Kondensaatori elektrivälja energia purustab arbuusi?

Juhuslik valik elektroonikas kasutatavaid kondensaatoreid.

Patarei ning kondensaatori tugevaim ühine nimetaja on võime muundada nendesse talletatud potentsiaalne energia elektrienergiaks, ehk panna vooluahel tööle. Ent energia salvestamise viis on neil hoopis erinev. Kui patareis talletub energia elektrokeemiliselt, siis kondensaatoris salvestub energia elektrivälja. Ometi on neil mõistetel mikromaailmas ühisosa, sest ka keemilised reaktsioonid toimuvad elektrivälja vahendusel, ent tegelikkuses pole see enamatel juhtudel määrav.

Teiseks erinevad patarei ning kondensaator energiatiheduse poolest. Võtame keskmise AA-suurusega leelispatarei. Selle mahtuvus on tavaliselt vahemikus 1800-2600 mAh, klemmpinge 1,5 V ning kaalub ligikaudu 23 g. Otsime internetist juhusliku vastava massiga elektrolüütkondensaatori: see laadub maksimaalselt pingeni 25 V, on mahtuvusega 1000 µF ning kaalub 25 g.

Nüüd tuleb teha ka tavaelus praktiline ühikute teisendamine:

mAh ehk milliampertundi kasutatakse patareide mahtuvuse kirjeldamisel sageli. Teisendame selle ühikuks, mida on hõlbus kondensaatori võrdluses kasutada: 1 A·h = 3600 s·A = 3600 s·C/s = 3600 C. Ehk meie valitud AA patarei, mille keskmine mahtuvus on 2200 mAh, mahutab 7920 C (kulonit) laengut. See on tegelikult väga suur laeng - varsti selgub, miks. Et patarei kaalub 23 g, saame selle energiatiheduseks 7920 C / 23 g = 344,3 C/g.

Kondensaatorisse talletatud laengu saab arvutada sõbralikust valemist

kus Q on laeng kulonites, C on kondensaatori mahtuvus faradites ning V on kondensaatori plaatide vaheline pinge voltides.

Leiame valitud kondensaatori maksimaalse laengu: Q=1000·10-6 F · 25 V = 0,025 C! Erinevus on kolmesaja tuhande kordne. Selle kondensaatori energiatihedus on seega 0,025 C / 25 g = 1 mC / g.

Selgub, et samas kaalukategoorias mahub harilikku AA patareisse kondensaatorist tuhat korda rohkem elektrienergiat!

Nüüd jõuame kolmanda väga olulise erinevuseni: olgugi, et patareisse mahub väga palju kuloneid laengut, suudab kondensaator enda laengust (elektrivälja potentsiaalsest energiast) palju kiiremini vabaneda. Mida rohkem energiat ajaühikus välja anda, seda võimsam kaadervärk on.

Selle tõdemuse muljetavaldav tegelikkus kajastub pildil, millel lendab parasjagu õhku arbuus. Arbuusi lühistati kondensaator (suur plokk pildi paremas pooles), mis andis hetkeliselt välja 9000 J pingel 9000 V. Teisendame selle ümber kuloniteks: C=J/V, ehk kõrvitsvilja vallandati laeng 1 C. Hämmastav, aga tõsi, 7000 korda vähem energiat kui ühes väikses AA patareis kokku.

Kondensaator ja arbuus