WikiDer > Водяной конденсатор

Water capacitor
Графическое представление индуктивно связанной Генератор Маркса, на основе водяных конденсаторов. Синий цвет - это вода между пластинами, а шары в центральной колонне - это искровые промежутки, которые размыкаются, позволяя конденсаторам заряжаться параллельно и быстро разряжаться последовательно.

А водяной конденсатор это устройство, использующее воду в качестве диэлектрик изолирующая среда.

Теория Операции

А конденсатор представляет собой устройство, в которое вводится электрическая энергия, которая может храниться позднее. Конденсатор состоит из двух проводников, разделенных непроводящей областью. Непроводящая область называется диэлектриком или электрическим изолятором. Примеры традиционных диэлектрических сред: воздух, бумага и некоторые полупроводники. Конденсатор представляет собой автономную систему, изолированную без электрического заряда. Проводники должны удерживать одинаковые и противоположные заряды на своих лицевых поверхностях.[1]

Вода как диэлектрик

Общепринятый конденсаторы использовать материалы, такие как стекло или керамика, в качестве изоляционной среды для хранения электрический заряд. Водяные конденсаторы были созданы в основном как новинка или для лабораторных экспериментов, и их можно изготавливать из простых материалов. Вода демонстрирует свойство самовосстановления; если есть электрический пробой через воду он быстро возвращается в исходное и неповрежденное состояние. Другие жидкие изоляторы склонны к карбонизация после срыва и со временем теряют свою силу удержания.

Недостатком использования воды является короткий промежуток времени, в течение которого она может удерживать напряжение, обычно в диапазоне от микросекунды до десяти микросекунд (мкс). Деионизированная вода относительно недорогая и экологически безопасная. Эти характеристики, наряду с высокими диэлектрическая постоянная, делают воду отличным выбором для создания конденсаторов большой емкости. Если удастся найти способ надежно увеличить время удержания для заданной напряженности поля, тогда будет больше приложений для водяных конденсаторов.[2]

Было доказано, что вода не является очень надежным веществом для длительного хранения электрического заряда, поэтому для конденсаторов в промышленности используются более надежные материалы.[3] Однако у воды есть преимущество в том, что она самовосстанавливается после пробоя, и если вода постоянно циркулирует через деионизирующую смолу и фильтры, то сопротивление потерь и диэлектрические свойства могут быть стабилизированы. Таким образом, в некоторых необычных ситуациях, таких как генерация чрезвычайно высокого напряжения, но очень коротких импульсов, водяной конденсатор может быть практическим решением - например, в экспериментальном рентгеновском генераторе импульсов.[4]

Приложения

Простой тип водяного конденсатора создается за счет использования стеклянных банок, наполненных водой, и изоляционного материала, покрывающего концы банки. Водяные конденсаторы не получили широкого распространения в промышленном сообществе из-за их большого физического размера для данной емкости. Электропроводность воды может измениться очень быстро и непредсказуема, если оставить ее открытой в атмосферу. Многие переменные, такие как температура, pH уровни и соленость было показано, что изменение проводимости в воде. В результате в большинстве приложений есть лучшие альтернативы водяному конденсатору.

Выдерживаемое импульсное напряжение тщательно очищенной воды может быть очень высоким - более 100 кВ / см (по сравнению с примерно 10 см для того же напряжения в сухом воздухе).[5]

Конденсатор предназначен для хранения электроэнергии при отключении от источника заряда. По сравнению с более традиционными устройствами водяные конденсаторы в настоящее время не подходят для промышленного применения. Емкость может быть увеличена путем добавления в воду электролитов и минералов, но это увеличивает самопроизвольную утечку и не может быть достигнуто за пределами ее точки насыщения.[6]

Опасности и преимущества

Современные высоковольтные конденсаторы могут сохранять свой заряд долгое время после отключения питания. Этот заряд может вызвать опасные или даже потенциально смертельные удары, если накопленная энергия превышает несколько единиц. джоули. На гораздо более низких уровнях накопленная энергия может вызвать повреждение подключенного оборудования. Водные конденсаторы, являющиеся саморазрядными (для полностью чистой воды, только термически ионизированной, при 25 ° C (77 ° F) отношение проводимости к диэлектрической проницаемости означает, что время саморазряда составляет около 180 мкс, что быстрее при более высоких температурах или растворенных примесях) не может накапливать достаточно остаточной электроэнергии, чтобы вызвать серьезные телесные повреждения.

В отличие от многих крупных промышленных высоковольтных конденсаторов, водяные конденсаторы не требуют масла. Масло, содержащееся во многих старых конструкциях конденсаторов, может быть токсичным как для животных, так и для человека. Если конденсатор ломается и из него выходит масло, оно часто попадает в конденсатор. уровень грунтовых вод, которые со временем могут вызвать проблемы со здоровьем.[7]

История

Первоначально конденсаторы можно проследить до устройства, называемого лейденская банка, созданный голландским физиком Питер ван Мушенбрук.[8] Лейденская банка состояла из стеклянной банки со слоями оловянной фольги внутри и снаружи банки. Стержневой электрод непосредственно соединялся со слоем фольги с помощью небольшой цепочки или проволоки. Это устройство накапливало статическое электричество, возникающее при трении янтаря и шерсти.[9][1]

Хотя конструкция и материалы, используемые в конденсаторах, сильно изменились на протяжении всей истории, основные принципы остались прежними. В общем, конденсаторы - это очень простые электрические устройства, которые могут найти множество применений в современном технологически продвинутом мире. Современный конденсатор обычно состоит из двух проводящих пластин, зажатых вокруг изолятора. Электротехнический исследователь Никола Тесла описал конденсаторы как «электрический эквивалент динамита».[10]

Примечания

  1. ^ а б Шульц, Александр (2011). Конденсаторы: теория, типы и применение (электронная книга). Ипсвич, Массачусетс: Издательство Nova Science.
  2. ^ Кристиансен, Магне. "DSWA-TR-97-30" (PDF). Агентство специального вооружения обороны.
  3. ^ Эгал, Хаммер, Джефф, Спиннер. «Вода и стеклянный конденсатор». Исследования в использовании свободной энергии, найденной в природе. Джефф Эгал. Получено 26 марта 2013.
  4. ^ Хориока, Кадзухико (март 2007 г.). «Система накачки для капиллярного разрядного лазера» (PDF). Национальный институт термоядерной науки.
  5. ^ Stygar, W.A .; Savage, M.E .; Wagoner, T. C .; Bennett, L.F .; Corley, J. P .; Донован, Г. Л .; Fehl, D. L .; Ives, H.C .; Lechien, K. R .; Leifeste, G.T .; Long, F. W .; McKee, R.G .; Mills, J. A .; Мур, Дж. К .; Рамирес, Дж. Дж .; Stoltzfus, B.S .; Струве, К. З .; Вудворт, Дж. Р. (2009). «Диэлектрические испытания воды на 6МВ». Специальные темы Physical Review - Ускорители и пучки. Sandia Labs. 12. Дои:10.1103 / PhysRevSTAB.12.010402.
  6. ^ Дорф, Ричард С .; Свобода, Джеймс А. (2001). Введение в электрические схемы (5-е изд.). Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. ISBN 978-0-471-38689-6.
  7. ^ Моллер, Питер; Крамер, Бернд (декабрь 1991 г.), «Обзор: электрическая рыба», Бионаука, Американский институт биологических наук, 41 (11): 794–6 [794], Дои:10.2307/1311732, JSTOR 1311732
  8. ^ Болунд, Бьорн Ф; Берглунд, М; Бернхофф, Х. (март 2003 г.). «Диэлектрические исследования смесей вода / метанол для использования в импульсных водяных конденсаторах». Журнал прикладной физики. 93 (5): 2895–2899. Дои:10.1063/1.1544644.
  9. ^ Коротков, С; Аристов, Я; Козлов, А; Коротков Д; Рольник, I (март 2011). «Генератор электрических разрядов в воде». Инструменты и экспериментальные методы. 54 (2): 190–193. Дои:10.1134 / s0020441211010246. S2CID 110287581.
  10. ^ Шектман, Джонатан (2003), Новаторские научные эксперименты, изобретения и открытия 18 века, Greenwood Press, стр. 87–91, ISBN 0-313-32015-2Сьюэлл, Тайсон (1902), Элементы электротехники, Локвуд, стр. 18

Рекомендации