خازن سیم. لیزر خانگی - خازن فشار قوی

چگونه یک خازن بسازیم؟

یک مخترع در روح هر یک از ما زندگی می کند و بنابراین رادیو آماتور یک سرگرمی نسبتاً محبوب است. خود ساختاجزای رادیویی یکی از جالب ترین اجزای این سرگرمی است. در این مقاله در مورد نحوه ساخت خازن با دستان خود در خانه صحبت خواهیم کرد.

مواد

برای ساخت خازن به موارد زیر نیاز داریم:

فویل،
اهن،
کاغذ پاپیروس،
پارافین،
فندک.

فویل نیازی به آماده سازی اضافی ندارد، اما با کمک سه جزء آخر باید کاغذ مومی درست کنیم.

ساخت

بنابراین، مواد آماده شده است، بیایید دست به کار شویم:

پارافین را گرم می کنیم و کاغذ پاپیروس را با دقت پردازش می کنیم.
ما آن را به یک "آکاردئون" تا می کنیم، عرض هر بخش از آن حدود 30 میلی متر است. تعداد لایه های سازدهنی ظرفیت خازن را تعیین می کند، هر لایه تقریباً 100 pF است.
در هر قسمت یک تکه فویل به مساحت 30 در 45 میلی متر می گذاریم.
آکاردئون را تا می کنیم و با اتو گرم اتو می کنیم.
همه چیز، خازن آماده است! تکه های فویل که به بیرون نگاه می کنند، کنتاکت های اتصال خازن ما هستند که از طریق آنها می توان آن را به مدار متصل کرد.

ما ساده ترین خازن خانگی را دریافت کردیم، در حالی که شایان ذکر است که هرچه فویل ضخیم تر و بهتر باشد، ولتاژ آن بیشتر خواهد بود. با این حال توجه شما را به این نکته جلب می کنیم که بهتر است سعی نکنید خازنی در خانه بسازید که بتواند بیش از 50 کیلو ولت را تحمل کند. "متخصصان آماتور" به شما توصیه می کنند که اگر می خواهید به این مقدار نزدیک شوید از کیسه های لمینیت به عنوان دی الکتریک استفاده کنید، اما برای گرم کردن آنها به یک لمینت نیاز دارید.

این عنصر به درستی فوق العاده جهانی در نظر گرفته می شود، زیرا می توان از آن به طور همزمان در ساخت و تعمیر طیف گسترده ای از دستگاه ها استفاده کرد. و حتی اگر خرید آن به شکل آماده دشوار نباشد، بسیاری از صنعتگران آماتور خوشحال هستند که با دست خود خازن را آزمایش کنند، تلاش کنند یا حتی با موفقیت یک خازن بسازند. همه چیزهایی که برای ایجاد یک خازن خانگی لازم است در بالا توضیح داده شده است و در اصل، هیچ مشکلی با هیچ یک از عناصر ضروری نباید وجود داشته باشد، زیرا آنها را می توان در مزرعه یا در بدترین حالت، در فروش رایگان یافت. . تنها استثنا، شاید، می تواند کاغذ پارافین باشد، که معمولاً به طور مستقل با استفاده از موادی مانند پارافین، پاپیروس و فندک یکبار مصرف ساخته می شود (به طور متناوب، می توانید از هر منبع مطمئن دیگری برای شعله باز استفاده کنید).

بنابراین، برای پردازش مناسب کاغذ، باید پارافین را با آتش گرم کنید و قسمت نرم شده آن را روی تمام سطح پاپیروس از هر دو طرف بچرخانید. پس از اتمام کار، و مواد به درستی گیر کرد، کاغذ پارافین به دست آمده باید با آکاردئون (به معنی پیشروی عرضی) تا شود. این تکنیک رایج است، اما شامل حفظ یک مرحله خاص (هر سه سانتی‌متر) است و برای اینکه خط چین تا حد ممکن دقیق شود، توصیه می‌شود که اولین نوار را با یک مداد ساده حتی قبل از پاراف مشخص کنید. می‌توانید به همان روش ادامه دهید، و کل صفحه را کاملاً بیرون بکشید، یا می‌توانید با تمرکز صرفاً بر روی بخش اول (آنگونه که برای شما مناسب است) عمل کنید. در مورد تعداد لایه های مورد نیاز، این شاخص صرفاً با ظرفیت محصول آینده تعیین می شود.

در این مرحله باید آکاردئون تشکیل شده را برای مدتی کنار بگذارید تا به تهیه تکه های مستطیلی فویل که ابعاد آن باید در این حالت با داده های 3 در 4.5 سانتی متر مطابقت داشته باشد، ادامه دهید. این بلک ها برای ساخت لایه فلزی خازن ضروری است، بنابراین در پایان کار فوق، فویل را در تمام لایه های آکاردئون قرار می دهند و از جا افتادن یکنواخت آن اطمینان حاصل می کنند و پس از آن اقدام به اتو کشیدن تا شده می کنند. با اتوی معمولی پارافین و فویل باید کار خود را انجام دهند و یک پیوند قوی بین خود ایجاد کنند (روش های دیگر برای لحیم کاری خازن در خانه انجام نمی شود)، پس از آن می توان خازن را کاملاً آماده در نظر گرفت. در مورد عناصر فویل که فراتر از آکاردئون سابق بیرون زده اند، نباید باعث نگرانی شود، زیرا آنها نقش اتصال دهنده ها را بازی می کنند.

با کمک همین قطعات کوچک است که با دستان خودمخازن را می توان با اتصال آن به مدار الکتریکی به طور کامل مورد استفاده قرار داد. به طور طبیعی، ما در مورد یک دستگاه ابتدایی صحبت می کنیم و برای اینکه به نوعی عملکرد آن را افزایش دهیم، لازم است از یک فویل با کیفیت بالاتر با تراکم بالا استفاده کنیم، اگرچه در اینجا بسیار مهم است که زیاده روی نکنید، زیرا محدودیت های خاصی وجود دارد. ولتاژ مورد استفاده برای صنایع دستی برای بزرگسالان از این نوع. بنابراین، به عنوان مثال، بهتر است آزمایش نکنید، سعی کنید با دستان خود خازنی بسازید که می تواند ولتاژ بسیار بالا (بیش از 50 ولت) را بپذیرد، اگرچه برخی از "خانگی ها" می توانند از این طرف مسئله عبور کنند. با استفاده از کیسه های لمینیت به جای دی الکتریک های استاندارد و همچنین لمینت برای لحیم کاری ایمن.

چندین روش دیگر برای ساخت یک خازن خانگی وجود دارد که یکی از آنها کار با ولتاژ بالاتر است. تکنیک معروف "شیشه" را می توان به آن نسبت داد که نام آن از ابزار بداهه مورد استفاده - یک شیشه وجهی می آید. این عنصر برای بسته بندی با فویل با داخلی و لازم است خارج از، و این کار باید به گونه ای انجام شود که تکه های مواد استفاده شده به یکدیگر برخورد نکنند. خود طرح در یک فرم از قبل "مونتاژ" لزوماً وجود لوازم را فراهم می کند ، پس از آن می توان آن را کاملاً برای استفاده برای هدف مورد نظر خود آماده دانست. در عین حال، در طول قرار گرفتن آن در مدار، لازم است تمام اقدامات ایمنی لازم را به دقت رعایت کنید تا از عواقب منفی احتمالی جلوگیری شود.

از طرف دیگر، می‌توانید با استفاده از وسایل بداهه مانند صفحات شیشه‌ای هم‌اندازه، همان فویل‌های با چگالی بالا و قدیمی، سعی کنید با دستان خود و طراحی پیشرفته‌تری بسازید. رزین های اپوکسیطراحی شده برای اتصال ایمن مواد ذکر شده به یکدیگر. مزیت بدون شک چنین خازن خانگی این است که می تواند کارهای بیشتری انجام دهد کار با کیفیتهمانطور که می گویند، "بدون شکست". با این حال، همانطور که می دانید، یک بشکه عسل معمولاً بدون مگس در پماد کار نمی کند و در این مورد مستقیماً به یکی از اشکالات مهم این اختراع مربوط می شود که در ابعاد بیش از چشمگیر آن نهفته است که باعث می شود چنین چیزی نگهداری شود. "کلوسوس" در خانه خیلی راحت و منطقی نیست.

الزامات کاهش اندازه اجزای رادیویی در عین افزایش آنها مشخصات فنیمنجر به ظهور تعداد زیادی دستگاه شد که امروزه در همه جا مورد استفاده قرار می گیرند. این به طور کامل بر خازن ها تأثیر گذاشت. به اصطلاح یونیسترها یا ابرخازن ها عناصری با ظرفیت زیاد (محدوده این نشانگر از 0.01 تا 30 فاراد بسیار گسترده است) با ولتاژ شارژ 3 تا 30 ولت هستند. با این حال، اندازه آنها بسیار کوچک است. و از آنجایی که موضوع گفتگوی ما یک یونیست که خودتان انجام دهید است، لازم است قبل از هر چیز به خود عنصر، یعنی آنچه که هست، بپردازیم.

ویژگی های طراحی ionistr

در واقع این یک خازن معمولی با ظرفیت بزرگ است. اما یونیستورها مقاومت بالایی دارند، زیرا عنصر بر پایه الکترولیت است. این اولین است. دومی یک ولتاژ شارژ کوچک است. موضوع این است که در این ابرخازن صفحات بسیار نزدیک به هم قرار گرفته اند. این دقیقاً دلیل کاهش ولتاژ است، اما به همین دلیل است که ظرفیت خازن افزایش می یابد.

یونیستی کارخانه از مواد مختلفی ساخته می شود. آسترها معمولاً از فویل ساخته می شوند که ماده خشک عمل جداسازی را محدود می کند. به عنوان مثال، کربن فعال (برای صفحات بزرگ)، اکسیدهای فلزی، مواد پلیمری که رسانایی الکتریکی بالایی دارند.

ما ionistr را با دست خود جمع می کنیم

مونتاژ یک یونیستور با دستان خود ساده ترین کار نیست، اما همچنان می توانید آن را در خانه انجام دهید. چندین طرح وجود دارد که در آن وجود دارد مواد مختلف. ما یکی از آنها را پیشنهاد می کنیم. برای این شما نیاز خواهید داشت:

شیشه قهوه فلزی (50 گرم)؛
کربن فعال که در داروخانه ها فروخته می شود را می توان با الکترودهای کربن خرد شده جایگزین کرد.
دو دایره صفحه مسی؛
پشم پنبه

اولین مرحله آماده سازی الکترولیت است. برای این کار ابتدا باید کربن فعال را آسیاب کنید و به پودر تبدیل کنید. سپس یک محلول نمکی درست کنید که برای آن باید 25 گرم نمک به 100 گرم آب اضافه کنید و همه را خوب مخلوط کنید. علاوه بر این، پودر کربن فعال به تدریج به محلول اضافه می شود. مقدار آن قوام الکترولیت را تعیین می کند، باید به اندازه بتونه متراکم باشد.

پس از آن، الکترولیت تمام شده به دایره های مسی (از یک طرف) اعمال می شود. لطفا توجه داشته باشید که هرچه لایه الکترولیت ضخیم تر باشد، ظرفیت یونیستر بیشتر است. و یک چیز دیگر، ضخامت الکترولیت اعمال شده روی دو دایره باید یکسان باشد. بنابراین، الکترودها آماده هستند، اکنون آنها باید با ماده ای مشخص شوند که اجازه عبور جریان الکتریکی را بدهد، اما اجازه عبور پودر زغال سنگ را ندهد. برای این کار از پشم پنبه معمولی استفاده می شود، اگرچه گزینه های زیادی در اینجا وجود دارد. ضخامت لایه پنبه ای قطر شیشه قهوه فلزی را تعیین می کند، یعنی کل ساختار الکترود باید به راحتی در آن قرار گیرد. از این رو، در اصل، لازم است که ابعاد خود الکترودها (دایره های مس) انتخاب شود.

فقط برای اتصال خود الکترودها به پایانه ها باقی می ماند. همه چیز، یک یونیست که خودتان انجام دهید، و حتی در خانه، آماده است. این طرح ظرفیت بسیار زیادی ندارد - نه بالاتر از 0.3 فاراد، و ولتاژ شارژ فقط یک ولت است، اما این یک یونیست واقعی است.

نتیجه گیری در مورد موضوع

علاوه بر این در مورد این عنصر چه چیز دیگری می توان گفت. برای مثال، اگر آن را با یک باتری نیکل-فلز هیدرید مقایسه کنیم، یونیستر به راحتی می تواند منبع برق تا 10٪ از باتری را نگه دارد. علاوه بر این، افت ولتاژ در آن به صورت خطی و نه ناگهانی رخ می دهد. اما میزان شارژ عنصر به هدف تکنولوژیکی آن بستگی دارد.

از نظر ساختاری، این یک "ساندویچ" از دو هادی و یک دی الکتریک است که می تواند خلاء، گاز، مایع، جامد آلی یا معدنی باشد. اولین خازن های داخلی (کوزه های شیشه ای با شات، چسبانده شده با فویل) در سال 1752 توسط M. Lomonosov و G. Richter ساخته شد.

چه چیزی می تواند در خازن جالب باشد؟ با شروع این مقاله، فکر کردم که می توانم همه چیز را در مورد این جزئیات ابتدایی جمع آوری و خلاصه کنم. اما وقتی خازن را شناختم، با تعجب فهمیدم که نمی توان حتی یک صدم از همه اسرار و معجزات نهفته در آن را گفت...

خازن در حال حاضر بیش از 250 سال قدمت دارد، اما حتی به منسوخ شدن فکر نمی کند. علاوه بر این، 1 کیلوگرم "خازن های ساده معمولی" انرژی کمتری نسبت به یک کیلوگرم باتری یا سلول های سوختی ذخیره می کند، اما می تواند آن را خارج کند. سریعتر از آنها، در حالی که در حال توسعه قدرت بیشتر است. - با تخلیه سریع خازن می توان یک پالس پرقدرت به دست آورد، مثلاً در فلاش های عکس، لیزرهای پالسی با پمپ نوری و برخورد دهنده ها. تقریباً در هر دستگاهی خازن وجود دارد، بنابراین اگر خازن جدیدی ندارید، می توانید آنها را برای آزمایش رها کنید.

شارژ خازنقدر مطلق بار یکی از صفحات آن است. در آویز اندازه گیری می شود و متناسب با تعداد الکترون های اضافی (-) یا از دست رفته (+) است. برای جمع آوری شارژ 1 آویز، به 6241509647120420000 الکترون نیاز دارید. در یک حباب هیدروژن، به اندازه یک سر کبریت، تقریباً به همان تعداد وجود دارد.

از آنجایی که توانایی انباشتن بارها در الکترود با دافعه متقابل آنها محدود است، انتقال آنها به الکترود نمی تواند بی نهایت باشد. مانند هر ذخیره سازی، یک خازن ظرفیت کاملاً مشخصی دارد. اسمش همینه - ظرفیت الکتریکی. بر حسب فاراد و برای یک خازن تخت با صفحات با مساحت اندازه گیری می شود اس(هر کدام) در فاصله ای قرار دارد د، ظرفیت است Sε 0 ε/d(در اس>> د)، جایی که ε گذر نسبی است و ε 0 =8,85418781762039 * 10 -12 .

ظرفیت خازن نیز می باشد q/U، جایی که qبار مثبت است، Uکشش بین صفحات است. ظرفیت خازن به هندسه خازن و ثابت دی الکتریک دی الکتریک بستگی دارد و به بار صفحات بستگی ندارد.

در یک هادی باردار، بارها سعی می کنند تا آنجا که ممکن است از یکدیگر پراکنده شوند و بنابراین در ضخامت خازن نیستند، بلکه در لایه سطحی فلز هستند، مانند فیلمی از بنزین روی سطح آب. اگر دو هادی یک خازن را تشکیل دهند، این بارهای اضافی در مقابل یکدیگر جمع می شوند. بنابراین، تقریباً تمام میدان الکتریکی خازن بین صفحات آن متمرکز است.

در هر صفحه، شارژها به گونه ای توزیع می شود که از همسایه ها دور باشد. و آنها کاملاً جادار هستند: در یک خازن هوا با فاصله بین صفحات 1 میلی متر که تا 120 ولت شارژ می شود، میانگین فاصله بین الکترون ها بیش از 400 نانومتر است که هزاران بار بیشتر از فاصله بین اتم ها (0.1) است. -0.3 نانومتر) و این بدان معناست که برای میلیون ها اتم سطحی فقط یک الکترون اضافی (یا گمشده) وجود دارد.

اگر فاصله را کم کنبین صفحات، نیروهای جاذبه افزایش می یابد و در همان ولتاژ، بارهای روی صفحات می توانند متراکم تر "همراه شوند". ظرفیت افزایش خواهد یافتخازن و همینطور استاد بی خبر در دانشگاه لیدن ون موشنبروک. او بطری دیواره ضخیم اولین کندانسور جهان (که توسط کشیش آلمانی فون کلایست در سال 1745 اختراع شد) را با یک ظرف شیشه ای نازک جایگزین کرد. او آن را شارژ کرد و آن را لمس کرد و دو روز بعد از خواب بیدار شد و گفت که حاضر نیست آزمایش را تکرار کند، حتی اگر به پادشاهی فرانسه برای این کار وعده داده شده باشد.

اگر دی الکتریک بین صفحات قرار گیرد، آن را قطبی می کنند، یعنی بارهای مخالفی را که از آن تشکیل شده است، جذب می کنند. در این حالت، همان اثری وجود خواهد داشت که اگر صفحات نزدیکتر باشند. یک دی الکتریک با گذردهی نسبی بالا می تواند به عنوان یک انتقال دهنده میدان الکتریکی خوب در نظر گرفته شود. اما هیچ انتقال دهنده ای کامل نیست، بنابراین مهم نیست که چه دی الکتریک فوق العاده ای را روی دی الکتریک موجود اضافه کنیم، ظرفیت خازن فقط کاهش می یابد. فقط در صورت اضافه کردن یک دی الکتریک (یا حتی بهتر - یک هادی) می توانید ظرفیت را افزایش دهید. بجایدر حال حاضر موجود است اما دارای ε کوچکتر است.

تقریباً هیچ هزینه رایگانی در دی الکتریک وجود ندارد. همه آنها یا در شبکه کریستالی یا در مولکول ها - قطبی (نماینده دوقطبی ها) ثابت هستند یا خیر. اگر میدان خارجی وجود نداشته باشد، دی الکتریک غیرقطبی است، دوقطبی ها و بارهای آزاد به طور تصادفی پراکنده می شوند و دی الکتریک میدان مخصوص به خود را ندارد. در یک میدان الکتریکی، قطبی شده است: دوقطبی ها در امتداد میدان قرار دارند. از آنجایی که دوقطبی های مولکولی زیادی وجود دارد، هنگامی که آنها جهت گیری می کنند، مثبت ها و منفی های دوقطبی های همسایه در داخل دی الکتریک یکدیگر را جبران می کنند. فقط بارهای سطحی بدون جبران باقی می مانند - در یک سطح - یکی، روی دیگر - دیگری. هزینه های رایگان در یک میدان خارجی نیز رانش و جدا می شوند.

در این حالت، فرآیندهای پلاریزاسیون مختلف با سرعت های متفاوتی انجام می شود. یک چیز جابجایی پوسته های الکترونی است که تقریباً فوراً اتفاق می افتد، یک چیز دیگر چرخش مولکول ها به ویژه مولکول های بزرگ است و سوم مهاجرت بارهای آزاد است. دو فرآیند آخر به وضوح به دما بستگی دارند و در مایعات بسیار سریعتر از جامدات هستند. اگر دی الکتریک گرم شود، چرخش دوقطبی ها و مهاجرت بارها تسریع می شود. اگر میدان خاموش شود، دپلاریزاسیون دی الکتریک نیز فوراً رخ نمی دهد. تا زمانی که حرکت حرارتی مولکول ها را به حالت آشفته اولیه پراکنده کند، برای مدتی قطبی می ماند. بنابراین، برای خازن هایی که سوئیچ های قطبی با فرکانس بالا تغییر می کند، فقط دی الکتریک های غیر قطبی مناسب هستند: فلوروپلاستیک، پلی پروپیلن.

اگر یک خازن شارژ شده را جدا کنید، و سپس آن را دوباره جمع کنید (با موچین های پلاستیکی)، انرژی به جایی نمی رسد و LED می تواند چشمک بزند. حتی اگر آن را در حالت جدا شده به خازن وصل کنید چشمک می زند. قابل درک است - در حین جداسازی ، شارژ صفحات به جایی نرسید و ولتاژ حتی افزایش یافت ، زیرا ظرفیت خازن کاهش یافت و اکنون صفحات از شارژ می ترکند. صبر کنید، این تنش چگونه رشد کرد، زیرا در این صورت انرژی نیز رشد خواهد کرد؟ در واقع، ما به سیستم انرژی مکانیکی دادیم و بر جاذبه کولن صفحات غلبه کردیم. در واقع، این ترفند الکتریکی شدن توسط اصطکاک است - قلاب کردن الکترون ها در فاصله ای به اندازه اتم ها و کشیدن آنها به یک فاصله ماکروسکوپی و در نتیجه افزایش ولتاژ از چند ولت (و این ولتاژ در پیوندهای شیمیایی است. ) به ده ها و صدها هزار ولت. حالا مشخص است که چرا یک کت مصنوعی وقتی آن را می پوشید شوکه نمی شود، بلکه فقط وقتی آن را در می آورید؟ بس کن، چرا تا میلیاردها نه؟ یک دسی متر یک میلیارد برابر بزرگتر از آنگستروم است که ما از آن الکترون ربودیم؟ بله، زیرا کار حرکت یک بار در میدان الکتریکی با انتگرال معادله بر d برابر است و همین E با فاصله به طور درجه دوم ضعیف می شود. و اگر در کل دسی متر بین ژاکت و دماغه همان میدان داخل مولکول ها وجود داشته باشد، یک میلیارد ولت روی دماغه کلیک می کند.

بیایید این پدیده - افزایش ولتاژ هنگام کشش خازن - را به صورت تجربی بررسی کنیم. من یک برنامه ساده ویژوال بیسیک نوشتم تا داده ها را از کنترلر PMK018 خود دریافت کرده و روی صفحه نمایش دهد. به طور کلی، ما دو صفحه تکستولیت 200x150 میلی متری را می گیریم که از یک طرف با فویل پوشانده شده اند و سیم هایی را که به ماژول اندازه گیری می روند لحیم می کنیم. سپس روی یکی از آنها - یک ورق کاغذ - دی الکتریک می گذاریم و آن را با صفحه دوم می پوشانیم. صفحات محکم به هم نمی چسبند، بنابراین آنها را با بدنه قلم از بالا فشار می دهیم (اگر با دست فشار دهید، می توانید تداخل ایجاد کنید).

مدار اندازه گیری ساده است: پتانسیومتر R1 ولتاژی را که به خازن عرضه می شود (در مورد ما 3 ولت است) تنظیم می کند و دکمه S1 برای اعمال آن به خازن یا عدم اعمال آن به کار می رود.

بنابراین، دکمه را فشار داده و رها کنید - نمودار نشان داده شده در سمت چپ را مشاهده خواهیم کرد. خازن به سرعت از طریق ورودی اسیلوسکوپ تخلیه می شود. حالا بیایید سعی کنیم فشار روی صفحات را در هنگام تخلیه کاهش دهیم - اوج ولتاژ را در نمودار (در سمت راست) خواهیم دید. این فقط اثر مورد نظر است. در این حالت، فاصله بین صفحات خازن افزایش می یابد، ظرفیت خازن کاهش می یابد و بنابراین خازن حتی سریعتر شروع به تخلیه می کند.

اینجا من به طور جدی در مورد آن فکر کردم .. به نظر می رسد که ما در آستانه یک اختراع بزرگ هستیم ... از این گذشته ، اگر وقتی صفحات از هم جدا می شوند ولتاژ روی آنها افزایش یابد و شارژ ثابت بماند ، می توانید آن را بگیرید. دو خازن، صفحات را روی یکی از آنها فشار دهید و در نقطه حداکثر انبساط، شارژ را به یک خازن ثابت منتقل کنید. سپس صفحات را به جای خود برگردانید و همین کار را برعکس تکرار کنید و خازن دیگر را از هم جدا کنید. در تئوری، ولتاژ دو خازن با هر سیکل به تعداد معینی افزایش می یابد. ایده عالیبرای ژنراتور! ایجاد طرح های جدید آسیاب های بادی، توربین ها و همه اینها امکان پذیر خواهد بود! بنابراین، عالی ... برای راحتی، می توانید همه اینها را روی دو دیسک که در جهت مخالف می چرخند قرار دهید .... آه این چیست ... اوه ، این یک دستگاه الکتروفور مدرسه است! 🙁

این به عنوان یک ژنراتور ریشه نگرفت، زیرا مقابله با چنین ولتاژهایی ناخوشایند است. اما در مقیاس نانو، همه چیز می تواند تغییر کند. پدیده‌های مغناطیسی در نانوساختارها چندین برابر ضعیف‌تر از پدیده‌های الکتریکی هستند و میدان‌های الکتریکی در آنجا، همانطور که قبلاً دیده‌ایم، عظیم هستند، بنابراین دستگاه الکتروفور مولکولی می‌تواند بسیار محبوب شود.

خازن به عنوان ذخیره انرژی

اطمینان از ذخیره انرژی در کوچکترین خازن بسیار آسان است. برای انجام این کار، به یک LED قرمز شفاف و یک منبع جریان ثابت نیاز داریم (باتری 9 ولتی خوب است، اما اگر ولتاژ نامی خازن اجازه می دهد، بهتر است یک باتری بزرگتر بگیرید). تجربه این است که خازن را شارژ کنید، و سپس یک LED را به آن وصل کنید (قطب را فراموش نکنید)، و تماشا کنید که چگونه چشمک می زند. V اتاق تاریکفلاش حتی از خازن های ده ها پیکوفاراد قابل مشاهده است. حدود صد میلیون الکترون است که صد میلیون فوتون ساطع می کنند. با این حال، این محدودیت نیست، زیرا چشم انسان می تواند نور بسیار ضعیف تری را مشاهده کند. من فقط خازن هایی با ظرفیت کمتر پیدا نکردم. اگر صورتحساب به هزاران میکروفاراد رسید، به LED ترحم کنید و در عوض خازن را به یک جسم فلزی کوتاه کنید تا جرقه ای را ببینید - شواهد واضحی از وجود انرژی در خازن.

انرژی یک خازن باردار به طرق مختلف مانند انرژی مکانیکی بالقوه رفتار می کند - انرژی یک فنر فشرده که تا ارتفاع بار یا مخزن آب بالا می رود (و انرژی یک سلف، برعکس، شبیه انرژی جنبشی است) . توانایی یک خازن برای انباشت انرژی مدتهاست که برای اطمینان از عملکرد مداوم دستگاه ها در طول افت کوتاه مدت ولتاژ تغذیه - از ساعت تا تراموا - استفاده می شود.

خازن همچنین برای ذخیره انرژی "تقریبا ابدی" تولید شده توسط لرزش، لرزش، صدا، تشخیص امواج رادیویی یا تشعشعات شبکه برق استفاده می شود. کم کم، انرژی انباشته شده از چنین منابع ضعیفی در یک دوره زمانی طولانی به حسگرهای بی سیم و سایر دستگاه های الکترونیکی اجازه می دهد تا مدتی کار کنند. این اصل مبتنی بر باتری "انگشتی" ابدی برای دستگاه هایی با مصرف برق متوسط است (مانند کنترل از راه دور تلویزیون). در مورد آن یک خازن با ظرفیت 500 میلی فاراد و یک ژنراتور وجود دارد که آن را در طول نوسانات با فرکانس 4-8 هرتز با توان آزاد 10 تا 180 میلی وات تغذیه می کند. ژنراتورهای مبتنی بر نانوسیم‌های پیزوالکتریک در حال توسعه هستند که می‌توانند انرژی ارتعاشات ضعیفی مانند ضربان قلب، برخورد کف کفش‌ها بر روی زمین و ارتعاشات تجهیزات فنی را به داخل خازن هدایت کنند.

یکی دیگر از منابع انرژی رایگان ترمزگیری است. معمولاً هنگام کاهش سرعت خودرو، انرژی به گرما تبدیل می‌شود، اما می‌توان آن را ذخیره کرد و سپس در هنگام شتاب از آن استفاده کرد. این مشکل به ویژه برای حمل و نقل عمومی حاد است که در هر توقف سرعت و شتاب آن کاهش می یابد و منجر به مصرف سوخت قابل توجه و آلودگی جو با انتشار گازهای گلخانه ای می شود. در منطقه ساراتوف در سال 2010، شرکت "التون" "Ecobus" را ایجاد کرد - یک مینی بوس آزمایشی با موتورهای الکتریکی غیر معمول "چرخ موتور" و ابرخازن ها - دستگاه های ذخیره انرژی ترمز که مصرف انرژی را تا 40٪ کاهش می دهد. آنها از مواد توسعه یافته در پروژه Energia-Buran، به ویژه، فویل کربن استفاده کردند. به طور کلی، به لطف مدرسه علمی ایجاد شده در اتحاد جماهیر شوروی، روسیه یکی از رهبران جهانی در توسعه و تولید خازن های الکتروشیمیایی است. به عنوان مثال محصولات التون از سال 1998 به خارج از کشور صادر می شود و اخیراً تولید این محصولات در آمریکا با لیسانس یک شرکت روسی آغاز شده است.

ظرفیت یک خازن مدرن (2 فاراد، عکس سمت چپ) هزاران بار بیشتر از ظرفیت کل کره زمین است. آنها قادر به ذخیره بار الکتریکی 40 کولن هستند!

آنها معمولاً در سیستم های صوتی اتومبیل به منظور کاهش اوج بار بر روی سیم کشی الکتریکی اتومبیل (در زمان ضربات باس قدرتمند) استفاده می شوند و با توجه به ظرفیت عظیم خازن، تمام تداخل فرکانس بالا را سرکوب می کنند. شبکه روی برد

اما این "سینه پدربزرگ" اتحاد جماهیر شوروی برای الکترون ها (عکس سمت راست) چندان جادار نیست، اما می تواند ولتاژ 40000 ولت را تحمل کند (به فنجان های چینی توجه کنید که از همه این ولت ها در برابر خرابی به محفظه خازن محافظت می کند). این برای "بمب الکترومغناطیسی" بسیار راحت است، که در آن خازن بر روی یک لوله مسی تخلیه می شود، که در همان لحظه از بیرون توسط انفجار فشرده می شود. به نظر می رسد یک پالس الکترومغناطیسی بسیار قوی است که تجهیزات رادیویی را غیرفعال می کند. به هر حال، در یک انفجار هسته ای، برخلاف معمولی، یک پالس الکترومغناطیسی نیز آزاد می شود که یک بار دیگر بر شباهت هسته اورانیوم با خازن تأکید می کند. به هر حال، چنین خازنی را می توان به طور مستقیم با الکتریسیته ساکن از یک شانه شارژ کرد، اما البته زمان زیادی طول می کشد تا تا ولتاژ کامل شارژ شود. اما تکرار تجربه غم انگیز ون موشنبروک در نسخه ای بسیار تشدید شده امکان پذیر خواهد بود.

اگر به سادگی یک خودکار (شانه، بادکنک، لباس زیر مصنوعی و غیره) را روی موهای خود بمالید، چراغ LED آن روشن نمی شود. این به این دلیل است که الکترون های اضافی (گرفته شده از مو) هر کدام در نقطه خاص خود در سطح پلاستیک به دام افتاده اند. بنابراین، حتی اگر مقداری الکترون را با خروجی ال ای دی بزنیم، بقیه نمی توانند به دنبال آن هجوم ببرند و جریان لازم را ایجاد کنند تا درخشش LED با چشم غیر مسلح قابل مشاهده باشد. نکته دیگر این است که شارژ را از یک خودکار به یک خازن منتقل کنید. برای این کار خازن را برای یک خروجی بگیرید و خودکار را به نوبت روی موها و سپس روی خروجی آزاد خازن بمالید. چرا مالیدن؟ برای به حداکثر رساندن برداشت الکترون از کل سطح قلم! این چرخه را چندین بار تکرار می کنیم و ال ای دی را به خازن وصل می کنیم. چشمک می زند و فقط در صورتی که قطبیت رعایت شود. بنابراین خازن پلی شد بین دنیای الکتریسیته ساکن و معمولی 🙂

من برای این آزمایش یک خازن ولتاژ بالا گرفتم، از ترس خراب شدن یک خازن ولتاژ پایین، اما معلوم شد که این یک اقدام احتیاطی غیر ضروری است. با یک منبع شارژ محدود، ولتاژ در خازن می تواند بسیار کمتر از ولتاژ منبع تغذیه باشد. یک خازن می تواند یک ولتاژ بزرگ را به یک ولتاژ کوچک تبدیل کند. به عنوان مثال، الکتریسیته ولتاژ بالا ساکن - در حالت معمول. در واقع، آیا تفاوتی وجود دارد: خازن را با یک میکرو کولن از منبعی با ولتاژ 1 ولت یا 1000 ولت شارژ کنید؟ اگر این خازن به قدری جادار باشد که شارژ 1 μC روی آن ولتاژ بالاتر از ولتاژ منبع تغذیه تک ولتی را افزایش ندهد (یعنی ظرفیت آن بالاتر از 1 μF باشد)، در این صورت تفاوتی وجود ندارد. فقط این است که اگر آویزها به اجبار محدود نشوند، تعداد بیشتری می خواهند از منبع ولتاژ بالا بیایند. بله، و قدرت حرارتی آزاد شده در پایانه های خازن بیشتر خواهد بود (و مقدار گرما یکسان است، به سادگی سریعتر آزاد می شود، به همین دلیل قدرت بیشتر است).

به طور کلی، ظاهراً هر خازن با ظرفیت بیش از 100 نانو فارنهایت برای این آزمایش مناسب است. این امکان وجود دارد و بیشتر است، اما شارژ آن برای دریافت ولتاژ کافی برای LED زمان زیادی می برد. از طرف دیگر، اگر جریان های نشتی در خازن کم باشد، LED مدت زمان بیشتری می سوزد. می توانید با این اصل از مالیدن آن به موهای خود در حین مکالمه به فکر ایجاد وسیله ای برای شارژ مجدد تلفن همراه باشید.

یک خازن عالی با ولتاژ بالا یک پیچ گوشتی است. در عین حال، دسته آن به عنوان دی الکتریک عمل می کند و میله فلزی و دست انسان به عنوان صفحه عمل می کنند. می دانیم که قلمی که روی مو مالیده می شود، تکه های کاغذ را جذب می کند. اگر پیچ گوشتی را روی موهای خود بمالید، چیزی از آن در نمی آید - فلز توانایی گرفتن الکترون از پروتئین ها را ندارد - کاغذها را جذب نکرد، این کار را نکرد. اما اگر مانند آزمایش قبلی، آن را با یک خودکار شارژ شده مالش دهید، پیچ گوشتی به دلیل ظرفیت کم، به سرعت به ولتاژ بالا شارژ می شود و کاغذها شروع به جذب به سمت آن می کنند.

درخشش از پیچ گوشتی و LED. در عکس گرفتن لحظه ای کوتاه از فلاش او غیر واقعی است. اما - ویژگی های توان را به خاطر بسپارید - محو شدن فلاش مدت زیادی طول می کشد (با استانداردهای شاتر دوربین). و اکنون شاهد یک پدیده منحصربه‌فرد زبانی-نوری-ریاضی شده‌ایم: غرفه‌دار ماتریس دوربین را افشا کرد!

با این حال، چرا چنین مشکلاتی - فیلمبرداری ویدئویی وجود دارد. نشان می دهد که LED کاملاً روشن چشمک می زند:

هنگامی که خازن ها با ولتاژ بالا شارژ می شوند، اثر لبه شروع به ایفای نقش خود می کند که شامل موارد زیر است. اگر یک دی الکتریک در هوا بین صفحات قرار داده شود و ولتاژ تدریجی افزایشی به آنها اعمال شود، در یک مقدار ولتاژ مشخص، تخلیه آرام در لبه صفحه رخ می دهد که با صدای مشخص و درخشش در تاریکی تشخیص داده می شود. . مقدار ولتاژ بحرانی بستگی به ضخامت پوشش، تیزی لبه، نوع و ضخامت دی الکتریک و غیره دارد. به عنوان مثال، هرچه ثابت دی الکتریک دی الکتریک بیشتر باشد، کمتر است. برای کاهش اثر لبه، لبه های صفحات در یک دی الکتریک با استحکام الکتریکی بالا تعبیه می شود، واشر دی الکتریک در لبه ها ضخیم می شود، لبه های صفحات گرد می شوند و ناحیه ای با ولتاژ کاهش تدریجی ایجاد می شود. لبه صفحات با ساختن لبه صفحات از ماده ای با مقاومت بالا، کاهش ولتاژ در هر خازن با شکستن آن به چندین متصل به صورت سری.

به همین دلیل است که بنیانگذاران الکترواستاتیک دوست داشتند که در انتهای الکترودها توپ داشته باشند. به نظر می رسد که این یک ویژگی طراحی نیست، بلکه راهی برای به حداقل رساندن جریان بار در هوا است. جای دیگری برای رفتن وجود ندارد. اگر انحنای قسمتی از سطح توپ بیشتر کاهش یابد، انحنای بخشهای مجاور به ناچار افزایش می یابد. و در اینجا ظاهراً در مسائل الکترواستاتیکی ما میانگین نیست بلکه حداکثر انحنای سطح مهم است که البته برای توپ حداقل است.

هوم.. اما اگر ظرفیت بدن توانایی جمع آوری بار باشد، احتمالا برای بارهای مثبت و منفی بسیار متفاوت است. بیایید یک خازن کروی را در خلاء تصور کنیم... ما آن را از ته دل شارژ منفی می‌کنیم، بدون اینکه از نیروگاه‌ها و گیگاوات ساعت صرفه‌جویی کنیم (این همان چیزی است که یک آزمایش فکری برای آن خوب است!)... اما در برخی مواقع چنین خواهد شد. تعداد زیادی الکترون اضافی روی این توپ که آنها به سادگی شروع به پراکندگی در اطراف خلاء می کنند، فقط برای اینکه در چنین ازدحام الکترونگاتیوی قرار نگیرند. اما این با یک بار مثبت اتفاق نمی افتد - الکترون ها، هر چقدر هم که تعداد کمی از آنها باقی بماند، از شبکه کریستالی خازن به جایی پرواز نمی کنند.
اگر ظرفیت مثبت آشکارا بسیار بزرگتر از ظرفیت منفی باشد چه اتفاقی می افتد؟ نه! از آنجایی که الکترون‌ها در واقع برای نوازش ما نبودند، بلکه برای اتصال اتم‌ها و بدون هیچ سهم قابل توجهی از آن‌ها وجود داشتند، دفع کولن یون‌های مثبت شبکه بلوری فوراً زره‌پوش‌ترین خازن را به غبار خواهد برد.

در واقع، بدون پوشش ثانویه، ظرفیت "نیمه های منفرد" خازن بسیار کوچک است: ظرفیت الکتریکی یک قطعه سیم منفرد با قطر 2 میلی متر و طول 1 متر تقریباً 10 pF است. کل کره زمین 700 میکروفاراد است.

می توان با محاسبه ظرفیت خازن با استفاده از فرمول های فیزیکی بر اساس اندازه گیری های دقیق ابعاد صفحات، یک استاندارد ظرفیت خازنی مطلق ساخت. دقیق ترین خازن های کشورمان که در دو جا قرار گرفته اند به این صورت ساخته می شوند. استاندارد دولتی GET 107-77 در FSUE SNIIM قرار دارد و از 4 خازن استوانه ای کواکسیال پشتیبانی نشده تشکیل شده است که ظرفیت آنها از نظر سرعت نور و واحدهای طول و فرکانس و همچنین یک عدد بالا با دقت بالایی محاسبه می شود. مقایسه کننده خازنی فرکانس که به شما امکان می دهد ظرفیت خازن هایی را که برای تأیید آورده شده اند با یک استاندارد (10 pF) با خطای کمتر از 0.01٪ در محدوده فرکانس 1-100 مگاهرتز مقایسه کنید (عکس در سمت چپ).

استاندارد GET 25-79 (عکس سمت راست)، واقع در شرکت فدرال واحد VNIIM. DI. مندلیف شامل یک خازن طراحی و یک تداخل سنج در واحد خلاء، یک پل ترانسفورماتور خازنی کامل با اندازه گیری های خازنی و یک ترموستات، و منابع تشعشعی با طول موج تثبیت شده است. این استاندارد مبتنی بر روشی برای تعیین افزایش ظرفیت یک سیستم الکترودهای متقاطع یک خازن محاسبه‌شده است، زمانی که طول الکترودها با تعداد مشخصی از طول موج‌های تابش نور بسیار پایدار تغییر می‌کند. این تضمین می کند که مقدار ظرفیت خازنی دقیق 0.2 pF با دقتی بهتر از 0.00005٪ حفظ می شود.

اما در بازار رادیو در میتینو، پیدا کردن خازن با دقت بیش از 5٪ مشکل بود 🙁 خب، بیایید سعی کنیم ظرفیت خازن را با استفاده از فرمول های مبتنی بر اندازه گیری ولتاژ و زمان از طریق PMK018 مورد علاقه خود محاسبه کنیم. ظرفیت را به دو صورت محاسبه می کنیم. روش اول بر اساس خواص توان و نسبت ولتاژهای خازن است که در لحظه های مختلف تخلیه اندازه گیری می شود. دوم - در اندازه گیری شارژ خارج شده توسط خازن در هنگام تخلیه، با ادغام جریان در طول زمان به دست می آید. ناحیه محدود شده توسط نمودار فعلی و محورهای مختصات از نظر عددی برابر با باری است که خازن ایجاد می کند. برای این محاسبات، باید دقیقاً مقاومت مداری که خازن از طریق آن تخلیه می شود را بدانید. من این مقاومت را با یک مقاومت دقیق 10 کیلو اهم از یک طراح الکترونیکی تنظیم کردم.

و در اینجا نتایج آزمایش آمده است. توجه داشته باشید که غرفه‌دار چقدر زیبا و صاف بود. از این گذشته ، این به طور ریاضی توسط رایانه محاسبه نمی شود ، بلکه مستقیماً از خود طبیعت اندازه گیری می شود. به لطف شبکه مختصات روی صفحه، واضح است که خاصیت توان دقیقاً مشاهده می شود - به تعداد مساوی در فواصل زمانی منظم کاهش می یابد (من حتی آن را با یک خط کش روی صفحه اندازه گیری کردم.) بنابراین، می بینیم که فرمول های فیزیکی کاملاً واقعیت اطراف ما را منعکس می کنند.

همانطور که می بینید، ظرفیت اندازه گیری و محاسبه شده تقریباً با مقدار اسمی (و با قرائت مولتی مترهای چینی) مطابقت دارد، اما دقیقاً یکسان نیست. حیف که هیچ معیاری وجود ندارد که مشخص کند کدام یک هنوز درست است! اگر کسی استاندارد ظرفیت خازنی را می شناسد که ارزان یا در خانه در دسترس است، حتماً در مورد آن اینجا در نظرات بنویسید.

Pavel Nikolaevich Yablochkov اولین کسی بود که در جهان از خازن در مهندسی برق قدرت در سال 1877 استفاده کرد. او خازن های Lomonosov را ساده و در عین حال بهبود بخشید، کسری و فویل را با مایع جایگزین کرد و بانک ها را به صورت موازی به هم متصل کرد. او نه تنها صاحب اختراع لامپ های قوس ابتکاری که اروپا را تسخیر کرد، بلکه تعدادی حق ثبت اختراع مربوط به خازن ها را نیز در اختیار دارد. بیایید سعی کنیم یک خازن Yablochkov را با استفاده از آب نمک به عنوان مایع رسانا و یک شیشه شیشه ای سبزیجات به عنوان یک شیشه جمع کنیم. نتیجه ظرفیت 0.442 nF بود. اگر شیشه را با یک کیسه پلاستیکی که دارای مساحت زیاد و چندین برابر ضخامت کمتر است جایگزین کنیم، ظرفیت خازنی به 85.7 نانو فارنهایت افزایش می یابد. (اول، بیایید کیسه را با آب پر کنیم و جریان های نشتی را بررسی کنیم!) خازن کار می کند - حتی به شما اجازه می دهد LED را چشمک بزنید! همچنین عملکردهای خود را در مدارهای الکترونیکی با موفقیت انجام می دهد (من سعی کردم به جای خازن معمولی آن را در ژنراتور قرار دهم - همه چیز کار می کند).

آب در اینجا به عنوان یک هادی نقش بسیار متوسطی دارد و اگر فویل وجود داشته باشد، می توانید بدون آن کار کنید. ما نیز با پیروی از یابلوچکوف، همین کار را انجام خواهیم داد. در اینجا یک خازن میکا و فویل مسی با ظرفیت 130 pF وجود دارد.

صفحات فلزی باید تا حد امکان به دی الکتریک نزدیک شوند و از وارد کردن چسب بین صفحه و دی الکتریک خودداری شود که باعث تلفات اضافی می شود. جریان متناوب. بنابراین، در حال حاضر، به عنوان صفحات، عمدتا از فلز استفاده می شود، به صورت شیمیایی یا مکانیکی بر روی دی الکتریک (شیشه) و یا به شدت به آن فشرده شده (میکا).

می توانید به جای میکا از یک دسته دی الکتریک های مختلف استفاده کنید، هر چه دوست دارید. اندازه گیری ها (برای دی الکتریک های با ضخامت مساوی) نشان داد که هوا دارد ε کوچکترین، فلوئوروپلاست بیشتر، سیلیکون حتی بیشتر، و میکا حتی بیشتر، و سرب زیرکونات تیتانات آن را بسیار بزرگ است. طبق علم، دقیقاً اینگونه است که باید باشد - بالاخره در یک فلوروپلاستیک، می توان گفت که الکترون ها با زنجیره های فلوئوروکربنی محکم زنجیر شده اند و فقط می توانند اندکی منحرف شوند - حتی برای یک الکترون جایی برای پرش از اتمی به اتم دیگر وجود ندارد. .

شما می توانید چنین آزمایشاتی را خودتان با موادی که ثابت دی الکتریک متفاوتی دارند انجام دهید. به نظر شما کدامیک بیشترین ثابت دی الکتریک را دارد، آب مقطر یا روغن؟ نمک یا شکر؟ پارافین یا صابون؟ چرا؟ مجاز بودن به چیزهای زیادی بستگی دارد ... می توان یک کتاب کامل در مورد آن نوشت.

این همه؟ 🙁

نه، نه همه! هفته آینده دنباله ای خواهد داشت! 🙂

خازن - اسباب بازی برای کودکان نیست

(آرشیو خرد پیشگام)

داستان ترسناک از فیلم غیر ترسناک

یک خازن ولتاژ بالا شارژ شده را می توان به منبع جریان مستقیم نسبت داد. اعتقاد بر این است که جریان مستقیم کمتر از جریان متناوب خطرناک است. بر اساس تجربه ام، می توانم مخالفت کنم. اگر به پریز برق خانگی "وصل کنید" تکان خواهید خورد. اگرچه فرکانس جریان در سوکت 50 هرتز است و فرد زمان پاسخگویی به چنین رویداد سریعی را نخواهد داشت، با این وجود، شما فرصتی خواهید داشت که خود را از اثر جریان الکتریکی در هنگام تشنج رها کنید. از این گذشته ، ولتاژ در پریز 50 بار در ثانیه صفر است. اگر به یک منبع قدرتمند DC "اتصال" می کنید، هیچ گزینه ای وجود ندارد. ماهیچه های شما به شدت منقبض می شوند و هیچ اراده ای برای شل شدن آنها کافی نخواهد بود. شما به منبع DC می چسبید. در همان زمان، لاشه شما گرم می شود و به آرامی به زغال سنگ تبدیل می شود. وحشت!
اثر مخرب یک خازن ولتاژ بالا شارژ شده تا حدودی متفاوت است و به شرایط خاص بستگی دارد. با این حال، در هر صورت، قطعاً از لمس الکترودهای یک خازن شارژ شده، احساس خوشایندی نخواهید داشت. قطعا! شما زمانی برای زغال اخته نخواهید داشت، اما توپ ها روی پیشانی شما بالا می روند. جوجه ... و شما در حال حاضر در بهشت هستید! در موارد به خصوص شدید، با یک شارژ فوق العاده زیاد (اجازه دهید در مورد اعداد صحبت نکنیم)، خازن شما را مانند یک پد گرمایشی از هم می پاشد. توپ ها در یک گوشه اتاق و پیشانی در گوشه دیگر اتاق قرار خواهند گرفت.
به طور خلاصه، هوشیار باشید! هنگام کار با تجهیزات فشار قوی، بهتر است زیاده روی کنید تا کم کاری.

خازن یکی از عناصر اصلی در منبع تغذیه لیزرهای پالسی است. یک خازن ولتاژ بالا برای تغذیه لامپ های فلاش و همچنین برای پمپاژ لیزرهای تخلیه گاز پالسی استفاده می شود. پارامترهای خازن بسته به نوع خاص لیزر انتخاب می شوند. عوامل تعیین کننده مقادیری مانند ظرفیت خازن، ولتاژ عملیاتی، مقاومت موج و خود القایی خازن هستند. انرژی پمپ به ظرفیت خازن و ولتاژ کاری خازن بستگی دارد. انرژی یک خازن با استفاده از یک فرمول ساده محاسبه می شود

E \u003d CU 2 / 2، که در آن E انرژی خازن است

ج - ظرفیت خازن

U - ولتاژ شارژ خازن

مقدار جریانی که با تخلیه خازن از طریق بار کوچکی عبور می کند به مقاومت موج بستگی دارد. هر چه امپدانس خازن کمتر باشد جریان بیشتر است. به موج مقاومت با فرمول محاسبه می شود

ρ به = √(L به /C به)، که در آن ρ به -vامپدانس خازن

L به - اندوکتانسخازن

ج به -ظرفیت خازن

سرعت انتقال انرژی خازن به بار بستگی به خود القایی خازن دارد. هر چه اندوکتانس خازن کمتر باشد، شیب جلوی پالس پمپ بیشتر می شود. اندوکتانس در خازن از کجا می آید؟ واقعیت این است که صفحات خازن یک رسانای جریان هستند و رسانایی که جریان از آن عبور می کند دارای اندوکتانس است. حتی اگر خازن فقط از دو صفحه تشکیل شده باشد، مدار واقعیخازن همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.

این یک مدار نوسانی کلاسیک با مقاومت فعال R است که به دی الکتریک بین صفحات خازن و مقاومت ویژه همه عناصر حامل جریان خازن بستگی دارد. بنابراین، شارژ و دشارژ خازن فوراً اتفاق نمی افتد، بلکه دارای ویژگی نوسانی است. فرکانس نوسان با فرمول تامپسون تعیین می شود که از آن خود القایی خازن محاسبه می شود.

جایی که L به - اندوکتانس خودخازن

ج به -ظرفیت خازن

F p - فرکانس تشدید اساسی

البته هر چه انرژی خازن بیشتر باشد قدرت پمپ بیشتر می شود. اما با افزایش ظرفیت خازن، زمان پالس پمپ نیز افزایش می یابد. اگر مدت زمان پمپاژ اهمیت اساسی نداشته باشد، خازن های الکترولیتی ولتاژ بالا برای عملکرد لیزر مناسب هستند. از چنین خازن هایی می توان به عنوان مثال برای پمپاژ لیزر یاقوت یا نئودیمیم استفاده کرد. البته تهیه کندری که 1000 میکروفاراد در ولتاژ کاری 3 کیلو ولت دارد مشکل ساز است. اما این مشکل به راحتی با استفاده از یک بانک خازن حل می شود. هنگامی که خازن های جداگانه به صورت سری متصل می شوند، ولتاژ شارژ کل افزایش می یابد و ظرفیت خازن را می توان با اتصال موازی خازن ها افزایش داد. در فروشگاه های مهندسی رادیو، می توانید خازن های الکترولیتی را خریداری کنید که مثلاً 150 میکروفاراد در 450 ولت دارند.

از بین این خازن ها می توانید برای هر ظرفیت و ولتاژ کاری یک بانک بسازید.
شکل زیر نمونه ای از یک بانک خازن معادل یک خازن 30uF x 2kV را نشان می دهد.

اگر مدت زمان پمپ باید تا حد امکان کوتاه باشد، خازن های الکترولیتی دیگر برای کار با لیزر مناسب نیستند و باید خازن های پالسی خریداری شوند. متأسفانه، خازن های پالسی ولتاژ بالا یک کالای کمیاب در فروشگاه های مهندسی رادیو هستند. در فروشگاه چیپ اند دیپ، می توانید خازن های ولتاژ بالا شرکت را تهیه کنید موراتا».

با این حال، حداکثر ولتاژ چنین خازن هایی به 15 کیلو ولت با ظرفیت 1 نانوفاتر محدود می شود. از چنین خازن هایی می توان برای پمپاژ لیزرهای نیتروژن خانگی یا لیزرهای بخار فلزی استفاده کرد.
برای پمپاژ لیزرهای رنگی، 100 تا 1000 قطعه از چنین خازن هایی که به صورت موازی متصل شده اند مورد نیاز است. با در نظر گرفتن هزینه یک چنین کندر در سطح ~ 80 روبل / قطعه، تمام لذت حداقل 8000 روبل برای آماتور هزینه خواهد داشت. بنابراین هنوز باید یک بانک را از یک دسته خازن لحیم کنید.
می توانید خازن های نوع KVI-3 را از طریق اینترنت خریداری کنید که برای پمپاژ لیزر نیز مناسب هستند، اما قیمت آنها حتی گران تر خواهد بود (~ 200 روبل / قطعه).

همچنین خازن هایی از نوع KPIM از طریق اینترنت خریداری می شوند که برای پمپاژ لیزر رنگی کاملاً مناسب هستند.

این خازن ها عملکرد چشمگیری دارند. ولتاژ کاری می تواند در محدوده 5 تا 100 کیلو ولت با ظرفیت خازن 0.1 - 240 میکروفاراد باشد. اما فرکانس پالس خواهد بود< 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.
اگر پول ندارید، اما واقعاً می خواهید، پس ما به خودارضایی، یعنی ساخت یک خازن ولتاژ بالا خانگی ادامه می دهیم.

خازن ولتاژ بالا خانگی

مدار خازن ساده است، اما در اینجا دشواری های پیاده سازی این مدار به شکل است ساخت و ساز تمام شدهبا افزایش ولتاژ کار خازن افزایش می یابد. برای شروع، ما گزینه های ممکن برای یک خازن ساده از دو صفحه جدا شده توسط هوا را تجزیه و تحلیل خواهیم کرد. شکل 1 صفحات یک خازن شارژ شده را نشان می دهد. اگر نیاز به ساخت خازن با اندوکتانس کم دارید، باید سعی کنید تمام عناصر حامل جریان را کوتاه کنید. همچنین جهت جریان در صفحات خازن در هنگام تخلیه باید مخالف باشد تا میدان مغناطیسی کاهش یابد. جهت جریان ها بستگی به محل اتصال الکترودهای خازن دارد. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، اگر الکترودهای خازن به صفحات مرکز متصل شوند، اندوکتانس خازن کوچکترین خواهد بود.

در واقع، بر اساس این طرح، خازن های سرامیکی تجاری ساخته می شوند. فقط برای خازن های فشار قوی، صفحات به صورت دایره ای هستند تا از بروز دشارژهای کرونا جلوگیری شود. گزینه های ممکناتصال الکترودها به صفحات خازن و همچنین جهت جریان در هنگام تخلیه در شکل زیر نشان داده شده است.

مدار در شکل 3 مربوط به حداقل اندوکتانس خازن است. طبق این طرح، در صورت نیاز به یک پالس پمپ کوتاه، ساخت خازن ضروری است.
ظرفیت خازن تخت با فرمول محاسبه می شود:

آسترهاخازن

S مساحت صفحات خازن است

D ضخامت دی الکتریک بین صفحات خازن است

همانطور که از فرمول مشخص است، برای افزایش ظرفیت خازن، باید ضخامت دی الکتریک را کاهش داد و سطح صفحات خازن را افزایش داد. می توان ضخامت دی الکتریک را تا حد معینی کاهش داد که به مقاومت دی الکتریک مواد دی الکتریک بستگی دارد. در زیر این حد، خرابی دی الکتریک رخ می دهد و خازن را می توان دور انداخت. افزایش مساحت صفحات منجر به افزایش اندازه خازن می شود. برای فشردگی خازن، صفحات آن یا رول می شوند (فناوری رول) یا در یک بسته مونتاژ می شوند (فناوری پکیج).

تکنولوژی رول

فن آوری رول برای ساخت خازن به عنوان روشی برای چیدمان صفحات خازن درک می شود، زمانی که نوارهای طولانی صفحات رول می شوند و در نتیجه اندازه خازن را کاهش می دهند. از نظر شماتیک، چنین خازن یک خط نواری است که در شکل زیر نشان داده شده است.

برای ساخت یک خازن، به پوشش پلاستیکی، فویل آلومینیومی مناسب برای مواد غذایی، نوارهای حلبی از یک قوطی (مثلاً "شیر تغلیظ شده") و نوار چسب نیاز دارید. فیلم پلی اتیلن را می توان از بازار ساخت و ساز یا در فروشگاه کالاهای خانگی خریداری کرد. بهتر است ضخیم ترین فیلم (~ 200 میکرون) را بگیرید، اگرچه یک فیلم 100 میکرون نیز کار می کند. فقط مصرف فیلم بیشتر خواهد شد. نکته اصلی این است که سطح فیلم نباید دارای خراش و سوراخ باشد. فیلم پلی اتیلن به عنوان دی الکتریک جداکننده صفحات خازن عمل می کند و قابلیت اطمینان خازن به کیفیت سطح فیلم بستگی دارد. هر گونه لکه یا مو بر روی سطح فیلم منبع ترشحات کرونا خواهد بود که در نهایت منجر به از بین رفتن فیلم می شود.
اول از همه، شما باید ولتاژ کار خازن را تعیین کنید. انتخاب ضخامت فیلم پلی اتیلن به این بستگی دارد. استحکام دی الکتریک پلی اتیلن در محدوده 40 تا 60 کیلو ولت بر میلی متر است. این بدان معنی است که با ضخامت فیلم 100 میکرومتر، ولتاژ عملیاتی محدود کننده خازن ~ 5 کیلو ولت خواهد بود.
با ضخامت فیلم 200 میکرومتر، ولتاژ عملیاتی محدود کننده خازن ~ 10 کیلو ولت خواهد بود. برای افزایش ولتاژ کاری، فقط باید از چندین لایه فیلم که یکی روی دیگری قرار گرفته اند استفاده کنید.
ما خازن را مطابق با طرح شکل 3 (به بالا مراجعه کنید) تولید خواهیم کرد.

هر یک از صفحات خازن در پاکت فیلم پلی اتیلن مخصوص به خود قرار می گیرد. پاکت یک نوار از فیلم پلی اتیلن با اندازه دلخواه است که از وسط تا شده است. هر چه نوار طولانی تر باشد، ظرفیت خازن ممکن است بیشتر باشد. عرض نوار تا حدودی بزرگتر از عرض صفحات خازن ساخته می شود تا از بروز تخلیه هوا بین صفحات خازن جلوگیری شود.

الکترودهای خازن از قلع کنسرو به شکل یک نوار مستطیلی به عرض ~ 1 سانتی متر بریده می شوند.طول نوار قلع دلخواه است، اما کمتر از عرض فیلم پلی اتیلن نیست. برای جلوگیری از ترشحات کرونا، انتهای نوار حلبی با سوهان گرد می شود (شکل 7 زیر). برای کاهش مقاومت فعال، نوار قلع با چندین لایه فویل آلومینیومی پیچیده می شود (شکل 8 زیر).
برای جلوگیری از وقوع جرقه بین الکترودهای خازن، یک نوار قلع در یک انتها با چندین لایه فیلم پلی اتیلن پیچیده می شود که با نوار چسب ثابت می شود (شکل 9 زیر).

صفحات خازن به شکل یک نوار مستطیلی از فویل آلومینیومی بریده شده اند. ابعاد آستر به گونه ای ساخته شده است که تا حدودی باشد اندازه های کوچکترپاکت پلی اتیلن انتهای نوار آلومینیومی با قیچی گرد شده تا از ترشحات کرونا جلوگیری شود.
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، الکترود با نوار چسب روی آستر ثابت می شود.

صفحه خازن مطابق شکل زیر بر روی فیلم پلی اتیلن قرار می گیرد.

سپس طبق شکل زیر، فیلم پلاستیکی از وسط تا می شود.

صفحه خازن دوم نیز به همین ترتیب تهیه می شود.
حالا می توانید نوارها را به شکل رول درآورید. اگر نوارهای پلی اتیلن خیلی بلند باشند، می توان رول را روی کف اتاق بغلتانید.
یک پاکت از یک فیلم پلی اتیلن با یک صفحه خازن روی زمین پخش می شود و یک پاکت دوم با یک صفحه خازن روی آن قرار می گیرد تا هر دو صفحه موازی یکدیگر باشند (شکل زیر).

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، رول با شروع از الکترودها رول می شود.

از آنجایی که فویل آلومینیومی در پاکت پلی اتیلن ثابت نیست، هنگام رول کردن رول باید مراقب بود که صفحات خازن موازی با یکدیگر باقی بمانند و از لایه پلی اتیلن خارج نشوند. رول تا شده با نوار چسب تا حد امکان محکم به هم کشیده می شود، که نه تنها به عنوان یک کراوات عمل می کند، بلکه رول را ثابت می کند و از باز شدن فیلم پلی اتیلن جلوگیری می کند.
خازن ساخته شده در شکل زیر نشان داده شده است.

برای جلوگیری از شکست در هوا، الکترودهای خازن کمی از یکدیگر خم می شوند. اما بهتر است یک صفحه پلکسی گلاس به ضخامت 3-4 میلی متر بین الکترودهای خازن در ولتاژهای کاری خازن بیش از 10 کیلو ولت نصب شود. ابعاد صفحه بر اساس ولتاژ کاری خازن انتخاب می شود. هدف از پلکسی گلاس کاهش قدرت میدان الکتریکی بین الکترودهای خازن و در نتیجه جلوگیری از شکست بین الکترودها از طریق هوا است.
ظرفیت خازن تولیدی را می توان با LC متر دیجیتال اندازه گیری کرد.

فناوری دسته ای

فناوری ساخت دسته ای خازن به عنوان روشی برای چیدمان صفحات خازن درک می شود، زمانی که نوارهای کوتاهی از صفحات روی یکدیگر قرار می گیرند و یک بسته را تشکیل می دهند.

به صورت شماتیک، چنین خازنی در شکل زیر نشان داده شده است.

توسط بیشتر به روشی سادهدر ساخت خازن با استفاده از فناوری دسته ای از فویل دو طرفه getinax استفاده می شود که می توان آن را در بازار رادیو یا فروشگاه (به عنوان مثال Chip and Dip) خریداری کرد. getinaks فویل شده دو طرفه یک خازن تقریباً تمام شده است (شکل 1 زیر). برای جلوگیری از شکست بین الکترودها در هوا و اتصال الکترودها به هر دو سطح ورق (شکل 3 زیر) فقط باید یک نوار مسی در اطراف محیط ورق از دو طرف جدا شود (شکل 2 زیر).
همه چیز! خازن آماده است

البته ظرفیت چنین خازنی کم خواهد بود. اما اگر چندین ورق را روی هم قرار دهید و مثبت را به مثبت و منفی را به منهای متصل کنید، می توانید ظرفیت قابل توجهی به دست آورید. متأسفانه، getinaks، و همچنین textolite، بیشترین نیست بهترین موادبرای فناوری ولتاژ بالا قدرت دی الکتریک این مواد ~ 18 کیلو ولت بر میلی متر است. این بدان معنی است که رایج ترین ورق فویل 1.5 میلی متری getinax در فروش می تواند تا 20 کیلو ولت شارژ شود. با ولتاژ شارژ بالاتر، احتمال خرابی getinax افزایش می یابد. علاوه بر این، در صورت نیاز به ظرفیت زیاد، هزینه ساخت چنین خازن خانگی بسیار بالا خواهد بود.
ارزان تر، اما پر زحمت تر، ساخت یک خازن ولتاژ بالا با استفاده از فیلم پلاستیکی و فویل آلومینیومی درجه مواد غذایی خواهد بود. در زیر یک نوع تکنیک برای ساخت خازن با استفاده از فناوری دسته ای آورده شده است.

اول از همه، ما ولتاژ عملیاتی خازن را تعیین می کنیم، که انتخاب ضخامت فیلم پلاستیکی را تعیین می کند. اجازه دهید یک بار دیگر به شما یادآوری کنم که استحکام دی الکتریک پلی اتیلن در محدوده 40 - 60 کیلو ولت بر میلی متر است. برای ساخت یک خازن بزرگ، مقدار قابل توجهی از فویل آلومینیوم و فیلم پلی اتیلن مورد نیاز است. علاوه بر این، برای بستن بسته خازن به دو ورق دی الکتریک ضخیم (4 تا 5 میلی متر) (در محصولات خانگی من از پلکسی گلاس استفاده می شود) نیاز دارید.
هر صفحه خازن نواری از فویل آلومینیومی است که انتهای آن با قیچی گرد شده تا از تخلیه تاج جلوگیری شود. هر صفحه از طریق یک نوار تماسی به صفحات دیگری با همان قطبیت متصل می شود که از فویل آلومینیومی بریده شده و با نوار چسب روی صفحه ثابت می شود (شکل زیر).

یک نوار از یک فیلم پلی اتیلن بریده می شود که ابعاد آن چند است اندازه های بیشترصفحات خازن یک نوار از فویل آلومینیومی با استفاده از نوار چسب روی فیلم ثابت می شود (شکل زیر).

سپس فیلم به نصف تا می شود و یک لایه دی الکتریک در دو طرف صفحه خازن تشکیل می دهد (شکل زیر).

یک صفحه خازن با قطب مخالف نیز ساخته شده است. سپس صفحات روی یکدیگر قرار می گیرند (شکل زیر).

در اصل خازن آماده است. فقط لازم است صفحات را به کمک صفحات دی الکتریک روی یکدیگر فشار داده و کل بسته را بیرون بکشید. با این حال، ظرفیت خازن ناچیز خواهد بود. برای افزایش ظرفیت، باید تعداد صفحات خازن را افزایش دهید. سطح مقطع یک خازن با صفحات متعدد در شکل زیر نشان داده شده است.

با توجه به این طرح، شما می توانید یک خازن برای هر ظرفیت و ولتاژ کاری بسازید. حداقل 1,000,000 ولت. محدودیت اساسی اندازه اتاقی است که خازن در آن قرار دارد. با افزایش ظرفیت خازن، اندازه خازن نیز افزایش می یابد. حتی اگر ولتاژ کاری 20 کیلو ولت باشد، افزایش ظرفیت خازن باعث چرخش خازن می شود.

... خازن می چرخد ...

... به یک میز خواب زیبا برای فضای داخلی اتاق.

و هر چه بسته صفحات خازن ضخیم تر باشد، تلاش بیشتری برای کشیدن آن لازم است. برای تسهیل انقباض بسته به صفحات دی الکتریک ضخیم کمک می کند که بین آنها کل بسته صفحات قرار می گیرد.

به عنوان یک گزینه، شکل زیر دو صفحه پلکسی گلاس به ضخامت 5 میلی متر را نشان می دهد که هم به عنوان محفظه خازن عمل می کند و هم بسته صفحه را فشرده می کند. در صفحه بالایی، یک پارتیشن جداکننده بین الکترود با شیارهایی برای اتصالات پلاستیکی در تمام طول چسبانده شده است.

کل بسته صفحات روی صفحه دی الکتریک پایینی قرار می گیرد و صفحه بالایی روی بسته قرار می گیرد. سپس، تا حد امکان، صفحه بالایی (با بازوها، پاها، شکم و غیره) به پایین فشار داده می شود. صفحات سفت شده با اتصالات پلاستیکی ثابت می شوند.
بسته سفت شده نهایی صفحات خازن در شکل زیر نشان داده شده است.

پس از سفت کردن و ثابت کردن بسته، می توانید نوارهای تماس صفحات خازن را تعمیر کنید. طرح بستن نوارهای تماس در شکل زیر نشان داده شده است.

مزیت خازن "خشک" ساخته شده بر اساس فناوری نورد یا بسته بندی که در بالا توضیح داده شد، مقدار کم نشتی بار الکتریکی است که زمانی که خازن در مدارهای فرکانس بالا کار می کند مهم است. با این حال، چنین خازن یک اشکال قابل توجهی نیز دارد، یعنی وجود هوا بین صفحات. مهم نیست که فشرده سازی صفحات چقدر قوی باشد، همیشه هوا بین آنها وجود خواهد داشت. به خودی خود، وجود هوا به هیچ وجه بر ویژگی های انرژی خازن تأثیر نمی گذارد. خازن های "خشک" به خوبی می توانند به عنوان خازن های ذخیره سازی استفاده شوند که برای صاف کردن موج های ولتاژ تصحیح شده تا 1 کیلو ولت استفاده می شوند. با این حال، با افزایش ولتاژ شارژ، هوا شروع به یونیزه شدن می کند، که در هنگام اتصال به منبع ولتاژ > 10 کیلو ولت، خود را در صدای خش خش مشخصه خازن نشان می دهد. صدای خش خش ناشی از وقوع تخلیه های کرونایی است که در نهایت منجر به تجزیه دی الکتریک بین صفحات خازن می شود. و اگر از خازن در حالت اتصال کوتاه استفاده کنید، که برای عملکرد یک خازن پالس معمول است، تظاهر تخلیه های کرونا حداکثر خواهد بود. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، حتی با سطح فیلم ایده آل بین صفحات خازن، تخلیه تاج در امتداد محیط لبه فویل آلومینیومی در لحظه تخلیه سریع خازن رخ می دهد.

درخشش تخلیه‌های کرونا در یک خازن خانگی در یک اتاق تاریک دیده می‌شود.

به دلیل وقوع دشارژهای کرونا، خازن های ولتاژ بالا تجاری همیشه در یک دی الکتریک مایع غوطه ور می شوند که اولاً استحکام دی الکتریک بیشتری نسبت به هوا دارد و ثانیاً ظرفیت خازن را افزایش می دهد زیرا ثابت دی الکتریک هر مایعی است. دی الکتریک بالاتر از هوا است. علاوه بر این، خازن های ولتاژ بالا با ولتاژ کاری ده ها کیلوولت هرگز به صورت یک رول یا بسته جداگانه ساخته نمی شوند. در صورت نیاز به ساخت خازن فشار قوی، آنگاه از چندین بخش (رول یا بسته) مونتاژ می شود که برای افزایش ظرفیت خازن به صورت موازی و برای افزایش ولتاژ کاری به صورت سری به هم متصل می شوند. علاوه بر این، ولتاژ کاری هر بخش از 10 کیلو ولت تجاوز نمی کند. تمام بخش های خازن مونتاژ شده در یک محفظه محکم قرار می گیرند و با یک دی الکتریک مایع پر می شوند.
روغن به عنوان دی الکتریک مایع استفاده می شود که می تواند معدنی (نفتی) یا گیاهی (کرچک) یا مصنوعی (مثلاً سیلیکون) باشد. هر کدام از روغن ها مزایا و معایب خود را دارند که از اهمیت خاصی برخوردار نیستند طرح های بداهه. اگر می خواهید خازن خانگی خود را در روغن غوطه ور کنید، اصلاً لازم نیست که مثلاً با روغن کرچک که می توانید در داروخانه خریداری کنید، انبار کنید. روغن نباتی خوراکی مانند اولینا، میلورا و غیره که ارزانتر خواهد بود، کاملا مناسب است. به عنوان مثال، یک خازن رولی را می توان در یک ظرف شیشه ای قرار داد و با روغن پر کرد (شکل زیر).

استفاده از گلیسرول (ε ≈ 40) یا آب مقطر (ε ≈ 80) به عنوان دی الکتریک مایع وسوسه انگیز است. این مایعات ظرفیت خازن را به نسبت بزرگی افزایش می دهند. متأسفانه، هم گلیسیرین و هم آب مقاومت نسبتاً کمی دارند، که منبع ولتاژ بالا با خروجی مقاومت بالا (به عنوان مثال، ضریب ولتاژ دیود-خازن) را تغییر می دهد. به عبارت ساده، خازن منبع تغذیه را می بندد و ولتاژ بالایی وجود نخواهد داشت. با این حال، گلیسیرین و آب با موفقیت در خازن های ولتاژ بالا پالسی استفاده می شود. ترفند این است که خازن نه از منبع ولتاژ ثابت، بلکه از یک ژنراتور ولتاژ پالسی (GVP) شارژ می شود.

طراحی خازن پالس یک خط کواکسیال است که از دو لوله دورالومین تشکیل شده است که بین آنها گلیسیرین یا آب مقطر ریخته می شود.