенбруком во время путешествий по Европе, и подробнее узнал об экспериментах с «лейденской банкой». Петр I учредил в России Академию наук, и заказал Мушенбруку разнообразные приборы для Академии наук.
В дальнейшем конденсаторы усовершенствовались и становились меньше, а их емкость - больше. Конденсаторы широко применяются в электронике. Например, конденсатор и катушка индуктивности образуют колебательный контур, который может быть использован для настройки приемника на нужную частоту.
Существует несколько типов конденсаторов, отличающихся постоянной или переменной емкостью и материалом диэлектрика.
Примеры конденсаторов
Промышленность выпускает большое количество типов конденсаторов различного назначения, но главными их характеристиками являются ёмкость и рабочее напряжение.
Типичные значение ёмкости конденсаторов изменяются от единиц пикофарад до сотен микрофарад, исключение составляют ионисторы, которые имеют несколько иной характер формирования ёмкости – за счёт двойного слоя у электродов – в этом они подобны электрохимическим аккумуляторам. Суперконденсаторы на основе нанотрубок имеют чрезвычайно развитую поверхность электродов. У этих типов конденсаторов типичные значения ёмкости составляют десятки фарад, и в некоторых случаях они способны заменить в качестве источников тока традиционные электрохимические аккумуляторы.
Вторым по важности параметром конденсаторов является его рабочее напряжение . Превышение этого параметра может привести к выходу конденсатора из строя, поэтому при построении реальных схем принято применять конденсаторы с удвоенным значением рабочего напряжения.
Для увеличения значений ёмкости или рабочего напряжения используют приём объединения конденсаторов в батареи. При последовательном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение удваивается, а суммарная ёмкость уменьшается в два раза. При параллельном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение остаётся прежним, а суммарная ёмкость увеличивается в два раза.
Третьим по важности параметром конденсаторов является температурный коэффициент изменения ёмкости (ТКЕ) . Он даёт представление об изменении ёмкости в условиях изменения температур.
В зависимости от назначения использования, конденсаторы подразделяются на конденсаторы общего назначения, требования к параметрам которых некритичны, и на конденсаторы специального назначения (высоковольтные, прецизионные и с различными ТКЕ).
Маркировка конденсаторов
Подобно резисторам, в зависимости от габаритов изделия, может применяться полная маркировка с указанием номинальной ёмкости, класса отклонения от номинала и рабочего напряжения. Для малогабаритных исполнений конденсаторов применяют кодовую маркировку из трёх или четырёх цифр, смешанную цифро-буквенную маркировку и цветовую маркировку.
Соответствующие таблицы пересчёта маркировок по номиналу, рабочему напряжению и ТКЕ можно найти в Интернете, но самым действенным и практичным методом проверки номинала и исправности элемента реальной схемы остаётся непосредственное измерение параметров выпаянного конденсатора с помощью мультиметра.
Предупреждение: поскольку конденсаторы могут накапливать большой заряд при весьма высоком напряжении, во избежание поражения электрическим током необходимо перед измерением параметров конденсатора разряжать его, закоротив его выводы проводом с высоким сопротивлением внешней изоляции. Лучше всего для этого подходят штатные провода измерительного прибора.
Оксидные конденсаторы: данный тип конденсатора обладает большой удельной емкостью, то есть, емкостью на единицу веса конденсатора. Одна обкладка таких конденсаторов представляет собой обычно алюминиевую ленту, покрытую слоем оксида алюминия. Второй обкладкой служит электролит. Так как оксидные конденсаторы имеют полярность, то принципиально важно включать такой конденсатор в схему строго в соответствии с полярностью напряжения.
Твердотельные конденсаторы: в них вместо традиционного электролита в качестве обкладки используется органический полимер, проводящий ток, или полупроводник.
Переменные конденсаторы: емкость может меняться механическим способом, электрическим напряжением или с помощью температуры.
Пленочные конденсаторы: диапазон емкости данного типа конденсаторов составляет примерно от 5 пФ до 100 мкФ.
Имеются и другие типы конденсаторов.
Ионисторы
В наши дни популярность набирают ионисторы. Ионистор (суперконденсатор) - это гибрид конденсатора и химического источника тока, заряд которого накапливается на границе раздела двух сред - электрода и электролита. Начало созданию ионисторов было положено в 1957 году, когда был запатентован конденсатор с двойным электрическим слоем на пористых угольных электродах. Двойной слой, а также пористый материал помогли увеличить емкость такого конденсатора за счет увеличения площади поверхности. В дальнейшем эта технология дополнялась и улучшалась. На рынок ионисторы вышли в начале восьмидесятых годов прошлого века.
С появлением ионисторов появилась возможность использовать их в электрических цепях в качестве источников напряжения. Такие суперконденсаторы имеют долгий срок службы, малый вес, высокие скорости зарядки-разрядки. В перспективе данный вид конденсаторов может заменить обычные аккумуляторы. Основными недостатками ионисторов является меньшая, чем у электрохимических аккумуляторов удельная энергия (энергия на единицу веса), низкое рабочее напряжение и значительный саморазряд.
Ионисторы применяются в автомобилях Формулы-1. В системах рекуперации энергии, при торможении вырабатывается электроэнергия, которая накапливается в маховике, аккумуляторах или ионисторах для дальнейшего использования.
В бытовой электронике ионисторы применяются для стабилизации основного питания и в качестве резервного источника питания таких приборов как плееры, фонари, в автоматических коммунальных счетчиках и в других устройствах с батарейным питанием и изменяющейся нагрузкой, обеспечивая питание при повышенной нагрузке.
В общественном транспорте применение ионисторов особенно перспективно для троллейбусов, так как становится возможна реализация автономного хода и увеличения маневренности; также ионисторы используются в некоторых автобусах и электромобилях.
Электрические автомобили в настоящем времени выпускают многие компании, например: General Motors, Nissan, Tesla Motors, Toronto Electric. Университет Торонто совместно с компанией Toronto Electric разработали полностью канадский электромобиль A2B. В нем используются ионисторы вместе с химическими источниками питания, так называемое гибридное электрическое хранение энергии. Двигатели данного автомобиля питаются от аккумуляторов весом 380 килограмм. Также для подзарядки используются солнечные батареи, установленные на крыше электромобиля.
Емкостные сенсорные экраны
В современных устройствах все чаще применяются сенсорные экраны, которые позволяют управлять устройствами путем прикосновения к панелям с индикаторами или экранам. Сенсорные экраны бывают разных типов: резистивные, емкостные и другие. Они могут реагировать на одно или несколько одновременных касаний. Принцип работы емкостных экранов основывается на том, что предмет большой емкости проводит переменный ток. В данном случае этим предметом является тело человека.
Поверхностно-емкостные экраны
Таким образом, поверхностно-емкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом. В качестве резистивного материала обычно применяется имеющий высокую прозрачность и малое поверхностное сопротивление сплав оксида индия и оксида олова. Электроды, подающие на проводящий слой небольшое переменное напряжение, располагаются по углам экрана. При касании к такому экрану пальцем появляется утечка тока, которая регистрируется в четырех углах датчиками и передается в контроллер, который определяет координаты точки касания.
Преимущество таких экранов заключается в долговечности (около 6,5 лет нажатий с промежутком в одну секунду или порядка 200 млн. нажатий). Они обладают высокой прозрачностью (примерно 90%). Благодаря этим преимуществам, емкостные экраны уже с 2009 года активно начали вытеснять резистивные экраны.
Недостаток емкостных экранов заключается в том, что они плохо работают при отрицательных температурах, есть трудности с использованием таких экранов в перчатках. Если проводящее покрытие расположено на внешней поверхности, то экран является достаточно уязвимым, поэтому емкостные экраны применяются лишь в тех устройствах, которые защищены от непогоды.
Проекционно-емкостные экраны
Помимо поверхностно-емкостных экранов, существуют проекционно-емкостные экраны. Их отличие заключается в том, что на внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод, к которому прикасаются, вместе с телом человека образует конденсатор. Благодаря сетке, можно получить точные координаты касания. Проекционно-емкостный экран реагирует на касания в тонких перчатках.
Проекционно-емкостные экраны также обладают высокой прозрачностью (около 90%). Они долговечны и достаточно прочные, поэтому их широко применяют не только в персональной электронике, но и в автоматах, в том числе установленных на улице.
Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.
