Диэлектрик хранитель заряда. Передача энергии через диэлектрик

Конденсатор - это устройство, способное накапливать энергию с последующей отдачей в нагрузку. Устройство конденсатора состоит из двух пластин разделённых слоем диэлектрика. Такое простое устройство конденсатора отражено в его графическом изображении для радиосхем – см. рис. 1.

Рис. 1.

Заряд накапливается на пластинах, а диэлектрик должен обеспечить изоляцию пластин друг от друга и предотвратить появление пробоя при допустимом напряжении.

Диэлектриком для конденсатора может быть как твёрдый материал (бумага, слюда, полимерные материалы и т.д.), так и жидкий (масло и т.п.) и даже газообразный (воздух). От диэлектрика зависит возможный режим работы конденсатора по таким параметрам как нагрев, пробой, а так же стоимость. Но, как выяснилось на практике, у диэлектрика есть ещё одна очень важная функция – хранение заряда .

Чтобы убедиться в этом, было проведено несколько опытов, которые несложно повторить в домашних условиях. Для простоты эксперимента лучше использовать высокое напряжение, ведь на нём можно визуально определить наличие заряда. Если закоротить пластины, то можно увидеть высоковольтную искру. Только не забывайте соблюдать технику безопасности при работе с высоким напряжением.

2.    Опыт №1. Где хранится зарядконденсатора

Для первого опыта были взяты две пластины из фольгированного текстолита размером 150х150мм, которые выполняют роль обкладок конденсатора. В качестве диэлектрика был использован полимерный материал (пластмасса), продающийся в магазине под видом кухонной разделочной доски – см. рис. 2. Впоследствии опыт был воспроизведён с другими материалами в качестве диэлектрика (плёнка защиты экрана планшета, пластиковая папка и т.д.) с одинаковым результатом. Диэлектрик выбирался таким образом, чтобы по площади он превосходил обкладки конденсатора, находясь между ними. Конденсатор собирается в соответствии с его описанием во всех учебниках, а именно, снизу медная пластина, посередине диэлектрик и сверху медная пластина.

Рис. 2.

Полученный конденсатор заряжается от источника высокого напряжения (порядка 9 кВ). К нижней пластине подаётся отрицательный потенциал, а к верхней положительный. Конденсатор заряжается быстро, так как его ёмкость незначительна, учитывая «кустарное» изготовление. После чего разбираем конденсатор на составные части - две пластины и диэлектрик. Пластины соединяем друг с другом для того, чтобы заряд,

Доклады независимых авторов 2019 выпуск 45 накопленный на пластинах, был нейтрализован. Диэлектрик «вертим» в руках. После такого действия собираем конденсатор в рабочее состояние. Сначала нижняя пластина, потом диэлектрик и верхняя пластина. Остался ли заряд в конденсаторе после его полной разборки и закорачивании пластин друг с другом?

Для ответа на этот вопрос необходимо проводом закоротить верхнюю и нижнюю пластину. Можно убедиться, что при этом проскочит высоковольтная искра. Это значит, что конденсатор был заряжен! Но мы же прижимали пластины друг к другу и, если бы на обкладках был заряд, то он был бы нейтрализован? Это означает, что что заряд хранится в диэлектрике, во всяком случае – преобладающая часть заряда.

Видео этого опыта представлено в моём видео [1].

3.    Опыт №2. Обкладки разной площади

В следующем опыте из предоставленного видео я попытался установить опытным путём, весь ли диэлектрик сохраняет заряд или только та область, которая оказывается между перекрывающимися плоскостями обкладок конденсатора.

Рис. 2.

На большую (нижнюю) пластину был уложен всё тот же диэлектрик – разделочная доска. Верхняя пластина изготовлена из жести и имеет площадь значительно меньшую, чем нижняя пластина – см. рис. 3. Получается конденсатор с обкладками разной площади. Заряжаю его высоким напряжением. Далее произвожу полную разборку конденсатора. Соединяю обкладки (без диэлектрика) для нейтрализации заряда, который хранится на обкладках в соответствии с описанием классической физики. Конденсатор был вновь собран, но в качестве верхней пластины взята другая пластина из жести, ещё меньшая по площади, чем та, с которой происходила зарядка конденсатора. К тому же эта обкладка была установлена в другое место, чем та обкладка, с которой происходил заряд. Есть ли теперь заряд в конденсаторе? Проверяю наличие заряда закорачиванием обкладок.

Рис. 4.

Искра есть – см. рис. 4! Это свидетельствует о том, что диэлектрик распределил хранимый заряд по своей площади, перекрываемой большей пластиной, хотя вторая пластина была меньшей площади. Заряд конденсатора хранится не только в том месте, которое находилось в перекрываемой площади обоих обкладок, но и по всей площади диэлектрика, перекрываемой большей пластиной. Это видно при перемещении верхней пластины в другие места, в том числе и в место установки пластины, при которой происходил заряд. На всей площади диэлектрика, перекрываемой нижней пластиной (обкладкой) я получал искру, свидетельствующую о заряде конденсатора.

Видео этого опыта так же представлено в моём видео [1].

4.    Опыт №3. Различные местадиэлектрика.

В следующем опыте была проверена идея, что диэлектрик хранит заряд конденсатора, «поляризуясь» лишь в площади пересечения плоскостей обкладок, а не по всей своей имеющейся площади. Для этого, в качестве обкладок конденсатора, были взяты пластины намного меньше по площади, чем диэлектрик (пластиковая доска). После приложения напряжения к пластинам, которые перекрывали определённое место диэлектрика, конденсатор был заряжен. Произвожу разборку всей конструкции и соединяю между собой пластины обкладок для нейтрализации заряда пластин. Собираю конденсатор так, что теперь диэлектрик помещён между пластинами не в том месте, в котором происходил 104

заряд. Сохранил ли конденсатор, состоящий из тех же пластин и диэлектрика, свой заряд?

При проведении проверки закорачиванием – установлено, что заряд конденсатора отсутствует (либо незначителен). При помещении пластин в то место на диэлектрике, в котором конденсатор был заряжен, происходит проскакивание искры при замыкании конденсатора – см. рис. 5.

Рис. 5.

Это свидетельствует о наличии у него заряда. Заряд хранится в диэлектрике на площади, перекрываемой пластинами конденсатора, и отсутствует в диэлектрике на площади, не находящейся в перекрытии с обкладками конденсатора.

Видео этого опыта есть в том же моём видео [1].

6.    Передача энергии через диэлектрик

В результате описанных выше опытов было установлено, что заряд конденсатора хранится в диэлектрике, причём в той области, в которой при заряде находились площади обкладок. Значит, существует возможность передавать электричество не только через проводники, но и через диэлектрик.

Для этих целей была построена конструкция, в которой диэлектрик может вращаться. Диэлектрик выполнен в форме диска. В одном секторе он проходит между пластинами (обкладками) конденсатора, там заряд помещается в диэлектрик – см. рис. 7.1. Для лучшей визуализации между обкладками находится высокое напряжение, достаточное для зарядки конденсатора и видимого искрового пробоя при его закорачивании.

отрицательная обкладка

область диска хранящая заряд положительная обкладка

после подачи напряжения на обкладки

приобретение заряда

Рис. 7.1

перемещение заряда

область диска хранящая заряд после зарядки диэлектрика

Рис. 7.2

В результате вращения диска, заряженный участок диэлектрика перемещается – см. рис. 7.2. При перемещении уже заряженного участка происходит зарядка следующего участка. Это происходит непрерывно при непрерывном вращении диска.

Далее диэлектрик попадает в площадь пересечения обкладок приёмного конденсатора – см. рис. 7.3. Для визуализации перемещения заряда от одного конденсатора (передающего) к приёмному, на последнем установлен разрядник, который пробивается искрой при наличии заряда у конденсатора.

Видео данного опыта предоставлено в видео [2].

Изготовление установки для данного опыта можно увидеть в видео [3].

заряда

приёмная обкладка область диска принесшая заряд на приёмные обкладки отдача

Рис. 7.3

7.    Заключение

Мы знаем о магнитных материалах (железо, ферриты и т.п.), которые после воздействия на них магнитным полем, приобретают магнитные свойства, т.е. становятся магнитами. По аналогии с ними ведут себя диэлектрики, которые приобретают электростатические свойства под воздействием на них электростатическим полем. При этом заряженные пластины из диэлектрика можно перемещать и они при этом не теряют своих свойств. Они сохраняют заряд, который впоследствии может быть преобразован в электричество просто при помещении такого диэлектрика между двумя металлическими пластинами. При изучении свойств различных диэлектриков возможно наращивание объёма заряда хранящегося в диэлектрике.

При невысокой стоимости полимерных материалов по сравнению с металлами, существует перспектива переноса электричества не конденсаторами или аккумуляторами, в которых значительное количество металлов, а просто – «заряженными» диэлектриками.

Много опытов по альтернативной энергетике, вы сможете найти на моём ЮТУБ-канале [4].