Конденсатор.

Лирическое отступление 1.

Представьте себе очень, очень, очень большой  кусок упругой  эластичной «Резины-вакуум» 

 

 

И, где-то там внутри этого бесконечно большого куска «резины-вакуум» пусть будет дискообразная полость диаметром D и толщиной t, заполненная «водой».

Пусть  t<<D  до такой степени, что им можно пренебречь..

Для упрощения рассуждений, я перерисую картинку в двумерном формате, «в разрезе» 

 

 

 

 

Пусть эластичность «резины-вакуум», величина обратная ее жесткости, характеризуется неким коэффициентом эластичности e0.

«Вода» спокойно живет в резине, не напрягая ее.

Давление «воды» в полости  p=0.

Что будет, если я с помощью «шприца» попытаюсь добавить «воды в полость» под некоторым давлением U? 

 

 

 

Очевидно, дополнительная «вода» начнет давить на стенки «резиновой» полости с некоторым давлением U.

«Резина-вакуум», упруго напрягаясь, в свою очередь, станет давить на «воду».

И, когда давление резины-вакуум на «воду» станет равным U, воды в полости перестанет прибавляться.

Очевидно, что этот дополнительный объем  «воды» Q определяется эластичностью «резины-вакуум» e, площадью поверхности полости S, и давлением, развиваемым «шприцем» U

Q  ~ e0*U*S (1)

Если теперь «шприц» убрать, внутри полости останется дополнительной «воды» под давлением U. 

 

 

 

Если теперь, вставить в полость трубку, то «резина-вакуум», восстанавливая форму, выдавит из полости избыток воды Q, и «статус-кво» будет восстановлен..

Разделим (1) на U

c  ~ e0 *S (2)

Полученный коэффициент назовем «емкостью» полости.

«Емкость» будет характеризовать способность полости накапливать дополнительное количество «воды» Q , удерживать его и отдавать обратно.

Как видим, «емкость» полости зависит только от упругих свойств «резины-вакуум», и площади поверхности полости.

Обратите внимание, друзья!

Это крайне важно понимать!

И «основная вода» и «дополнительная» хранятся в «резине»

 

Усложню конструкцию «водохранилища».

Рядом с первой полостью, на расстоянии d сделаю вторую такую же.

И, усовершенствую устройство,  введя в конструкцию стационарные «иглы» - узлы для ввода и вывода «дополнительной воды» ..

  

 

 

Теперь, подключу к «водохранилищам» Насос, и стану перекачивать «воду» из правой полости в левую..

  

 

 

По мере перекачки, упругая перегородка между полостями будет деформироваться прогибаться, в правой полости «воды» будет становиться все меньше, в левой полости на столько же больше.

Понятно, что чем тоньше перегородка между полостями, тем легче она гнется..

В некоторый момент упругая сила перегородки сравняется с силой Насоса, и перекачка воды прекратится…

Количество перекаченной из полости в полость «воды» составит..

Q ~ e0*U*S/d (3)

Если Насос отключить, то внутри полостей окажутся отличные на Q количества «воды» и разность давлений между полостями будет U 

 

 

 

Разделим (3) на U

C ~ e0*S/d (4)

Это – выражение для емкости системы из двух смежных полостей.

Если, соединить полости трубкой, то перегородка, восстанавливая форму, вытолкнет избыток воды Q из левой полости в правую, и «статус-кво» будет восстановлен.

 

 

 

Можно-ли еще улучшить «хранилище»?

Можно.

Если вставить в  «резину-вакуум - вакуум» между полостями кусок более эластичной «резины-диэлектрика», с коэффициентом эластичности в e раз большей чем у «резины  

 

 

 

«Водяная» емкость такой системы составит..

C ~ e0*e*S/d (4)

Что будет, если толщина перегородки между полостями d будет слишком малой, или, или  давление насоса U слишком большим?

Правильно, в этом случае произойдет «пробой».

Перегородка порвется и система перестанет работать.

Что будет, если уже увеличивать толщину Перегородки уже «заряженной» системы?

Правильно..

Перепад давлений U между полостями будет возрастать .