Ενέργεια που αποθηκεύεται σε έναν πυκνωτή
Η ισχύς UC αποθηκεύεται στην ηλεκτροστατική ισχύ του πυκνωτή και σχετίζεται με τη φόρτιση Q και την τάση V μεταξύ των πλακών πυκνωτή. Ένας φορτισμένος πυκνωτής αποθηκεύει ενέργεια στο ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των πλακών του. Καθώς ο πυκνωτής φορτίζεται, το ηλεκτρικό πεδίο αυξάνεται. Από τον ορισμό της ηλεκτρικής ενέργειας ως ενέργειας ανά μονάδα, θα περίμενε κανείς ότι η ενέργεια που αποθηκεύεται σε αυτόν τον κατάλληλο πυκνωτή θα μπορούσε να είναι απλώς ένα QV. Δηλαδή, όλη η εργασία που γίνεται στη φόρτιση από τη μετακίνηση μιας πλάκας στην άλλη θα εμφανίζεται ως αποθηκευμένη ενέργεια. Αλλά στην πραγματικότητα, η παραπάνω δήλωση δείχνει ότι μόνο μέρος αυτής της λειτουργίας φαίνεται να είναι η ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στον πυκνωτή. Με περιορισμένη αντίσταση, μπορεί κανείς να δείξει ότι η μισή ισχύς που παρέχεται από έναν πυκνωτή φόρτισης μπαταρίας διαχέεται ως θερμότητα στην αντίσταση, ανεξάρτητα από το μέγεθος της αντίστασης.
ΘΕΩΡΙΑ
Πολλοί από εμάς έχουμε δει δράματα στα οποία το ιατρικό προσωπικό χρησιμοποιεί έναν απινιδωτή για να μεταφέρει ηλεκτρική ενέργεια από την καρδιά ενός ασθενούς σε κανονικό ρυθμό. Συνήθως λογικά λεπτομερές, το άτομο που χρησιμοποιεί το σοκ κατευθύνει το άλλο άτομο να «κάνει 400 τζάουλ για αυτό». Η ισχύς που παρέχεται από τον απινιδωτή αποθηκεύεται στον πυκνωτή και μπορεί να ρυθμιστεί ανάλογα με την κατάσταση. Οι μονάδες SI τώρα συχνά νοικιάζονται. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι η χρήση πυκνωτών στη μικροηλεκτρονική, όπως ορισμένοι πάγκοι χειρός, για παροχή ρεύματος όταν φορτίζονται οι μπαταρίες. Οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται επίσης για την τροφοδοσία φωτεινών φώτων στις κάμερες. Σε μια ηλεκτρική αριθμομηχανή η μνήμη αποθηκεύεται χρησιμοποιώντας μεγάλους πυκνωτές που αποθηκεύουν ενέργεια όταν φορτίζονται οι μπαταρίες. Η ενέργεια που αποθηκεύεται σε έναν πυκνωτή είναι ένα ισχυρό ηλεκτρικό δυναμικό, και επομένως σχετίζεται με το Q και τάση V στον πυκνωτή. Πρέπει να είμαστε προσεκτικοί όταν χρησιμοποιούμε τη δυναμική τάση ΔPE =qΔV σε έναν πυκνωτή. Λάβετε υπόψη ότι η φόρτιση δυναμικού ΔPE q υπερβαίνει την τάση ΔV. Αλλά ένας πυκνωτής ξεκινά από μηδενική τάση και σταδιακά φτάνει στην πλήρη τάση του καθώς φορτίζεται. Η αρχική φόρτιση που τοποθετείται στον πυκνωτή συναντά μια αλλαγή στην τάση ΔV =0, καθώς ο πυκνωτής έχει μηδενική τάση εάν δεν είναι φορτισμένος. Το τελικό φορτίο που τοποθετείται στον πυκνωτή συναντά το ΔV =V, καθώς ο πυκνωτής έχει τώρα την πλήρη τάση V μέσα του. Κανονική τάση στον πυκνωτή κατά τη διάρκεια της διαδικασίας φόρτισηςΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΠΟΘΗΚΕΥΜΕΝΗ ΣΕ ΠΥΚΝΩΤΕΣ
Η ισχύς που αποθηκεύεται σε έναν πυκνωτή μπορεί να εκφραστεί με τρεις τρόπους:Ecap =QV/2 =CV /2 =Q /2C
όπου το Q είναι φορτισμένο, το V είναι η τάση και το C είναι η ενέργεια του πυκνωτή. Ισχύς σε τζάουλ με φόρτιση σε κουλόμπ, τάση σε βολτ και ισχύς σε φαράντ.
Σε έναν απινιδωτή, η παράδοση μιας μεγάλης φόρτισης με μια σύντομη έκρηξη ενός σετ κουπιών στο στήθος ενός ατόμου μπορεί να είναι σωτήρια. Ο καρδιακός παλμός ενός ατόμου μπορεί να αναπτυχθεί κατά την έναρξη ενός γρήγορου, μη φυσιολογικού καρδιακού παλμού ή κοιλιακής μαρμαρυγής. Η υπερβολική χρήση ηλεκτροπληξίας μπορεί να εξαλείψει την αρρυθμία και να επιτρέψει στον σωματικό βηματοδότη να επαναλάβει τα φυσιολογικά μοτίβα. Σήμερα είναι σύνηθες φαινόμενο τα ασθενοφόρα να φέρουν απινιδωτή, ο οποίος χρησιμοποιεί ηλεκτροκαρδιογράφημα για να αναλύσει τον καρδιακό ρυθμό του ασθενούς. Αυτόματοι εξωτερικοί απινιδωτές (AED) είναι διαθέσιμοι στους περισσότερους κοινόχρηστους χώρους (Εικόνα 2). Αυτά προορίζονται για χρήση από το ευρύ κοινό. Το μηχάνημα ανιχνεύει αυτόματα την κατάσταση της καρδιάς του ασθενούς και χρησιμοποιεί κραδασμούς με την κατάλληλη ένταση και συχνότητα. Η ΚΑΡΠΑ συνιστάται στις περισσότερες περιπτώσεις πριν από τη χρήση του AED.
Εφαρμογές ενέργειας πυκνωτών
Ακολουθούν μερικές εφαρμογές της ισχύος πυκνωτή:Ένας απινιδωτής που χρησιμοποιείται για τη διόρθωση του μη φυσιολογικού καρδιακού ρυθμού φέρνει μεγάλη ποσότητα σύντομης έκρηξης στην καρδιά ενός ατόμου. Η υπερβολική ηλεκτροπληξία μπορεί να σταματήσει την αρρυθμία και να επιτρέψει στον φυσικό βηματοδότη του σώματος να ξαναρχίσει τον κανονικό του ρυθμό. Ο απινιδωτής χρησιμοποιεί την ενέργεια που αποθηκεύεται στον πυκνωτή. Ο εξοπλισμός ήχου, τα αδιάλειπτα τροφοδοτικά, το φως της κάμερας, τα δυναμικά φορτία όπως τα μαγνητικά πηνία και τα λέιζερ χρησιμοποιούν ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στους πυκνωτές.
Οι υπερπυκνωτές είναι σε θέση να αποθηκεύουν μεγάλη ποσότητα ενέργειας και μπορούν να προσφέρουν νέες τεχνολογικές ευκαιρίες.
