Перейти к содержанию

Чем отличается конденсатор от аккумулятора?

Обновлено Редакция GAW

И конденсатор, и аккумулятор накапливают энергию и отдают её в цепь, но по-разному: в конденсаторе энергия запасена в электрическом поле между обкладками, а аккумулятор отдаёт её за счёт обратимой химической реакции. Сравним электролитический конденсатор Nichicon UVR на 1000 мкФ и 25 В с никель-металлогидридным аккумулятором Energizer NH15-2300 размера AA.

СвойствоКонденсатор UVR, 1000 мкФ 25 ВАккумулятор NH15-2300, AA
Где хранится энергияв электрическом полев химической реакции
Напряжение при разрядепадает пропорционально зарядуоколо номинальных 1,2 В большую часть разряда
Запас энергии0,31 Дж2,76 Вт·ч, около 9900 Дж
Объёмоколо 1,6 см³ (⌀10 × 20 мм)8,3 см³
Энергия в 1 см³около 0,2 Джоколо 1200 Дж

Энергия и напряжение

Энергия конденсатора — половина произведения ёмкости на квадрат напряжения:

E=CU22=1000⋅10−6⋅2522≈0,31 ДжE = \frac{C U^2}{2} = \frac{1000 \cdot 10^{-6} \cdot 25^2}{2} \approx 0{,}31\ \text{Дж}

Аккумулятор при номинальных 1,2 В и ёмкости 2300 мА·ч запасает 1,2 × 2,3 = 2,76 Вт·ч — около 9900 Дж, примерно в 32 000 раз больше, хотя по объёму он больше примерно в пять раз. Формулу и примеры разбирает термин «Энергия конденсатора».

Напряжение конденсатора пропорционально заряду: отдав половину заряда, он теряет половину напряжения и три четверти энергии, и нагрузка получает всё меньшее напряжение. Аккумулятор держит напряжение почти постоянным; под нагрузкой его дополнительно снижает внутреннее сопротивление — у NH15-2300 от 30 до 40 мОм; что это значит, объясняет термин «Внутреннее сопротивление источника».

Где что применяют

Конденсатор подходит для коротких задач — например, сгладить пульсации после выпрямителя, как в ответе «Как рассчитать конденсатор после диодного моста?». Аккумулятор и батарейка питают устройство часами и месяцами — время работы считает калькулятор «Время работы от батареи». Конденсатор к тому же сам теряет заряд через ток утечки — подробнее в ответе «Сколько конденсатор держит заряд?», — а у литиевой CR2032 саморазряд около 1 % в год.

Похожие вопросы

Можно ли заменить батарейку конденсатором?

Только там, где энергии нужно очень мало и ненадолго. По данным Energizer в кубическом сантиметре CR2032 запасено 653 мВт·ч — около 2350 Дж, а у конденсатора 1000 мкФ 25 В — около 0,2 Дж на кубический сантиметр, примерно в 12 000 раз меньше. К тому же напряжение конденсатора падает по мере разряда.

Можно ли зарядить батарейку, как аккумулятор?

Нет: батарейка рассчитана на один разряд. Для литиевой CR2032 Energizer ограничивает обратный — то есть зарядный — ток одним микроампером. Заряжают аккумуляторы, например никель-металлогидридный NH15-2300.

Почему у конденсатора напряжение падает при разряде, а у аккумулятора нет?

Напряжение конденсатора пропорционально заряду, U = Q/C, и с каждым отданным кулоном снижается. У аккумулятора напряжение задаёт химическая система — у никель-металлогидридного номинально 1,2 В, — и по графикам Energizer при разряде оно меняется мало, пока аккумулятор не разрядится почти полностью.

Источники

  1. Nichicon. UVR Miniature Sized Aluminum Electrolytic Capacitors (CAT.8100M) — UVR1E102MPD: 1000 мкФ, 25 В, корпус ⌀10 × 20 мм; ток утечки не больше 0,01CV — 250 мкА — через 2 минуты под номинальным напряжением при 20 °C; допустимый ток пульсаций 960 мА при 85 °C и 120 Гц
  2. Energizer. NH15-2300 (HR6) Rechargeable NiMH AA, Product Datasheet (Form No. NH15-2300GL1118) — никель-металлогидридный аккумулятор AA, IEC HR6; номинальное напряжение 1,2 В; ёмкость 2300 мА·ч при разряде током 460 мА (0,2C) при 21 °C; масса 28 г, объём 8,3 см³; внутреннее сопротивление 30 мОм у заряженного и 40 мОм у наполовину разряженного, допуск ±20 %; графики разряда током 230–4600 мА
  3. Energizer. CR2032 Lithium Coin, Product Datasheet (Form No. 2032NA0618) — литиевый элемент Li/MnO2, номинальное напряжение 3,0 В; ёмкость 235 мА·ч до 2,0 В на нагрузке 15 кОм при 21 °C; масса 3,0 г, объём 1,0 см³; удельная энергия 198 мВт·ч/г и 653 мВт·ч/см³; саморазряд около 1 % в год; обратный ток не больше 1 мкА

Нашли ошибку?

Смотрите также