Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
«Лицей № 7» г. Бердск
Конденсаторы
8 класс
Учитель физики
И.В.Торопчина
Конденсатор
Конденсатор- это устройство, предназначенное для накопления электрического заряда и энергии электрического поля.
Конденсатор
Конденсатор представляет собой два
проводника (обкладки), разделенных слоем
диэлектрика, толщина которого мала по
сравнению с размерами проводников.
Все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора и однородно.
Заряд конденсатора - это абсолютное значение заряда одной из обкладок конденсатора.
- по виду диэлектрика : воздушные,
слюдяные, керамические,
электролитические. - по форме обкладок : плоские,
сферические, цилиндрические. - по величине емкости:
постоянные, переменные.
- В зависимости от назначения конденсаторы имеют различное устройство.
- Обычный технический бумажный конденсатор состоит из двух полосок алюминиевой фольги, изолированных друг от друга и от металлического корпуса бумажными лентами, пропитанными парафином. Полоски и ленты туго свернуты в пакет небольшого размера
Конденсаторы переменной электроемкости
Обозначение конденсаторов
Конденсатор постоянной ёмкости
Конденсатор переменной ёмкости
Электроемкость
Физическая величина, характеризующая способность двух проводников накапливать электрический заряд называется электроёмкостью, или ёмкостью.
При увеличении заряда в 2, 3, 4 раза соответственно в 2, 3, 4
раза увеличатся показания электрометра, т. е. увеличится
напряжение между пластинами конденсатора.
Отношение заряда к напряжению будет оставаться
постоянным:
Электроёмкость конденсатора
- Величина, измеряемая отношением заряда ( q) одной из пластин конденсатора к напряжению ( U) между пластинами, называется электроёмкостью конденсатора .
- Электроёмкость конденсатора вычисляется по формуле:
C = q / U
Единицы электроемкости
Электроемкость измеряется в фарадах(Ф)
[ С ] = 1Ф (фарад)
Электроемкость двух проводников численно
равна единице, если при сообщении им зарядов
+1 Кл и -1 Кл между ними возникает разность
потенциалов 1В
1Ф = 1Кл/В
Единицы электроемкости
1 мкФ (микрофарад)=10 -6 Ф
1 нФ (нанофарад)=10 -9 Ф
1 пФ (пикофарад)=10 -12 Ф
- Чем больше площадь пластин, тем больше ёмкость конденсатора.
- При уменьшении расстояния между пластинами конденсатора при неизменном заряде ёмкость конденсатора увеличивается.
- При внесении диэлектрика ёмкость конденсатора увеличивается.
Емкость конденсатора зависит от площади пластин, расстояния между пластинами, от свойств внесённого диэлектрика.
Электроемкость
от геометрических
размеров проводников
Зависит
от формы проводников и
их взаимного расположения
от электрических свойств
среды между проводниками
Энергия конденсатора
- Для того чтобы зарядить конденсатор, нужно совершить работу по разделению положительных и отрицательных зарядов. В соответствии с законом сохранения энергии, совершённая работа А равна энергии конденсатора Е, т. е
А = Е,
где Е - энергия конденсатора.
- Работу электрическое поле конденсатора, можно найти по формуле: А = qU cp ,
где U ср - это среднее значение напряжения.
U ср = U/2; тогда А = qU ср = qU/2, так как q = CU, то А = CU 2 /2.
- Энергия конденсатора ёмкостью С равна:
W = CU 2 /2
- Конденсаторы могут длительное время накапливать энергию, а при разрядке они отдают её почти мгновенно.
- Свойство конденсатора накапливать и быстро отдавать электрическую энергию широко используется в электротехнических и электронных устройствах, в медицинской технике (рентгеновская техника, устройства электротерапии), при изготовлении дозиметров, аэрофотосъёмке.
- Лампа-вспышка питается электрическим током разрядки конденсатора.
- Газоразрядные трубки зажигаются при разрядки батареи конденсаторов.
- Радиотехника .
Первый конденсатор был изобретен в 1745 г. немецким юристом и учёным Эвальд Юрген фон Клейстом
Первый конденсатор: одна обкладка-ртуть, другая обкладка- рука экспериментатора, державшая банку.
- Почти такой же опыт и почти в то же время был поставлен в голландском городе Лейдене профессором университета Питером ван Мушенбруком.
- Зарядив воду и взяв банку в одну руку, он прикоснулся другой рукой к металлическому стержню, служившему для подвода заряда к воде. При этом Мушенбрук ощутил такой сильный удар в руки, плечи и грудь, что потерял сознание, и два дня приходил в себя.
- Эксперимент ван Мушенбрука получил большую известность, поэтому конденсатор стал известен как «лейденская банка».
Домашнее задание
§ 54, Упражнение 38
Конденсаторы общего назначения – конденсаторы, применяемые в большинстве видов радиоэлектронной аппаратуры. К конденсаторам этого вида не применяются особые требования. Конденсаторы специального назначения – это все остальные конденсаторы. К ним относятся: импульсные, высоковольтные, пусковые, помехоподавляющие, а так же и другие конденсаторы.
Конденсаторы постоянной емкости – это конденсаторы, чья емкость является фиксированной и в процессе эксплуатации аппаратуры не меняется. Конденсаторы переменной емкости – применяются в цепях, где требуется изменение емкости в процессе эксплуатации. При этом изменение емкости может производится различными способами: механически, путем изменения управляющего напряжения, изменением температуры окружающей среды.
Незащищенные конденсаторы – вид конденсаторов, который не допускают к работе в условиях повышенной влажности. Возможно эксплуатация этих конденсаторов в составе герметизированной аппаратуры. Защищенные конденсаторы – могут работать в условия повышенной влажности.
Неизолированные конденсаторы – при использовании этого вида конденсаторов не допускается касания их корпусом шасси аппаратуры. Изолированные конденсаторы – имеют хорошо изолированный корпус, что делает возможным касания шасси аппаратуры или ее токоведущих поверхностей. Уплотненные конденсаторы – в конденсаторах этого вида используется корпус, уплотненный органическими материалами. Герметизированные конденсаторы – эти конденсаторы имеют герметизированный корпус, что исключает взаимодействие внутренней конструкции конденсатора с окружающей средой.
(лат. condenso - уплотняю, сгущаю) - теплообменный аппарат, теплообменник, в котором осуществляется процесс конденсации, процесс фазового перехода теплоносителя из парообразного состояния в жидкое за счёт отвода тепла более холодным теплоносителем.
Принцип действия
В конденсатор обычно поступают перегретые пары теплоносителя, которые охлаждаются до температуры насыщения и, конденсируясь, переходят в жидкую фазу. Для конденсации пара необходимо отвести от каждой единицы его массы теплоту, равную удельной теплоте конденсации. В зависимости от
охлаждающей среды (теплоносителя) конденсаторы могут быть разделены на следующие типы: с водяным охлаждением, с водо-воздушным (испарительным) охлаждением, с воздушным охлаждением, с охлаждением кипящим холодильным агентом в конденсаторе-испарителе, с охлаждением технологическим продуктом. Выбор типа конденсатора зависит от условий применения.
Применение
Конденсаторы применяются на тепловых и атомных электростанциях для конденсации отработавшего в турбинах пара. При этом на каждую тонну конденсирующегося пара приходится около 50 тонн охлаждающей воды. Поэтому потребность ТЭС и особенно АЭС в воде очень велика - до 600 тысяч м³/час.
В холодильных установках конденсаторы используются для конденсации паров хладагентов, например, фреона. В химической технологии конденсаторы используют для получения чистых веществ (дистиллятов) после перегонки.
Принцип конденсации успешно применяется также для разделения смеси паров различных веществ, так как их конденсация происходит при различных температурах.
Разновидности
По принципу теплообмена конденсаторы разделяются на смешивающие (конденсаторы смешения) и поверхностные. В смешивающих конденсаторах водяной пар непосредственно соприкасается с охлаждающей водой, а в поверхностных пары рабочего тела отделены
стенкой от охлаждающего теплоносителя. Поверхностные конденсаторы разделяются по
следующим особенностям:
по направлению потоков теплоносителя: прямоточные, противоточные и с поперечным потоком теплоносителей;
по количеству изменений направления движения теплоносителя - на одноходовые, двухходовые и др.;
по количеству последовательно соединённых корпусов - одноступенчатые, двухступенчатые и др.
по конструктивному исполнению: кожухотрубные, пластинчатые и др.
Конденсатор холодильника«Минск-10»
Пастеризатор
Процесс пастеризации представляет собой доведение температуры продукта до определенного технологическими требованиями значения и выдержке его при этой температуре некоторое время, а также последующее охлаждение продукта до температуры хранения.
Пастеризация производится при помощи специального оборудования - пастеризатора .
Областью применения данного оборудования является пастеризация (тепловая обработка) и охлаждение в потоке различных пищевых продуктов: пастеризация молока, сливок, соков, вина, пива, кваса и др.
Под режимами пастеризации всегда понимается соотношение времени выдержки при температуре пастеризации и собственно температура пастеризации. Применительно к молочной промышленности: Асептическая пастеризация - 4 секунды 137 градусов цельсия. Неасептическая пастеризация отличается большим разнообразием параметров, например сырье для производства йогурта обычно пастеризуют при следующих параметрах: выдержка 300 секунд, температура 97 градусов цельсия. Если сырье предварительно подвергалось бактофугированию, то можно использовать значительно более мягкие режимы, например выдержка 120 секунд и температура 67 градусов цельсия.
Виды пастеризаторов
По виду рабочего цикла пастеризаторы можно разделить на периодические (дискретные) и непрерывного действия.
Пастеризаторы дискретного действия ввиду больших эксплуатационных затрат редко применяются в промышленности, например, автоклавы в консервной промышленности.
Пастеризаторы непрерывного действия широко применяются в молочной, соковой, пивоваренной промышленности. Пастеризаторы дискретного действия в настоящий момент широко используются при производстве кетчупов.
По типу обрабатываемого сырья пастеризаторы можно разделить на пастеризаторы жидкостей, паст и пастеризаторы заключенной в тару продукции.
По типу условий пастеризации - на асептические (стерильные) и неасептические (нестерильные). Асептические пастеризаторы можно разделить на пастеризаторы с непосредственным нагревом продукта (обычно стерильным паром), и с нагревом продукта с помощью теплообменного агрегата ("горячий контур"). В пастеризаторах с непосредственным нагревом продукта охлаждение продукта производится в вакууных камерах (деаэраторах), в пастеризаторах с нагревом продукта с помощью теплообменного агрегата - в секции регенерации теплообменника (не всегда, встречаются конструкции в которых охлаждение производится оборотной/ледяной водой).
Пластинчатые пастеризаторы применяются для тепловой обработки продуктов с пониженной вязкостью (молоко, соки, чай, напитки и т.д.) в тонкослойном непрерывном потоке.
Трубчатые пастеризаторы применяются для обработки продуктов различной степени вязкости (молоко, молочные напитки, сливки, смесь мороженого, кремы, майонезы, кетчупы и т.д.) в закрытом потоке. Трубчатые теплообменные аппараты выгодно отличаются по цене и более просты в изготовлении по сравнению с пластинчатыми теплообменниками. Использование установки дает возможность обрабатывать продукт при высоком давлении, температуре, скорости движения; а также полностью исключить попадание одной среды в другую. Установка обладает хорошей термической активностью.
Скребковые пастеризаторы применяются для пастеризации и охлаждения продуктов с высокой вязкостью (жирные сливки, творожная смесь, смесь мороженого, томатная паста, кетчупы). Скребковые теплообменники обеспечивают равномерность нагрева или охлаждения продукта за счет его принудительного перемешивания в канале теплообменника.
Испаритель
- теплообменный аппарат, в котором осуществляется процесс фазового перехода жидкого теплоносителя в парообразное и газообразное состояние за счёт подвода от более горячего теплоносителя. Таким горячим теплоносителем обычно являются вода, воздух, рассол или
газообразные, жидкие или твердые технологические продукты. Когда процесс фазового перехода происходит на поверхности жидкости, то это называется испарением. Если процесс происходит на всей глубине жидкости с образованием паровых пузырьков, то это называется кипением. Фазовый переход может происходить как с однородной жидкостью, так и со смесью жидких компонентов.
Применение
В теплоэнергетике испаритель предназначен для выработки дистиллята, восполняющего потери конденсата в паросиловых установках. Существуют испарители, обогреваемые дымовыми газами, уходящими из котельных агрегатов. Получаемый в таких испарителях пар может быть использован как для восполнения потерь конденсата, так и для теплоснабжения. Испарители большой производительности находят применение на расположенных у морей и океанов атомных электростанциях для опреснения морской воды. Испарители, называемые иногда опреснителями, устанавливают на морских судах. И являются основными элементами холодильных установок, в которых испаряется холодильный агент, предназначенный для непосредственного (или посредством рассола) охлаждения холодильных камер.
Классификация
По характеру охлаждаемой среды (по назначению) различают испарители для охлаждения жидких хладоносителей и технологических продуктов; для охлаждения воздуха и газообразных технологических продуктов, т. е.когда происходит непосредственный
теплообмен между охлаждаемым объектом и хладагентом; для охлаждения твердых технологических продуктов; испарители-конденсаторы .
В зависимости от условий циркуляции охлаждаемой жидкости испарители могут быть закрытого или открытого типов. Испарителями закрытого типа называют испарители с
закрытой системой циркуляции охлаждаемой жидкости, прокачиваемой насосом. К ним относятся кожухотрубные и кожухозмеевиковые испарители. Испарителями открытого
типа называют испарители с открытым уровнем охлаждаемой жидкости, циркуляция которой создается мешалкой. К ним относятся вертикально-трубные и панельные испарители.
По характеру заполнения хладагентом испарители разделяют на затопленные и незатопленные. К последним относятся оросительный, кожухотрубный с кипением в трубах, а также змеевиковый испарители с верхней подачей жидкости.
Испарители также разделяют на группы в зависимости от того, на какой поверхности кипит хладагент: в межтрубном пространстве (кожухотрубные затопленные и оросительные) или внутри труб и каналов (кожухотрубные с кипением в трубах, вертикально-трубные и панельные). Последнее разделение важно с точки зрения выбора модели для расчета теплоотдачи кипящей жидкости.
По характеру движения хладагента различают испарители с естественной и вынужденной циркуляцией.
Принцип действия
Кожухотрубный испаритель состоит из широкого горизонтального цилиндра (кожуха), внутри которого находятся трубные решетки. Эти решетки представляют собой набор тонких медных трубок, по которым течет хладоноситель (вода). Диаметр таких трубок, в среднем, составляет 20–25 см., в них
хладоноситель перемещается со скоростью до 2 м/с. В пространстве между трубными решетками находится кипящий хладагент . К обоим краям решетки крепятся патрубки, которые подсоединяются
к системе водоохлаждения. Для повышения теплообмена на наружной части решетки имеется оребрение.В процессе работы хладагент по трубкам перемещается из нижней части испарителя вверх. Во время своего передвижения он охлаждает воду, которая циркулирует с внешней стороны трубок. Разделительные перегородки внутри цилиндра обеспечивают движущейся воде скорость от 0.5 до3 м/с.
Конструкция пластинчатого испарителя представляет собой несколько рядов одноразмерных стальных пластин , соединенных между собой по принципу «елочки». Хладоноситель и хладагент в таком испарителе движутся не параллельно друг другу, а навстречу, каждый внутри своего независимого контура. По сравнению с другими типами испарителей, пластинчатые обладают рядом неоспоримых преимуществ: они отличаются небольшими габаритами; менее подвержены поломкам, а в случая возникновения неисправностей устойчивы к замораживанию; имеют высокую производительность.
Слайд 1
Типы конденсаторов и их применение.
Слайд 2
Конденсатор - устройство для накопления заряда. Один из самых распространенных электрических компонентов. Существует множество разных типов конденсаторов, которые классифицируют по различным свойствам.
Слайд 3
В основном типы конденсаторов разделяют: По характеру изменения емкости - постоянной емкости, переменной емкости и подстроечные. По материалу диэлектрика - воздух, металлизированная бумага, слюда, тефлон, поликарбонат, оксидный диэлектрик (электролит). По способу монтажа - для печатного или навесного монтажа.
Слайд 4
Керамические конденсаторы.
Керамические конденсаторы или керамические дисковые конденсаторы сделаны из маленького керамического диска, покрытого с двух сторон проводником (обычно серебром). Благодаря довольно высокой относительной диэлектрической проницаемости (от 6 до 12) керамические конденсаторы могут вместить достаточно большую емкость при относительно малом физическом размере.
Слайд 5
Пленочные конденсаторы.
Емкость конденсатора зависит от площади обкладок. Для того чтобы компактно вместить большую площадь, используют пленочные конденсаторы. Здесь применяют принцип «многослойности». Т.е. создают много слоев диэлектрика, чередующегося слоями обкладок. Однако с точки зрения электричества, это такие же два проводника разделенные диэлектриком, как и у плоского керамического конденсатора.
Слайд 6
Электролитические конденсаторы.
Электролитические конденсаторы обычно используются когда требуется большая емкость. Конструкция этого типа конденсаторов похожа на конструкцию пленочных, только здесь вместо диэлектрика используется специальная бумага, пропитанная электролитом. Обкладки конденсатора создаются из алюминия или тантала.
Слайд 7
Танталовые конденсаторы.
Танталовые конденсаторы физически меньше алюминиевых аналогов. Вдобавок электролитические свойства оксида тантала лучше чем оксида алюминия - у танталовых конденсаторов значительно менше утечка тока и выше стабильность емкости. Диапазон типичных емкостей от 47нФ до 1500мкФ.Танталовые электролитические конденсаторы также являются полярными, однако лучше переносят неправильное подключение полярности чем их алюминиевые аналоги. Вместе с тем, диапазон типичных напряжений танталовых компонентов значительно ниже – от 1В до 125В.
Слайд 8
Переменные конденсаторы.
Переменные конденсаторы широко используются в устройствах, где часто требуется настройка во время работы - приемниках, передатчиках, измерительных приборах, генераторах сигналов, аудио и видео аппаратуре. Изменение емкости конденсатора позволяет влиять на характеристики проходящего через него сигнала.
Слайд 9
Подстроечные конденсаторы.
Подстроечные конденсаторы используются при разовом или периодическом регулировании емкости, в отличии от «стандартных» переменных конденсаторов, где емкость меняется в «режиме реального времени». Такая настройка предназначена для самих производителей аппаратуры, а не для ее пользователей, и выполняется специальной настроечной отверткой. Обычная стальная отвертка не подходит, так как может повлиять на емкость конденсатора. Емкость подстроечных конденсаторов как правило невелика – до 500 пикоФарад.
Слайд 10
Применение конденсаторов.
Важным свойством конденсатора в цепи переменного тока является его способность выступать в роли емкостного сопротивления (индуктивное у катушки). Если подключить последовательно конденсатор и лампочку к батарейке, то она не будет светиться. Но если подключить к источнику переменного тока, то она загорится. И светиться будет тем ярче, чем выше емкость конденсатора. Благодаря этому свойству они широко применяются в качестве фильтра, который способен довольно успешно подавлять ВЧ и НЧ помехи, пульсации напряжения и скачки переменного тока.
Слайд 11
Благодаря способности конденсаторов долгое время накапливать заряд и затем быстро разряжаться в цепи с малым сопротивлением для создания импульса, делает их незаменимыми при производстве фотовспышек, ускорителей электромагнитного типа, лазеров и т. п. Конденсаторы используются при подключении электродвигателя 380 на 220 Вольт. Он подключается к третьему выводу, и благодаря тому что он сдвигает фазу на 90 градусов на третьем выводе- становится возможным использования трехфазного мотора в однофазной сети 220 Вольт. В промышленности конденсаторные установки применяются для компенсации реактивной энергии.
Слайд 12
Способность конденсатора накапливать и сохранять электрический заряд на продолжительное время, сделало возможным использование его в элементах для сохранения информации. А так же в качестве источника питания для маломощных устройств. Например, пробника электрика, который достаточно вставить в розетку на пару секунд пока не зарядится в нем встроенный конденсатор и затем можно целый день прозванивать цепи с его помощью. Но к сожалению, конденсатор значительно уступает в способности накапливать электроэнергию аккумуляторной батареи из-за токов утечки (саморазряда) и неспособности накопить электроэнергию большой величины.
