Водяной конденсатор - Water capacitor

Из Википедии, свободной энциклопедии
Графическое изображение индуктивно-связанного генератора Маркса на водяных конденсаторах. Синий - это вода между пластинами, а шары в центральной колонне - это искровые промежутки, которые размыкаются, позволяя конденсаторам заряжаться параллельно и быстро разряжаться последовательно.

Вода конденсатор представляет собой устройство , которое использует воду в качестве диэлектрической изолирующей среды.

Теория Операции

Конденсатор представляет собой устройство , в котором вводятся электрическая энергия , и может храниться в течение более позднего времени. 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 обращенных друг к другу поверхностях.

Вода как диэлектрик

В обычных конденсаторах в качестве изолирующей среды для хранения электрического заряда используются такие материалы, как стекло или керамика . Водяные конденсаторы были созданы в основном как новинка или для лабораторных экспериментов, и их можно изготавливать из простых материалов. Вода демонстрирует свойство самоисцеления; при электрическом пробое через воду он быстро возвращается в исходное и неповрежденное состояние. Другие жидкие изоляторы склонны к карбонизации после разрушения и со временем теряют свою удерживающую способность.

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 высокой диэлектрической проницаемостью , 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.

Было доказано, что вода не является очень надежным веществом для длительного хранения электрического заряда, поэтому для конденсаторов в промышленности используются более надежные материалы. Однако преимущество воды заключается 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.

Приложения

Простой тип водяного конденсатора создается за счет использования стеклянных банок, наполненных водой, и некоторого 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. Было показано, что многие переменные, такие как температура, уровень pH и соленость , влияют на проводимость воды. 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).

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.

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 джоулей . На гораздо более низких уровнях накопленная энергия может вызвать повреждение подключенного оборудования. Водяные 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) обычно 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 выделяется масло, оно часто попадает в грунтовые воды , что со временем может вызвать проблемы со здоровьем.

История

Первоначально конденсаторы можно проследить до устройства под названием лейденская банка , созданного голландским физиком Питером ван Мушенбруком . 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.

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. Исследователь-электротехник Никола Тесла описал конденсаторы как «электрический эквивалент динамита».

Ноты

Ссылки