Condensador de alambre. Láser casero - condensador de alto voltaje

¿Cómo hacer un condensador?

Un inventor vive en el alma de cada uno de nosotros y, por lo tanto, la radioafición es un pasatiempo bastante popular. Fabricación propia componentes de radio - uno de los componentes más interesantes de este hobby. En este artículo hablaremos sobre cómo hacer un capacitor con sus propias manos en casa.

materiales

Para hacer un condensador, necesitamos:

frustrar,
planchar,
papel de papiro,
parafina,
encendedor.

La lámina no necesita preparación adicional, pero con la ayuda de los últimos tres componentes tenemos que hacer papel encerado.

Fabricación

Entonces, los materiales están preparados, manos a la obra:

Calentamos la parafina y procesamos cuidadosamente el papel de papiro.
Lo doblamos en un "acordeón", cuyo ancho de cada sección es de unos 30 mm. El número de capas de la armónica determina la capacitancia del capacitor, cada capa corresponde a aproximadamente 100 pF.
En cada sección colocamos un trozo de papel de aluminio con un área de 30 por 45 mm.
Doblamos el acordeón y lo planchamos con una plancha tibia.
¡Todo, el condensador está listo! Las piezas de lámina que sobresalen son los contactos de conexión de nuestro condensador, a través de los cuales se puede conectar al circuito.

Obtuvimos el capacitor doméstico más simple, aunque vale la pena señalar que cuanto más gruesa y mejor sea la lámina, mayor será el voltaje. Sin embargo, llamamos su atención sobre el hecho de que es mejor no intentar hacer un condensador en casa que pueda soportar más de 50 kV. Los "profesionales aficionados" le aconsejan que use bolsas de laminación como dieléctrico si quiere acercarse a este valor, pero necesitará una laminadora para calentarlas.

Este elemento se considera legítimamente súper universal, ya que puede usarse simultáneamente en la fabricación y reparación de una amplia variedad de dispositivos. E incluso si no es difícil comprarlo en una forma prefabricada, muchos artesanos aficionados están felices de experimentar, probar o incluso fabricar con éxito un condensador con sus propias manos. Todo lo que se necesita para crear un condensador casero se describe en detalle arriba y, en principio, no debería haber ninguna dificultad con ninguno de los elementos necesarios, ya que se pueden encontrar en la granja o, en el peor de los casos, en venta libre. . La única excepción, quizás, puede ser el papel de parafina, que generalmente se fabrica de forma independiente utilizando materiales como parafina, papiro y un encendedor desechable (alternativamente, puede usar cualquier otra fuente segura de llama abierta).

Entonces, para procesar el papel correctamente, debe calentar cuidadosamente la parafina con fuego y caminar su parte blanda sobre toda la superficie del papiro en ambos lados. Una vez finalizado el trabajo y el material fraguado correctamente, el papel de parafina resultante debe doblarse con un acordeón (es decir, avance transversal). La técnica es común, pero implica mantener un cierto paso (cada tres centímetros) y para que la línea de plegado sea lo más precisa posible, es recomendable delinear la primera tira con un lápiz simple incluso antes de rubricar. Puede continuar en la misma línea, dibujando completamente toda la hoja, o puede actuar, centrándose únicamente en el primer segmento (según le convenga). En cuanto a la cantidad de capas requeridas, este indicador está determinado únicamente por la capacidad del producto futuro.

En esta etapa, el acordeón formado debe dejarse de lado por un tiempo para continuar con la preparación de láminas rectangulares, cuyas dimensiones deben corresponder en este caso a los datos de 3 por 4,5 centímetros. Estos espacios en blanco son necesarios para hacer la capa de metal del capacitor, por lo tanto, al final del trabajo anterior, la lámina se inserta en todas las capas del acordeón, asegurándose de que encaje de manera uniforme, luego de lo cual se procede a planchar el espacio en blanco doblado. con una plancha convencional. La parafina y el papel de aluminio deberían hacer su trabajo, proporcionando un fuerte vínculo entre ellos (no se practican otros métodos para soldar un condensador en el hogar), después de lo cual el condensador puede considerarse absolutamente listo. En cuanto a los elementos de lámina que sobresalen del acordeón anterior, no deberían ser motivo de preocupación, ya que desempeñan el papel de contactos de conexión.

Es con la ayuda de estos pequeños fragmentos que el con mis propias manos el capacitor se puede usar completamente conectándolo a un circuito eléctrico. Naturalmente, estamos hablando de un dispositivo primitivo, y para aumentar de alguna manera su rendimiento, es necesario usar una lámina de mayor calidad y alta densidad, aunque aquí es extremadamente importante no exagerar, ya que existen ciertos límites en el voltaje utilizado para manualidades para adultos de este tipo. Entonces, por ejemplo, es mejor no experimentar, tratando de hacer un capacitor con sus propias manos que pueda aceptar un voltaje demasiado alto (más de 50 voltios), aunque algunos "caseros" logran sortear este lado del problema. mediante el uso de bolsas de laminación en lugar de dieléctricos estándar, así como un laminador para una soldadura segura.

Hay varios otros métodos para hacer un condensador casero, y uno de ellos consiste en trabajar con un voltaje más alto. Se le puede atribuir la famosa técnica "Glass", cuyo nombre proviene de la herramienta improvisada utilizada: un vidrio facetado. Este elemento es necesario para envolver con papel de aluminio con un interior y fuera de, y esto debe hacerse de tal manera que los fragmentos del material utilizado no se toquen entre sí. El diseño en sí mismo en una forma ya "ensamblada" necesariamente prevé la presencia de suministros, después de lo cual puede considerarse completamente listo para usar para el propósito previsto. Al mismo tiempo, durante su inclusión en el circuito, es necesario observar cuidadosamente todas las medidas de seguridad necesarias para evitar posibles consecuencias negativas.

Alternativamente, puede intentar hacer sus propias manos y un diseño más avanzado, utilizando medios improvisados como placas de vidrio del mismo tamaño, todas las mismas láminas de alta densidad y resina epoxica diseñado para conectar de forma segura los materiales enumerados entre sí. La ventaja indudable de un condensador casero de este tipo es que puede realizar más trabajo de calidad, como dicen, "sin avería". Sin embargo, como sabéis, un barril de miel no suele prescindir de una mosca en el ungüento, y en este caso se relaciona directamente con un importante inconveniente de este invento, que radica en sus más que impresionantes dimensiones, lo que dificulta mantener semejante "coloso" en casa no es muy conveniente y racional.

Requisitos para reducir el tamaño de los componentes de radio y aumentarlos especificaciones técnicas condujo a la aparición de una gran cantidad de dispositivos que se utilizan en todas partes hoy en día. Esto afectó completamente a los condensadores. Los llamados ionisters o supercapacitores son elementos de gran capacidad (el rango de este indicador es bastante amplio de 0,01 a 30 faradios) con una tensión de carga de 3 a 30 voltios. Sin embargo, su tamaño es muy pequeño. Y dado que el tema de nuestra conversación es un ionista de bricolaje, primero es necesario tratar el elemento en sí, es decir, lo que es.

Características de diseño del ionistr

De hecho, este es un capacitor ordinario con una gran capacitancia. Pero los ionistores tienen una alta resistencia, porque el elemento se basa en un electrolito. Este es el primero. El segundo es un pequeño voltaje de carga. Lo que pasa es que en este supercondensador, las placas están ubicadas muy cerca unas de otras. Esta es precisamente la razón del voltaje reducido, pero es por esta razón que aumenta la capacitancia del capacitor.

Los ionistas de fábrica están hechos de diferentes materiales. Los revestimientos suelen estar hechos de papel de aluminio, que delimita la sustancia seca de la acción de separación. Por ejemplo, carbón activado (para placas grandes), óxidos metálicos, sustancias poliméricas que tienen una alta conductividad eléctrica.

Recolectamos el ionistr con nuestras propias manos.

Montar un ionistr con tus propias manos no es lo más fácil, pero aún puedes hacerlo en casa. Hay varios diseños donde hay diferentes materiales. Ofrecemos uno de ellos. Para esto necesitarás:

jarra de café de metal (50 g);
el carbón activado, que se vende en las farmacias, se puede reemplazar con electrodos de carbón triturado;
dos círculos de placa de cobre;
lana de algodón

El primer paso es preparar el electrolito. Para hacer esto, primero debe moler carbón activado en polvo. Luego haga una solución salina, para lo cual necesita agregar 25 g de sal a 100 g de agua y mezcle todo bien. Además, el polvo de carbón activado se agrega gradualmente a la solución. Su cantidad determina la consistencia del electrolito, debe ser tan denso como la masilla.

Después de eso, el electrolito terminado se aplica a círculos de cobre (en un lado). Tenga en cuenta que cuanto más gruesa sea la capa de electrolito, mayor será la capacidad del ionistr. Y una cosa más, el espesor del electrolito aplicado en dos círculos debe ser el mismo. Entonces, los electrodos están listos, ahora hay que demarcarlos con un material que permita el paso de la corriente eléctrica, pero que no deje pasar el polvo de carbón. Para esto, se usa algodón común, aunque aquí hay muchas opciones. El grosor de la capa de algodón determina el diámetro de la jarra de café de metal, es decir, toda esta estructura de electrodos debe encajar cómodamente en ella. Por lo tanto, en principio, es necesario seleccionar las dimensiones de los electrodos (círculos de cobre).

Solo queda conectar los electrodos a los terminales. Todo, un ionista de bricolaje, e incluso en casa, está listo. Este diseño no tiene una capacidad muy grande, no superior a 0,3 faradios, y el voltaje de carga es de solo un voltio, pero este es un ionistr real.

Conclusión sobre el tema.

Qué más se puede decir además de este elemento. Si lo comparamos, por ejemplo, con una batería de hidruro de níquel-metal, entonces el ionistr puede contener fácilmente un suministro de electricidad de hasta el 10% de la energía de la batería. Además, la caída de voltaje en él ocurre linealmente y no abruptamente. Pero el nivel de carga del elemento depende de su propósito tecnológico.

Estructuralmente, este es un "sándwich" de dos conductores y un dieléctrico, que puede ser de vacío, gas, líquido, sólido orgánico o inorgánico. Los primeros condensadores domésticos (frascos de vidrio con perdigones, pegados con papel de aluminio) fueron fabricados en 1752 por M. Lomonosov y G. Richter.

¿Qué puede ser interesante en un condensador? Al comenzar con este artículo, pensé que podría recopilar y resumir todo sobre este detalle primitivo. Pero a medida que fui conociendo el capacitor, me sorprendió comprender que no sería posible contar ni una centésima parte de todos los secretos y milagros escondidos en él...

El capacitor ya tiene más de 250 años, pero ni siquiera piensa en volverse obsoleto.. Además, 1 kg de “condensadores simples ordinarios” almacena menos energía que un kilogramo de baterías o pilas de combustible, pero es capaz de darla más rápido que ellos, mientras desarrolla más poder. - Con la descarga rápida del condensador se puede obtener un pulso de alta potencia, por ejemplo, en flashes fotográficos, láseres pulsados con bombeo óptico y colisionadores. Hay condensadores en casi todos los dispositivos, por lo que si no tiene condensadores nuevos, puede dejarlos para experimentar.

Carga del condensador es el valor absoluto de la carga de una de sus placas. Se mide en colgantes y es proporcional al número de electrones extra (-) o perdidos (+). Para recolectar una carga de 1 colgante, necesita 6241509647120420000 electrones. En una burbuja de hidrógeno, del tamaño de la cabeza de un fósforo, hay aproximadamente el mismo número de ellos.

Dado que la capacidad de acumular cargas en el electrodo está limitada por su repulsión mutua, su transferencia al electrodo no puede ser infinita. Como cualquier almacenamiento, un capacitor tiene una capacidad bien definida. Así se llama - capacitancia electrica. Se mide en faradios y para un capacitor plano con placas de área S(cada uno) ubicado a una distancia D, la capacitancia es Sε 0 ε/d(en S>> D), donde ε es la permitividad relativa, y ε 0 =8,85418781762039 * 10 -12 .

La capacitancia del capacitor también es q/u, donde q es la carga positiva, tu es la tensión entre las placas. La capacitancia depende de la geometría del capacitor y de la constante dieléctrica del dieléctrico, y no depende de la carga de las placas.

En un conductor cargado, las cargas intentan dispersarse lo más posible y por lo tanto no se encuentran en el espesor del capacitor, sino en la capa superficial del metal, como una película de gasolina sobre la superficie del agua. Si dos conductores forman un capacitor, estas cargas en exceso se acumulan una frente a la otra. Por tanto, casi todo el campo eléctrico del condensador se concentra entre sus placas.

En cada plato, los cargos se distribuyen de manera que estén alejados de los vecinos. Y son bastante amplios: en un condensador de aire con una distancia entre placas de 1 mm, cargado hasta 120 V, la distancia media entre electrones es de más de 400 nanómetros, que es miles de veces mayor que la distancia entre átomos (0,1 -0.3 nm), y esto significa que solo hay un electrón extra (o perdido) por millones de átomos en la superficie.

Si reducir la distancia entre las placas, entonces las fuerzas de atracción aumentarán y, con el mismo voltaje, las cargas en las placas podrán "llevarse bien" más densamente. La capacidad aumentará condensador. Y lo mismo hizo el desprevenido profesor de la Universidad de Leiden van Muschenbroek. Reemplazó la botella de paredes gruesas del primer condensador del mundo (inventado por el sacerdote alemán von Kleist en 1745) con un frasco de vidrio delgado. Lo cargó y lo tocó, y al despertar dos días después dijo que no estaría de acuerdo en repetir el experimento, aunque se le hubiera prometido el reino francés para ello.

Si se coloca un dieléctrico entre las placas, entonces lo polarizan, es decir, atraerán cargas opuestas de las que se compone. En este caso, se producirá el mismo efecto que si las placas estuvieran más cerca. Un dieléctrico con una permitividad relativa alta puede considerarse un buen transportador de campo eléctrico. Pero ningún transportador es perfecto, por lo que no importa qué maravilloso dieléctrico agreguemos al existente, la capacitancia del capacitor solo disminuirá. Puede aumentar la capacitancia solo si agrega un dieléctrico (o incluso mejor, un conductor) en vez de ya existente pero con un ε más pequeño.

Casi no hay cargas gratuitas en los dieléctricos. Todos ellos están fijados en la red cristalina o en moléculas, polares (que representan dipolos) o no. Si no hay campo externo, el dieléctrico no está polarizado, los dipolos y las cargas libres se dispersan aleatoriamente y el dieléctrico no tiene campo propio. en un campo eléctrico, está polarizado: los dipolos están orientados a lo largo del campo. Dado que hay muchos dipolos moleculares, cuando están orientados, las ventajas y desventajas de los dipolos vecinos dentro del dieléctrico se compensan entre sí. Solo las cargas superficiales permanecen sin compensar: en una superficie, una, en la otra, la otra. Las cargas libres en un campo externo también derivan y se separan.

En este caso, diferentes procesos de polarización proceden a diferentes velocidades. Una cosa es el desplazamiento de las capas de electrones, que se produce casi instantáneamente, otra cosa es la rotación de las moléculas, especialmente las grandes, y la tercera es la migración de cargas libres. Los dos últimos procesos obviamente dependen de la temperatura y son mucho más rápidos en líquidos que en sólidos. Si se calienta el dieléctrico, se acelerarán las rotaciones de los dipolos y la migración de cargas. Si el campo está apagado, la despolarización del dieléctrico tampoco ocurre instantáneamente. Permanece polarizado durante algún tiempo hasta que el movimiento térmico dispersa las moléculas a su estado caótico original. Por lo tanto, para condensadores donde la polaridad cambia con alta frecuencia, solo son adecuados los dieléctricos no polares: fluoroplástico, polipropileno.

Si desarma un capacitor cargado y luego lo vuelve a armar (con pinzas de plástico), la energía no irá a ninguna parte y el LED podrá parpadear. Incluso parpadeará si lo conecta al condensador en un estado desmontado. Es comprensible: durante el desmontaje, la carga de las placas no se fue a ninguna parte, y el voltaje incluso aumentó, ya que la capacitancia disminuyó y ahora las placas están llenas de cargas. Espera, ¿cómo creció esta tensión, porque entonces la energía también crecerá? De hecho, le dimos energía mecánica al sistema, superando la atracción de Coulomb de las placas. En realidad, este es el truco de la electrificación por fricción: enganchar electrones a una distancia del orden del tamaño de los átomos y arrastrarlos a una distancia macroscópica, aumentando así el voltaje de unos pocos voltios (y tal es el voltaje en enlaces químicos ) a decenas y centenas de miles de voltios. Ahora está claro por qué una chaqueta sintética no se sorprende cuando la usas, sino solo cuando te la quitas. Alto, ¿por qué no hasta miles de millones? ¿Un decímetro es mil millones de veces más grande que un angstrom, en el que arrebatamos electrones? Sí, porque el trabajo de mover una carga en un campo eléctrico es igual a la integral de Eq sobre d, y esta misma E se debilita cuadráticamente con la distancia. Y si en todo el decímetro entre la chaqueta y la nariz hubiera el mismo campo que dentro de las moléculas, entonces mil millones de voltios harían clic en la nariz.

Verifiquemos este fenómeno, el aumento de voltaje cuando se estira el capacitor, experimentalmente. Escribí un programa simple de Visual Basic para recibir datos de nuestro controlador PMK018 y mostrarlos en la pantalla. En general, tomamos dos placas de textolita de 200x150 mm recubiertas por un lado con papel de aluminio y soldamos los cables que van al módulo de medición. Luego colocamos un dieléctrico en uno de ellos, una hoja de papel, y lo cubrimos con una segunda placa. Las placas no encajan bien, por lo que las presionamos con el cuerpo del bolígrafo (si presiona con la mano, puede crear interferencias).

El circuito de medida es sencillo: el potenciómetro R1 establece la tensión (en nuestro caso son 3 voltios) que se suministra al condensador, y el botón S1 sirve para aplicarla al condensador, o para no aplicarla.

Entonces, presione y suelte el botón; veremos el gráfico que se muestra a la izquierda. El condensador se descarga rápidamente a través de la entrada del osciloscopio. Ahora intentemos aliviar la presión sobre las placas durante la descarga; veremos el pico de voltaje en el gráfico (a la derecha). Este es solo el efecto deseado. En este caso, la distancia entre las placas del capacitor aumenta, la capacitancia cae y, por lo tanto, el capacitor comienza a descargarse aún más rápido.

Aquí lo pensé seriamente ... Parece que estamos al borde de un gran invento ... Después de todo, si el voltaje aumenta en ellos cuando las placas se separan y la carga permanece igual, entonces puedes tomar dos condensadores, empuje las placas en uno de ellos y, en el punto de máxima expansión, transfiera la carga a un condensador fijo. Luego regrese las placas a su lugar y repita lo mismo al revés, separando el otro capacitor. En teoría, el voltaje en ambos capacitores aumentará con cada ciclo una cierta cantidad de veces. Gran idea para el generador! ¡Será posible crear nuevos diseños de molinos de viento, turbinas y todo eso! Entonces, genial ... para mayor comodidad, puede colocar todo esto en dos discos que giran en direcciones opuestas ... ¡Oh, qué es esto... ugh, esto es una máquina de electróforos de la escuela! 🙁

No echó raíces como generador, ya que es un inconveniente tratar con tales voltajes. Pero a escala nanométrica, las cosas pueden cambiar. Los fenómenos magnéticos en las nanoestructuras son muchas veces más débiles que los eléctricos, y los campos eléctricos allí, como ya hemos visto, son enormes, por lo que la máquina de electroforos moleculares puede volverse muy popular.

Condensador como acumulador de energía

Es muy fácil asegurarse de que la energía se almacena en el condensador más pequeño. Para hacer esto, necesitamos un LED rojo transparente y una fuente de corriente constante (una batería de 9 voltios está bien, pero si el voltaje nominal del capacitor lo permite, es mejor tomar una más grande). La experiencia es cargar el capacitor, y luego conectarle un LED (no te olvides de la polaridad), y observar como parpadea. V cuarto oscuro un destello es visible incluso desde condensadores de decenas de picofaradios. Se trata de cien millones de electrones emitiendo cien millones de fotones. Sin embargo, este no es el límite, porque el ojo humano puede percibir una luz mucho más débil. Simplemente no encontré condensadores aún menos capaces. Si la factura fue de miles de microfaradios, apiádese del LED y, en su lugar, corte el capacitor a un objeto metálico para ver una chispa, evidencia obvia de la presencia de energía en el capacitor.

La energía de un capacitor cargado se comporta en muchos aspectos como energía mecánica potencial: la energía de un resorte comprimido elevado a la altura de una carga o un tanque de agua (y la energía de un inductor, por el contrario, es similar a la energía cinética) . La capacidad de un condensador para acumular energía se ha utilizado durante mucho tiempo para garantizar el funcionamiento continuo de los dispositivos durante caídas breves en la tensión de alimentación, desde relojes hasta tranvías.

El capacitor también se usa para almacenar energía "casi eterna" generada por sacudidas, vibraciones, sonido, detección de ondas de radio o radiación de la red eléctrica. Poco a poco, la energía acumulada de fuentes tan débiles durante un largo período de tiempo permite que los sensores inalámbricos y otros dispositivos electrónicos funcionen durante algún tiempo. Este principio se basa en la eterna batería de "dedo" para dispositivos con un consumo de energía modesto (como los controles remotos de TV). En su caso hay un condensador con una capacidad de 500 milifaradios y un generador que lo alimenta durante las oscilaciones con una frecuencia de 4 a 8 hercios con una potencia libre de 10 a 180 milivatios. Se están desarrollando generadores basados en nanocables piezoeléctricos que son capaces de dirigir la energía de vibraciones tan débiles como los latidos del corazón, las suelas de los zapatos contra el suelo y las vibraciones de los equipos técnicos hacia el condensador.

Otra fuente de energía gratuita es el frenado. Por lo general, cuando un vehículo desacelera, la energía se convierte en calor, pero puede almacenarse y luego usarse durante la aceleración. Este problema es especialmente agudo para el transporte público, que frena y acelera en cada parada, lo que conduce a un importante consumo de combustible ya la contaminación de la atmósfera con las emisiones de gases de escape. En la región de Saratov, en 2010, la empresa "Elton" creó "Ecobus", un minibús experimental con motores eléctricos y supercondensadores inusuales de "rueda de motor", dispositivos de almacenamiento de energía de frenado que reducen el consumo de energía en un 40%. Utilizaron materiales desarrollados en el proyecto Energia-Buran, en particular, papel de carbono. En general, gracias a la escuela científica creada en la URSS, Rusia es uno de los líderes mundiales en el desarrollo y producción de condensadores electroquímicos. Por ejemplo, los productos de Elton se exportan al extranjero desde 1998 y recientemente comenzó la producción de estos productos en los EE. UU. bajo la licencia de una empresa rusa.

La capacidad de un condensador moderno (2 faradios, foto de la izquierda) es miles de veces mayor que la capacidad del globo entero. ¡Son capaces de almacenar una carga eléctrica de 40 Coulomb!

Se utilizan, por regla general, en los sistemas de audio para automóviles con el fin de reducir la carga máxima en el cableado eléctrico del automóvil (durante los momentos de fuertes golpes de bajo) y, debido a la enorme capacitancia del condensador, suprimir todas las interferencias de alta frecuencia en la red de a bordo.

Pero este "cofre del abuelo" soviético para electrones (foto de la derecha) no tiene tanta capacidad, pero puede soportar un voltaje de 40,000 voltios (preste atención a las tazas de porcelana que protegen todos estos voltios de la ruptura de la caja del capacitor). Esto es muy conveniente para la "bomba electromagnética", en la que el condensador se descarga en un tubo de cobre, que al mismo tiempo se comprime desde el exterior por la explosión. Resulta un pulso electromagnético muy potente que desactiva los equipos de radio. Por cierto, en una explosión nuclear, a diferencia de una convencional, también se libera un pulso electromagnético, lo que vuelve a enfatizar la similitud del núcleo de uranio con un capacitor. Por cierto, dicho capacitor puede cargarse directamente con electricidad estática de un peine, pero, por supuesto, llevará mucho tiempo cargarlo a voltaje completo. Pero será posible repetir la triste experiencia de van Muschenbroek en una versión muy agravada.

Si simplemente frota una pluma estilográfica (peine, globo, ropa interior sintética, etc.) en su cabello, entonces el LED no se encenderá. Esto se debe a que el exceso de electrones (tomados del cabello) queda atrapado en su propio punto de la superficie del plástico. Por lo tanto, incluso si golpeamos algún electrón con la salida del LED, otros no podrán correr tras él y crear la corriente necesaria para que el brillo del LED sea perceptible a simple vista. Otra cosa es si transfieres cargas de una pluma estilográfica a un capacitor. Para hacer esto, tome el capacitor para una salida y frote la pluma estilográfica sobre el cabello, luego sobre la salida libre del capacitor. ¿Por qué frotar? ¡Para maximizar la cosecha de electrones de toda la superficie de la pluma! Repetimos este ciclo varias veces y conectamos el LED al condensador. Parpadeará, y sólo si se observa la polaridad. Entonces, el capacitor se convirtió en un puente entre los mundos de la electricidad "estática" y la "ordinaria" 🙂

Tomé un condensador de alto voltaje para este experimento, temiendo que se rompiera uno de bajo voltaje, pero resultó que era una precaución innecesaria. Con un suministro de carga limitado, el voltaje a través del capacitor puede ser mucho menor que el voltaje de la fuente de alimentación. Un capacitor puede convertir un voltaje grande en uno pequeño. Por ejemplo, electricidad estática de alto voltaje, como de costumbre. De hecho, ¿hay alguna diferencia: cargar el capacitor con un microculombio de una fuente con un voltaje de 1 V o 1000 V? Si este condensador tiene tanta capacidad que una carga de 1 μC no aumenta el voltaje por encima del voltaje de una fuente de alimentación de un solo voltio (es decir, su capacitancia es superior a 1 μF), entonces no hay diferencia. Es solo que si los colgantes no se limitan a la fuerza, entonces más querrán venir corriendo desde una fuente de alto voltaje. Sí, y la potencia térmica liberada en los terminales del condensador será mayor (y la cantidad de calor es la misma, simplemente se liberará más rápido, por lo que la potencia es mayor).

En general, aparentemente, cualquier condensador con una capacidad de no más de 100 nF es adecuado para este experimento. Puede hacer más, pero llevará mucho tiempo cargarlo para obtener suficiente voltaje para el LED. Por otro lado, si las corrientes de fuga en el capacitor son pequeñas, el LED se quemará por más tiempo. Puedes pensar en crear sobre este principio un dispositivo para recargar un celular al frotarlo contra tu cabello durante una conversación 🙂

Un excelente capacitor de alto voltaje es un destornillador. Al mismo tiempo, su mango sirve como dieléctrico, y la varilla de metal y la mano humana sirven como placas. Sabemos que una pluma estilográfica frotada sobre el cabello atrae trozos de papel. Si te frotas el cabello con un destornillador, no saldrá nada: el metal no tiene la capacidad de tomar electrones de las proteínas, no atrajo papeles, no lo hizo. Pero si, como en el experimento anterior, lo frotas con una pluma estilográfica cargada, el destornillador, debido a su poca capacidad, se carga rápidamente a un alto voltaje y los papeles comienzan a ser atraídos por él.

Brillando desde un destornillador y LED. En la foto es poco realista captar un breve momento de su flash. Pero, recordemos las propiedades del exponente, el desvanecimiento del flash dura mucho tiempo (según los estándares del obturador de la cámara). Y ahora nos hemos convertido en testigos de un fenómeno lingüístico-óptico-matemático único: ¡el expositor expuso la matriz de la cámara!

Sin embargo, ¿por qué tales dificultades? Hay filmaciones de video. Muestra que el LED parpadea bastante brillante:

Cuando los condensadores se cargan a altos voltajes, el efecto de borde comienza a desempeñar su papel, que consiste en lo siguiente. Si se coloca un dieléctrico en el aire entre las placas y se les aplica un voltaje que aumenta gradualmente, entonces, a un cierto valor de voltaje, se produce una descarga silenciosa en el borde de la placa, que se detecta por el ruido característico y brilla en la oscuridad. . La magnitud del voltaje crítico depende del grosor del revestimiento, la nitidez del borde, el tipo y grosor del dieléctrico, etc. Cuanto más grueso sea el dieléctrico, mayor será la cr. Por ejemplo, cuanto mayor sea la constante dieléctrica del dieléctrico, menor será. Para reducir el efecto de borde, los bordes de las placas se incrustan en un dieléctrico con alta rigidez eléctrica, la junta dieléctrica se engrosa en los bordes, los bordes de las placas se redondean y se crea una zona con un voltaje gradualmente decreciente en el borde de las placas haciendo los bordes de las placas de un material con alta resistencia, reduciendo el voltaje por capacitor al dividirlo en varios conectados en serie.

Es por eso que a los padres fundadores de la electrostática les gustaba tener bolas al final de los electrodos. Resulta que esto no es una característica de diseño, sino una forma de minimizar el flujo de carga en el aire. No hay otro lugar adonde ir. Si la curvatura de alguna sección de la superficie de la bola se reduce aún más, la curvatura de las secciones vecinas inevitablemente aumentará. Y aquí, aparentemente, en nuestros casos electrostáticos, no es la curvatura promedio sino la curvatura máxima de la superficie lo que es importante, que es mínima, por supuesto, para la pelota.

Hmm... pero si la capacidad del cuerpo es la capacidad de acumular una carga, entonces probablemente sea muy diferente para las cargas positivas y negativas... Imaginemos un condensador esférico en el vacío... Carguémoslo negativamente desde el fondo de nuestro corazón, sin escatimar en centrales eléctricas ni gigavatios-hora (¡para eso sirve un experimento mental!)... pero en algún momento habrá tantos excesos electrones en esta bola que simplemente comenzarán a dispersarse por todo el vacío, solo para no estar en tal aglomeración electronegativa. Pero esto no sucederá con una carga positiva: los electrones, sin importar cuán pocos queden, no volarán a ninguna parte de la red cristalina del capacitor.
¿Qué sucede si la capacitancia positiva es obviamente mucho mayor que la capacitancia negativa? ¡No! Debido a que los electrones en realidad no estaban allí para mimarlos, sino para conectar átomos, y sin una parte notable de ellos, la repulsión de Coulomb de los iones positivos de la red cristalina instantáneamente hará que el capacitor más blindado se convierta en polvo 🙂

De hecho, sin un revestimiento secundario, la capacitancia de las "mitades solitarias" del capacitor es muy pequeña: la capacitancia eléctrica de una sola pieza de alambre con un diámetro de 2 mm y una longitud de 1 m es aproximadamente 10 pF, y el globo entero es de 700 microfaradios.

Es posible construir un estándar de capacitancia absoluta calculando su capacitancia usando fórmulas físicas basadas en medidas precisas de las dimensiones de las placas. Así se fabrican los capacitores más precisos de nuestro país, los cuales se ubican en dos lugares. El estándar estatal GET 107-77 está ubicado en FSUE SNIIM y consta de 4 capacitores cilíndricos coaxiales no soportados, cuya capacitancia se calcula con alta precisión en términos de velocidad de la luz y unidades de longitud y frecuencia, así como un alto -comparador capacitivo de frecuencia que le permite comparar las capacidades de los condensadores traídos para la verificación con un estándar (10 pF) con un error de menos del 0,01% en el rango de frecuencia de 1-100 MHz (foto de la izquierda).

Norma GET 25-79 (foto a la derecha), ubicada en la Empresa Unitaria del Estado Federal VNIIM. D.I. Mendeleev contiene un capacitor de diseño y un interferómetro en una unidad de vacío, un puente transformador capacitivo completo con medidas de capacitancia y un termostato, y fuentes de radiación con una longitud de onda estabilizada. El estándar se basa en un método para determinar los incrementos en la capacitancia de un sistema de electrodos cruzados de un capacitor calculado cuando la longitud de los electrodos cambia en un número dado de longitudes de onda de radiación de luz altamente estable. Esto garantiza que se mantenga un valor de capacitancia preciso de 0,2 pF con una precisión superior al 0,00005 %.

Pero en el mercado de radios en Mitino, me resultó difícil encontrar un capacitor con una precisión de más del 5% 🙁 Bueno, intentemos calcular la capacitancia usando fórmulas basadas en mediciones de voltaje y tiempo a través de nuestro PMK018 favorito. Calcularemos la capacidad de dos maneras. El primer método se basa en las propiedades del exponente y la relación de los voltajes en el capacitor, medidos en diferentes momentos de la descarga. El segundo: en la medición de la carga emitida por el capacitor durante la descarga, se obtiene integrando la corriente en el tiempo. El área delimitada por el gráfico de corriente y los ejes de coordenadas es numéricamente igual a la carga emitida por el capacitor. Para estos cálculos, debe conocer exactamente la resistencia del circuito a través del cual se descarga el capacitor. Configuré esta resistencia con una resistencia de precisión de 10 kΩ de un diseñador electrónico.

Y aquí están los resultados del experimento. Preste atención a lo hermoso y suave que resultó el expositor. Después de todo, no se calcula matemáticamente por una computadora, sino que se mide directamente de la naturaleza misma. Gracias a la cuadrícula de coordenadas en la pantalla, está claro que la propiedad del exponente se observa exactamente: disminuir la misma cantidad de veces a intervalos regulares (incluso lo medí con una regla en la pantalla 🙂 Por lo tanto, vemos que las fórmulas físicas reflejan bastante adecuadamente la realidad que nos rodea.

Como puede ver, la capacitancia medida y calculada coincide aproximadamente con la nominal (y con las lecturas de los multímetros chinos), pero no exactamente. ¡Es una pena que no haya un estándar para determinar cuál de ellos sigue siendo cierto! Si alguien conoce un estándar de capacitancia que sea económico o esté disponible en casa, asegúrese de escribirlo aquí en los comentarios.

En ingeniería eléctrica de potencia, Pavel Nikolaevich Yablochkov utilizó el primer condensador del mundo en 1877. Simplificó y al mismo tiempo mejoró los condensadores de Lomonosov, reemplazando la fracción y la lámina con líquido y conectando bancos en paralelo. Es propietario no solo de la invención de las lámparas de arco innovadoras que conquistaron Europa, sino también de varias patentes relacionadas con los condensadores. Intentemos ensamblar un capacitor Yablochkov usando agua salada como líquido conductor y un frasco de vidrio con vegetales como frasco. El resultado fue una capacitancia de 0,442 nF. Si reemplazamos el frasco por una bolsa de plástico, que tiene un área grande y muchas veces menos espesor, la capacitancia aumentará a 85,7 nF. (¡Primero, llenemos la bolsa con agua y verifiquemos si hay corrientes de fuga!) El condensador funciona, ¡incluso le permite parpadear el LED! También realiza con éxito sus funciones en circuitos electrónicos (traté de incluirlo en el generador en lugar de un condensador convencional, todo funciona).

El agua aquí juega un papel muy modesto como conductor, y si hay papel de aluminio, puede prescindir de él. Haremos lo mismo, siguiendo a Yablochkov. Aquí hay un condensador de lámina de cobre y mica, con una capacidad de 130 pF.

Las placas metálicas deben encajar lo más cerca posible del dieléctrico, y se debe evitar la introducción de un adhesivo entre la placa y el dieléctrico, que provocará pérdidas adicionales en corriente alterna. Por lo tanto, ahora, como placas, se usa principalmente metal, depositado química o mecánicamente sobre el dieléctrico (vidrio) o apretado contra él (mica).

Puede usar un montón de dieléctricos diferentes en lugar de mica, lo que quiera. Las mediciones (para dieléctricos de igual espesor) mostraron que el aire tiene ε el más pequeño, el fluoroplasto tiene más, la silicona tiene aún más y la mica tiene aún más, y el titanato de circonato de plomo lo tiene simplemente enorme. Según la ciencia, así es exactamente como debería ser: después de todo, en el fluoroplasto, los electrones, se podría decir, están estrechamente encadenados por cadenas de fluorocarbono y solo pueden desviarse ligeramente: no hay ningún lugar para que un electrón salte de un átomo a otro.

Puede realizar tales experimentos usted mismo con sustancias que tengan diferentes constantes dieléctricas. ¿Cuál crees que tiene la constante dieléctrica más alta, el agua destilada o el aceite? ¿Sal o azúcar? ¿Parafina o jabón? ¿Por qué? La permitividad depende de muchas cosas… se podría escribir un libro entero al respecto.

¿Eso es todo? 🙁

¡No, no todo! ¡Habrá una continuación la próxima semana! 🙂

Condensador - no es un juguete para niños

(Archivo de Sabiduría Pionera)

Historia de miedo de una película que no es de terror

“Un condensador de alto voltaje cargado se puede atribuir a una fuente de corriente continua. Se cree que la corriente continua es menos peligrosa que la corriente alterna. Basado en mi experiencia, puedo estar en desacuerdo. Si se "enchufa" a una toma de corriente doméstica, se contraerá. Aunque la frecuencia de la corriente en el tomacorriente es de 50 Hz, y la persona no tendrá tiempo de responder a un evento tan rápido, sin embargo, tendrá la oportunidad de liberarse de la acción de la corriente eléctrica durante las convulsiones. Después de todo, el voltaje en el tomacorriente es cero 50 veces por segundo. Si se está "conectando" a una fuente de CC potente, entonces no hay opciones. Tus músculos se contraerán fuertemente y ninguna cantidad de fuerza de voluntad será suficiente para relajarlos. Estarás pegado a una fuente de CC. Al mismo tiempo, su carcasa se calentará y se convertirá lentamente en carbón. ¡Horror!
El efecto dañino de un capacitor de alto voltaje cargado es algo diferente y depende de condiciones específicas. Sin embargo, en cualquier caso, definitivamente no tendrá sensaciones agradables al tocar los electrodos de un capacitor cargado. ¡Definitivamente! No tendrás tiempo de carbonizarte, pero las bolas se subirán a tu frente. Pollito... y ya estás en el cielo! En casos especialmente severos, con una carga monstruosamente grande (no hablemos de números), el capacitor lo destrozará como una almohadilla térmica. Las bolas estarán en una esquina de la habitación y la frente estará en la otra esquina de la habitación.
Hablando en breve, estar atentos! Cuando se trabaja con equipos de alto voltaje, es mejor exagerar que no hacer lo suficiente”.

El condensador es uno de los elementos principales en la fuente de alimentación de los láseres pulsados. Se utiliza un condensador de alto voltaje para alimentar lámparas de destello, así como para bombear láseres de descarga de gas pulsados. Los parámetros del condensador se seleccionan según el tipo específico de láser. Los factores determinantes son cantidades tales como capacitancia, voltaje de operación, resistencia de onda y autoinducción del capacitor. La energía de la bomba depende de la capacitancia y el voltaje de operación del capacitor. La energía de un capacitor se calcula usando una fórmula simple

E \u003d CU 2 / 2, donde E es la energía del capacitor

C - capacitancia del condensador

U - tensión de carga del condensador

La magnitud de la corriente que pasará cuando el capacitor se descargue a través de una carga pequeña depende de la resistencia de onda. Cuanto menor sea la impedancia del condensador, mayor será la corriente. en la ola la resistencia se calcula con la formula

ρ a = √(L a /C a), donde ρ a -vimpedancia del condensador

L a - inductancia condensador

C a - capacitancia del condensador

La tasa de transferencia de energía del capacitor a la carga depende de la autoinductancia del capacitor. Cuanto menor sea la inductancia del condensador, mayor será la inclinación del frente del pulso de la bomba. ¿De dónde viene la inductancia en un condensador? El hecho es que las placas del condensador son un conductor de corriente y el conductor a través del cual fluye la corriente tiene una inductancia. Incluso si el capacitor consta de solo dos placas, circuito real condensador como se muestra en la siguiente figura.

Este es un circuito oscilatorio clásico con resistencia activa R, que depende del dieléctrico entre las placas del capacitor y la resistencia específica de todos los elementos del capacitor que transportan corriente. Así, la carga y descarga del condensador no se produce instantáneamente, sino que tiene un carácter oscilatorio. La frecuencia de oscilación está determinada por la fórmula de Thompson, a partir de la cual se calcula la autoinductancia del condensador.

Donde L a - propia inductancia condensador

C a - capacitancia del condensador

F p - frecuencia de resonancia fundamental

Por supuesto, cuanto mayor sea la energía del condensador, mayor será la potencia de la bomba. Sin embargo, con un aumento en la capacitancia del capacitor, también aumenta el tiempo del pulso de la bomba. Si la duración del bombeo no es de importancia fundamental, entonces los condensadores electrolíticos de alto voltaje son adecuados para la operación con láser. Dichos condensadores se pueden usar, por ejemplo, para bombear un láser de rubí o neodimio. Por supuesto, es problemático obtener un convertidor que tenga 1000 microfaradios a un voltaje operativo de 3 kV. Pero este problema se resuelve fácilmente usando un banco de capacitores. Cuando los capacitores individuales se conectan en serie, el voltaje de carga total aumenta y la capacitancia se puede aumentar conectando capacitores en paralelo. En las tiendas de ingeniería de radio, puede comprar condensadores electrolíticos que tengan, por ejemplo, 150 microfaradios x 450 V.

De estos condensadores, puede hacer un banco para cualquier capacidad y voltaje de operación.
La siguiente figura muestra un ejemplo de un banco de capacitores equivalente a un capacitor de 30uF x 2kV.

Si la duración de la bomba debe ser lo más breve posible, los condensadores electrolíticos ya no son adecuados para el funcionamiento con láser y deben comprarse condensadores de pulso. Desafortunadamente, los capacitores de pulsos de alto voltaje son un bien escaso en las tiendas de ingeniería de radio. En la tienda Chip and Dip, puede abastecerse de capacitores de alto voltaje de la compañía MURATA».

Sin embargo, la tensión máxima de estos condensadores está limitada a 15 kV con una capacidad de 1 nF. Dichos condensadores se pueden usar para bombear láseres de nitrógeno caseros o láseres de vapor de metal.
Para bombear láseres de colorante, se requieren 100 - 1000 piezas de tales condensadores conectados en paralelo. Teniendo en cuenta el costo de uno de esos conder al nivel de ~ 80 rublos / pieza, todo el placer le costará al aficionado al menos 8,000 rublos. Por lo tanto, aún necesita soldar un solo banco de un grupo de condensadores.
Puede comprar condensadores del tipo KVI-3 a través de Internet, que también son adecuados para bombear láseres, pero su precio será aún más caro (~ 200 rublos / pieza).

Además, los condensadores del tipo KPIM se compran a través de Internet, que son bastante adecuados para bombear un láser de colorante.

Estos condensadores tienen un rendimiento impresionante. El voltaje de operación puede estar en el rango de 5 a 100 kV con una capacitancia del capacitor de 0.1 a 240 microfaradios. Pero la frecuencia del pulso será< 1Гц. По стоимости эти конденсаторы самые дорогие. Их цена за штуку начинается от 20 000 руб. За такие деньги можно купить готовый лазер, причем нехилой мощности и не заниматься творческим онанизмом.
Si no hay dinero, pero realmente lo desea, procedemos a la masturbación, es decir, la fabricación de un condensador de alto voltaje hecho en casa.

Condensador de alto voltaje casero

El circuito del capacitor es simple, pero aquí están las dificultades de implementar este circuito en la forma construcción terminada aumenta con el aumento de la tensión de funcionamiento del condensador. Para empezar, analizaremos las posibles opciones de un condensador simple a partir de dos placas separadas por aire. La Figura 1 muestra las placas de un capacitor cargado. Si necesita hacer un capacitor con una baja inductancia, debe esforzarse por acortar todos los elementos que transportan corriente. Además, la dirección de las corrientes en las placas del condensador durante la descarga debe ser opuesta para reducir el campo magnético. La dirección de las corrientes depende del lugar donde se conectan los electrodos del capacitor. La inductancia del capacitor será la más pequeña si los electrodos del capacitor están conectados a las placas en el centro, como se muestra en la Figura 2.

En realidad, según este esquema, se fabrican condensadores cerámicos comerciales. Solo para condensadores de alta tensión, las placas tienen forma de círculo para evitar la aparición de descargas de corona. Posibles opciones la conexión de los electrodos a las placas del condensador, así como las direcciones de las corrientes durante la descarga, se muestran en la siguiente figura.

El circuito de la Figura 3 corresponde a la inductancia mínima del capacitor. De acuerdo con este esquema, es necesario fabricar un condensador si se requiere un pulso de bombeo corto.
La capacitancia de un condensador plano se calcula mediante la fórmula:

revestimientoscondensador

S es el área de las placas del condensador.

D es el espesor del dieléctrico entre las placas del capacitor

Como se puede ver en la fórmula, para aumentar la capacitancia del capacitor, es necesario reducir el grosor del dieléctrico y aumentar el área de las placas del capacitor. Es posible reducir el grosor del dieléctrico hasta cierto límite, que depende de la rigidez dieléctrica del material dieléctrico. Por debajo de este límite, se producirá una ruptura dieléctrica y se podrá desechar el condensador. Un aumento en el área de las placas conduce a un aumento en el tamaño del capacitor. Por la compacidad del capacitor, sus placas se enrollan (tecnología de rollo) o se ensamblan en un paquete (tecnología de paquete).

Tecnología de rollo

La tecnología de rollos para la fabricación de un condensador se entiende como un método de disposición de las placas del condensador, cuando se enrollan largas tiras de placas, lo que reduce el tamaño del condensador. Esquemáticamente, dicho capacitor es una línea de tira, que se muestra en la figura a continuación.

Para hacer un condensador, necesitará una envoltura de plástico, papel de aluminio apto para uso alimentario, tiras de estaño de una lata (por ejemplo, "leche condensada") y cinta adhesiva. La película de polietileno se puede comprar en el mercado de la construcción o en la tienda de artículos para el hogar. Es mejor tomar la película más gruesa (~200 micras), aunque también funcionará una película de 100 micras. Solo el consumo de película será más. Lo principal es que la superficie de la película no debe tener rasguños ni pinchazos. La película de polietileno servirá como dieléctrico que separa las placas del capacitor, y la confiabilidad del capacitor depende de la calidad de la superficie de la película. Cualquier mota o cabello en la superficie de la película será una fuente de descarga de corona, lo que eventualmente conducirá a la ruptura de la película.
En primer lugar, debe determinar el voltaje de funcionamiento del condensador. De esto depende la elección del espesor de la película de polietileno. La rigidez dieléctrica del polietileno está en el rango de 40 - 60 kV/mm. Esto significa que con un espesor de película de 100 μm, la tensión de funcionamiento límite del condensador será de ~ 5 kV.
Con un espesor de película de 200 μm, la tensión de funcionamiento límite del condensador será de ~ 10 kV. Para aumentar el voltaje de funcionamiento, solo necesita usar varias capas de película superpuestas una encima de la otra.
Fabricaremos el capacitor de acuerdo con el esquema de la Figura 3 (ver arriba).

Cada una de las placas del condensador se colocará en su propio sobre de película de polietileno. El sobre es una tira de película de polietileno de tamaño arbitrario doblada por la mitad. Cuanto más larga sea la tira, mayor será la capacitancia posible del capacitor. El ancho de la tira se hace algo mayor que el ancho de las placas del condensador para evitar que se produzca una descarga de aire entre las placas del condensador.

Los electrodos del condensador se cortan de lata de conserva en forma de tira rectangular de ~ 1 cm de ancho.La longitud de la tira de estaño es arbitraria, pero no menor que el ancho de la película de polietileno. Para evitar descargas de corona, los extremos de la tira de estaño se redondean con una lima (Fig. 7 a continuación). Para reducir la resistencia activa, la tira de estaño se envuelve con varias capas de papel de aluminio (Fig. 8 a continuación).
Para evitar que se produzca una descarga de chispa entre los electrodos del condensador, se envuelve una tira de estaño en un extremo con varias capas de película de polietileno, que se fija con cinta adhesiva (Fig. 9 a continuación).

Las placas del condensador se cortan en forma de tira rectangular de papel de aluminio. Las dimensiones del revestimiento están hechas de tal manera que es algo tamaños más pequeños sobre de polietileno. Los extremos de la tira de aluminio están redondeados con tijeras para evitar la descarga de corona.
El electrodo se fija al revestimiento con cinta adhesiva como se muestra en la siguiente figura.

La placa del condensador se coloca sobre una película de polietileno como se muestra en la figura a continuación.

Luego, la película de plástico se dobla por la mitad como se muestra en la figura a continuación.

La segunda placa del capacitor se prepara de la misma manera.
Ahora puedes enrollar las tiras en un rollo. Si las tiras de polietileno son muy largas, es más fácil enrollar el rollo en el piso de la habitación.
Se extiende una envoltura de una película de polietileno con un revestimiento de condensador en el suelo y se superpone una segunda envoltura con un revestimiento de condensador encima de modo que ambos revestimientos queden paralelos entre sí (Figura inferior).

El rollo se enrolla a partir de los electrodos, como se muestra en la figura siguiente.

Dado que el papel de aluminio en el sobre de polietileno no está fijo, al enrollar el rollo, se debe tener cuidado de que las placas del capacitor permanezcan paralelas entre sí y no se salgan de la película de polietileno. El rollo doblado se junta lo más apretado posible con cinta adhesiva, que no solo sirve como un lazo, sino que también fija el rollo y evita que la película de polietileno se desenrolle.
El condensador fabricado se muestra en la siguiente figura.

Para evitar la ruptura a través del aire, los electrodos del condensador están ligeramente doblados entre sí. Pero es mejor instalar una placa de plexiglás de 3 a 4 mm de espesor entre los electrodos del capacitor a voltajes de funcionamiento del capacitor de más de 10 kV. Las dimensiones de la placa se seleccionan en función de la tensión de funcionamiento del condensador. El propósito de la placa de plexiglás es reducir la intensidad del campo eléctrico entre los electrodos del condensador y, por lo tanto, evitar la ruptura entre electrodos a través del aire.
La capacitancia del capacitor fabricado se puede medir con un medidor LC digital.

Tecnología por lotes

La tecnología de fabricación por lotes de un condensador se entiende como un método de disposición de las placas del condensador, cuando se superponen tiras cortas de placas, formando un paquete.

Esquemáticamente, dicho capacitor se muestra en la siguiente figura.

por la mayoría de una manera sencilla la fabricación de un condensador con tecnología por lotes utilizará un getinax de lámina de doble cara, que se puede comprar en el mercado de radio o en una tienda (por ejemplo, Chip and Dip). Los getinaks laminados de doble cara son un capacitor casi terminado (Fig. 1 a continuación). Solo queda quitar una tira de cobre alrededor del perímetro de la lámina de ambos lados (Fig. 2 a continuación) para evitar la ruptura entre electrodos en el aire y conectar los electrodos a ambas superficies de la lámina (Fig. 3 a continuación).
¡Todo! ¡El condensador está listo!

Por supuesto, la capacitancia de dicho capacitor será pequeña. Pero si coloca varias hojas una encima de la otra, conectando más con más y menos con menos, puede obtener una capacidad significativa. Desafortunadamente, getinaks, así como textolita, no es lo más mejor material para la tecnología de alto voltaje. La rigidez dieléctrica de estos materiales es de ~ 18 kV/mm. Esto significa que la lámina de aluminio getinax de 1,5 mm de espesor más común a la venta se puede cargar hasta ~ 20 kV. Con un voltaje de carga más alto, aumenta la probabilidad de avería del getinax. Además, el coste de fabricación de un condensador casero de este tipo será muy elevado si se necesita una gran capacidad.
Más barata, pero laboriosa, será la fabricación de un condensador de alto voltaje utilizando una película de plástico y papel de aluminio apto para uso alimentario. A continuación se muestra una variante de la técnica para la fabricación de un condensador mediante tecnología por lotes.

En primer lugar, determinamos la tensión de funcionamiento del condensador, que determina la elección del grosor de la película de plástico. Permítanme recordarles una vez más que la rigidez dieléctrica del polietileno está en el rango de 40 - 60 kV / mm. Para fabricar un capacitor grande, se requerirá una cantidad significativa de papel de aluminio y película de polietileno. Además, necesitará dos láminas dieléctricas gruesas (de 4 a 5 mm) (en mis productos caseros se usa plexiglás) para unir el paquete de capacitores.
Cada placa de condensador es una tira de papel de aluminio, cuyos extremos están redondeados con tijeras para evitar descargas de corona. Cada placa está conectada a otras placas de la misma polaridad a través de una tira de contacto, que se corta en papel de aluminio y se fija con cinta adhesiva en la placa (figura a continuación).

Se corta una tira de una película de polietileno, cuyas dimensiones son varias más tamaños placas de capacitor Se fija una tira de papel de aluminio sobre la película con cinta adhesiva (figura siguiente).

Luego, la película se dobla por la mitad, formando una capa dieléctrica en ambos lados de la placa del capacitor (figura a continuación).

También se fabrica una placa de condensador de polaridad opuesta. Luego, las placas se superponen entre sí (figura a continuación).

En principio, el condensador está listo. Solo es necesario presionar las placas entre sí con la ayuda de placas dieléctricas y sacar todo el paquete. Sin embargo, la capacitancia del capacitor será despreciable. Para aumentar la capacitancia, debe aumentar la cantidad de placas de condensadores. En la siguiente figura se muestra una sección transversal de un capacitor con varias placas.

De acuerdo con este esquema, puede hacer un capacitor para cualquier capacidad y voltaje de operación. Al menos 1.000.000 V. La limitación fundamental es el tamaño de la habitación donde se ubicará el capacitor. A medida que aumenta la capacitancia, también lo hace el tamaño del capacitor. Incluso si el voltaje de operación es de 20 kV, el aumento de la capacitancia hará que el capacitor gire...

... el condensador gira ...

... en una elegante mesita de noche para el interior de la habitación.

Y cuanto más grueso es el paquete de placas de condensador, más esfuerzo se necesita para sacarlo. Para facilitar la contracción del paquete, se ayudarán placas dieléctricas gruesas, entre las cuales se coloca todo el paquete de placas.

Como opción, la siguiente figura muestra dos placas de plexiglás de 5 mm de espesor, que servirán como caja de condensadores y comprimirán el paquete de placas. En la placa superior, se pega una partición de separación entre electrodos con ranuras para bridas de plástico a lo largo de toda la longitud.

Todo el paquete de placas se coloca sobre la placa dieléctrica inferior y la placa superior se superpone al paquete. Luego, en la medida de lo posible, se presiona la placa superior (con brazos, piernas, abdominales, etc.) contra la inferior. Las placas apretadas se fijan con bridas de plástico.
El paquete apretado terminado de placas de condensadores se muestra en la siguiente figura.

Después de apretar y fijar el paquete, puede fijar las tiras de contacto de las placas del condensador. El esquema para sujetar las tiras de contacto se muestra en la figura a continuación.

La ventaja de un capacitor "seco", fabricado de acuerdo con la tecnología enrollada o en paquete descrita anteriormente, es la pequeña cantidad de fuga de carga eléctrica, que es importante cuando el capacitor opera en circuitos de alta frecuencia. Sin embargo, dicho condensador también tiene un inconveniente importante, a saber, la presencia de aire entre las placas. No importa cuán fuerte sea la compresión de las placas, siempre habrá aire entre ellas. Por sí misma, la presencia de aire no afecta en modo alguno las características energéticas del condensador. Los capacitores "secos" pueden usarse como capacitores de almacenamiento, que sirven para suavizar las ondas del voltaje rectificado hasta 1 kV. Sin embargo, con un aumento en el voltaje de carga, el aire comienza a ionizarse, lo que se manifiesta en el silbido característico del capacitor cuando se conecta a una fuente de voltaje > 10 kV. El silbido es causado por la ocurrencia de descargas de corona, que eventualmente conducen a la ruptura del dieléctrico entre las placas del capacitor. Y si usa el capacitor en el modo de cortocircuito, que es típico para la operación de un capacitor de pulso, entonces la manifestación de descargas de corona será máxima. Incluso con una superficie de película ideal entre las placas del condensador, se producirán descargas de corona a lo largo del perímetro del borde de la lámina de aluminio en el momento de la descarga rápida del condensador, como se muestra en la figura siguiente.

El brillo de las descargas de corona en un capacitor casero se puede ver en una habitación oscura.

Debido a la ocurrencia de descargas corona, los capacitores comerciales de alto voltaje siempre están sumergidos en un dieléctrico líquido, el cual, en primer lugar, tiene una rigidez dieléctrica mayor que el aire y, en segundo lugar, aumenta la capacitancia del capacitor, ya que la constante dieléctrica de cualquier líquido dieléctrico es más alto que el del aire. Además, los capacitores de alto voltaje con un voltaje operativo de decenas de kilovoltios nunca se fabrican en forma de un solo rollo o paquete separado. Si se requiere fabricar un capacitor de alto voltaje, entonces se ensambla a partir de varias secciones (rollos o paquetes), que se interconectan en paralelo para aumentar la capacitancia y en serie para aumentar el voltaje de operación. Además, la tensión de funcionamiento de cada sección no supera los 10 kV. Todas las secciones del capacitor ensamblado se colocan en una caja robusta y se llenan con un dieléctrico líquido.
El aceite se utiliza como dieléctrico líquido, que puede ser mineral (petróleo), vegetal (ricino) o sintético (por ejemplo, silicona). Cada uno de los aceites tiene sus pros y sus contras, que no son de particular importancia para diseños improvisados. Si desea sumergir su capacitor casero en aceite, entonces no es necesario abastecerse, por ejemplo, con aceite de ricino, que se puede comprar en una farmacia. El aceite vegetal comestible como Oleina, Milora, etc., que será más económico, es bastante adecuado. Por ejemplo, se puede poner un capacitor de rollo en un frasco de vidrio y llenarlo con aceite (figura a continuación).

Es tentador usar glicerol (ε ≈ 40) o agua destilada (ε ≈ 80) como dieléctrico líquido. Estos líquidos aumentan la capacitancia del capacitor en un orden de magnitud. Desafortunadamente, tanto la glicerina como el agua tienen una resistividad relativamente baja, lo que desviará una fuente de alto voltaje que tenga una salida de alta resistencia (por ejemplo, un multiplicador de voltaje de diodo-capacitor). En pocas palabras, el condensador cerrará la fuente de alimentación y no habrá alto voltaje. Sin embargo, la glicerina y el agua se utilizan con éxito en condensadores de alto voltaje pulsados. El truco es que el capacitor no se carga desde una fuente de voltaje constante, sino desde un generador de voltaje pulsado (GVP).

El diseño del capacitor de pulso es una línea coaxial formada por dos tubos de duraluminio, entre los cuales se vierte glicerina o agua destilada.

1 - tubos metálicos exterior e interior

2 - dieléctrico líquido (glicerina o agua)

3 - contacto del tubo interior de metal

4 - tubo dieléctrico

5 - orificio para relleno dieléctrico

El dieléctrico líquido se vierte en el capacitor a través de un orificio hecho al final del tubo exterior.

La relación de los diámetros de los tubos de duraluminio determinará la capacitancia del capacitor de acuerdo con la fórmula para la capacitancia de un capacitor cilíndrico: