Πώς να υπολογίσετε την ενέργεια που αποθηκεύεται σε ένα Capacito
Ένας απινιδωτής προκαλεί σοκ στην καρδιά του ασθενούς και πάλι στον κανονικό ρυθμό. Όλοι έχουμε γίνει μάρτυρες αυτής της διαδικασίας στη λαϊκή κουλτούρα. Ένα άτομο λαμβάνει οδηγίες να δώσει 400 τζάουλ για να αναζωογονήσει ένα άτομο που πρόκειται να πεθάνει. Ένας πυκνωτής στεγάζει στην πραγματικότητα την ενέργεια που παρέχει ο απινιδωτής στον ετοιμοθάνατο. Η ενέργεια SI μετριέται συνήθως σε joules.
Συσκευές όπως οι αριθμομηχανές χρησιμοποιούν πυκνωτές για να αποθηκεύσουν την ενέργειά τους. Αυτοί οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται στη συνέχεια για την παροχή ενέργειας στη συσκευή όταν χρειάζεται. Οι λαμπτήρες φλας στις κάμερες χρησιμοποιούν επίσης πυκνωτές ως πηγή ενέργειας. Αυτό το άρθρο καλύπτει την έννοια του πυκνωτή, τις εφαρμογές του, τα παραδείγματα και τα βήματα για τον υπολογισμό της ενέργειας που αποθηκεύεται σε έναν πυκνωτή.
Πώς να υπολογίσετε την ενέργεια που έχει αποθηκευτεί σε έναν πυκνωτή;
Σε έναν πυκνωτή, το Q είναι φορτίο και το V είναι τάση. Σχετίζονται στενά με την ενέργεια που στεγάζει. Πρέπει να είμαστε προσεκτικοί όταν χρησιμοποιούμε την εξίσωση, ⃤ PE =, ⃤ qV για να αναπαραστήσουμε τη δυναμική ενέργεια. Το PE χρησιμοποιείται για να συμβολίσει την ενέργεια του Q που διέρχεται από το V.
Ο πυκνωτής συνήθως ξεκινά χωρίς τάση και τον αυξάνει με την πάροδο του χρόνου μέχρι να φτάσει στο μέγιστο δυναμικό του. Η τάση αλλάζει σε ⃤ V =0 για πρώτη φορά επειδή οι πυκνωτές δεν έχουν ενέργεια όταν δεν φορτίζονται. Αφού φορτιστεί στη μέγιστη τάση του, ⃤ V=V.
Η πλήρης φόρτιση q έχει μέση τάση V/2, η οποία είναι ίδια με την τάση V/2. Ως αποτέλεσμα της αποθηκευμένης ενέργειας του πυκνωτή, Ecap =QV/2, το φορτίο που εφαρμόζεται σε έναν πυκνωτή που έχει εφαρμοζόμενη τάση V είναι γνωστό ως Q. Η ενέργεια δεν θα είναι στην πραγματικότητα QV, αλλά αντίθετα QV/2.
Υπάρχουν τρεις ισοδύναμες συνθέσεις για το Ecap επειδή το φορτίο, καθώς και η τάση, συνδέονται με την χωρητικότητα C με τον τύπο:
Ecap =QV/2 =CV2/2 =Q2/2C
Στον τύπο, το Q υποδηλώνει το φορτίο και το V δείχνει την τάση σε έναν πυκνωτή C, αντίστοιχα. Τα τζάουλ, τα κουλόμπ, η τάση και η χωρητικότητα μετρώνται σε βολτ και φαράντ.
Η ικανότητα ενός απινιδωτή να μεταφέρει γρήγορα μια σημαντική φόρτιση σε ένα σετ κουπιών στο στήθος ενός ατόμου μπορεί να σώσει μια ζωή. Η κολπική ή η κοιλιακή μαρμαρυγή μπορεί να ήταν ο ένοχος σε καρδιακή προσβολή. Ένα σοβαρό ηλεκτροπληξία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να σταματήσει οι αρρυθμίες και να αποκατασταθεί ο βηματοδότης του σώματος.
Τα ασθενοφόρα είναι πλέον εξοπλισμένα με απινιδωτές, οι οποίοι χρησιμοποιούν ηλεκτροκαρδιογράφημα για την παρακολούθηση του καρδιακού παλμού του ασθενούς.
Οι AED (αυτόματοι εξωτερικοί απινιδωτές) μπορούν να βρεθούν σχεδόν σε οποιοδήποτε δημόσιο χώρο. Χρησιμοποιούν μια κατάλληλη ποσότητα ενέργειας και κυματομορφής για να χορηγήσουν το σοκ μετά τον προσδιορισμό της καρδιακής κατάστασης του ασθενούς. Η ΚΑΡΠΑ θα πρέπει σχεδόν πάντα να προηγείται της χρήσης του AED σε πολλές περιπτώσεις.
Παράδειγμα
Ένας καρδιακός απινιδωτής εκφορτώνει έναν πυκνωτή στα 1,00 x 104 V για να αποδώσει 4,00 x 102 J ενέργειας. Ποια θα είναι η χωρητικότητά του;
Η χωρητικότητα C πρέπει να καθοριστεί από τις τιμές των Ecap και V. Η πιο βολική από τις τρεις στο πρόβλημα για το Ecap είναι Ecap =CV2/2.
Ας χρησιμοποιήσουμε τα σχήματα του προβλήματος στους τύπους και ας βρούμε την απάντηση:
C =2Ecap/V2 =2(4,00×102 J)/(1,00 x 104 V)2 =8,00 x 10-6 F
=8,00μF
Εφαρμογές ενός πυκνωτή
Ισχύς μπαταρίας:Οι πυκνωτές μπορούν να αποθηκεύσουν ηλεκτρική ενέργεια όταν συνδέονται σε ένα κύκλωμα. Μια προσωρινή μπαταρία μπορεί να συνεχίσει να χρησιμοποιείται ακόμα κι αν πρόκειται να αποσυνδεθεί από την πηγή ρεύματος. Όταν οι μπαταρίες πρέπει να αντικατασταθούν, οι πυκνωτές βοηθούν στη διατήρηση μιας σταθερής τροφοδοσίας. Αυτό ελαχιστοποιεί την απώλεια δεδομένων σε ασταθή μνήμη.
Ισχύς και όπλα σε γρήγορη διαδοχή:Οι δυνατότητες χαμηλής επαγωγής και υψηλής τάσης καθιστούν τους πυκνωτές ιδανικούς για ένα ευρύ φάσμα συσκευών παλμικής ισχύος που απαιτούν υψηλά επίπεδα ρεύματος. Σε αυτά τα gadget μπορούν να τοποθετηθούν παλμικά λέιζερ, επιταχυντές σωματιδίων και ηλεκτρομαγνητικές συσκευές.
Προπόνηση δύναμης:Οι πυκνωτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ρύθμιση ισχύος. Οι ανορθωτές πλήρους ή μισού κύματος επωφελούνται από τη συμπερίληψή τους σε τροφοδοτικά. Οι υψηλότερες τάσεις που δημιουργούνται από τους πυκνωτές συμβάλλουν στην αποθήκευση ενέργειας, γεγονός που τους καθιστά χρήσιμους στη φόρτιση των κυκλωμάτων της αντλίας.
Ασφάλεια πυκνωτών
Ογκώδεις ποσότητες ενέργειας μπορεί να είναι επικίνδυνες εάν δεν ελέγχονται σωστά ή δεν αντιμετωπίζονται με προφύλαξη στην περίπτωση των πυκνωτών. Εάν ένας πυκνωτής αποσυνδεθεί από την παροχή ρεύματος για μεγάλο χρονικό διάστημα, η τεράστια ποσότητα ενέργειας μπορεί να προκαλέσει καταστροφικές ηλεκτροπληξίες και ενδεχομένως να σκοτώσει τον εξοπλισμό. Οι πυκνωτές θα πρέπει πάντα να αποφορτίζονται πριν χρησιμοποιήσετε οποιαδήποτε ηλεκτρική συσκευή για να αποφευχθεί αυτό.
Συμπέρασμα
Οι αριθμομηχανές, οι απινιδωτές και οι λαμπτήρες flash χρησιμοποιούν πυκνωτές για την αποθήκευση ενέργειας. Υπάρχουν τρεις μέθοδοι για να εκφράσετε την ποσότητα της αποθηκευμένης ενέργειας:
Ecap =QV/2 =CV2/2 =Q2/2C
Η χωρητικότητα αντιπροσωπεύεται από το C, το φορτίο αντιπροσωπεύεται από το Q και η τάση με το V. Η μονάδα φόρτισης είναι κουλόμπ, η χωρητικότητα είναι φαράντ και η μονάδα τάσης είναι τα βολτ. Τώρα που τελειώσαμε με το θέμα του πώς να υπολογίσουμε την ενέργεια που αποθηκεύεται σε έναν πυκνωτή, ας δούμε την ερώτηση «πώς να υπολογίσουμε την ενέργεια που είναι αποθηκευμένη σε έναν πυκνωτή;» και την απάντησή της.
