La capacitancia eléctrica del globo, como se conoce por el curso de física, es de aproximadamente 700 μF. Un condensador convencional de esta capacidad se puede comparar en peso y volumen con un ladrillo. Pero también hay condensadores con la capacidad eléctrica del globo, igual en tamaño a un grano de arena: supercondensadores.
Tales dispositivos aparecieron relativamente recientemente, hace veinte años. Se denominan de forma diferente: ionistores, iónicos o simplemente supercondensadores.
No crea que solo están disponibles para algunas firmas aeroespaciales de alto vuelo. Hoy en día, puede comprar en una tienda un ionistor del tamaño de una moneda y una capacidad de un faradio, que es 1.500 veces la capacidad de la Tierra y está cerca de la capacidad del planeta más grande del sistema solar: Júpiter.
Cualquier capacitor almacena energía. Para comprender qué tan grande o pequeña es la energía almacenada en el supercondensador, es importante compararla con algo. Aquí hay una forma algo inusual, pero visual.
La energía de un condensador ordinario es suficiente para que salte alrededor de metro y medio. ¡Un minúsculo supercondensador de 58-9 V con una masa de 0,5 g, cargado con un voltaje de 1 V, podría saltar a una altura de 293 m!
A veces se piensa que los supercondensadores son capaces de reemplazar cualquier batería. Los periodistas retrataron el mundo del futuro con coches eléctricos silenciosos propulsados por supercondensadores. Pero esto todavía está lejos de serlo. Un ionistor que pesa un kg es capaz de almacenar 3000 J de energía, y la peor batería de plomo-ácido - 86 400 J - es 28 veces más. Sin embargo, cuando se entrega alta potencia en poco tiempo, la batería se deteriora rápidamente y solo se descarga a la mitad. El supercondensador emite energía repetidamente y sin ningún daño a sí mismo, si tan solo los cables de conexión pudieran soportarlos. Además, el supercondensador se puede cargar en cuestión de segundos y la batería suele tardar horas.
Esto determina el campo de aplicación del supercondensador. Es buena como fuente de energía para dispositivos que consumen mucha energía durante un período corto de tiempo, pero con la frecuencia suficiente: equipos electrónicos, linternas, arrancadores de automóviles, martillos neumáticos eléctricos. El supercondensador también se puede utilizar con fines militares como fuente de energía para armas electromagnéticas. Y en combinación con una pequeña planta de energía, el supercondensador le permite crear automóviles con tracción eléctrica y un consumo de combustible de 1-2 litros por 100 km.
Se venden ionistores para una amplia variedad de capacidades y voltajes de funcionamiento, pero son caros. Entonces, si tiene tiempo e interés, puede intentar hacer un ionistor usted mismo. Pero antes de dar un consejo específico, un poco de teoría.
Se conoce por la electroquímica: cuando un metal se sumerge en agua, se forma una llamada doble capa eléctrica en su superficie, que consta de cargas eléctricas opuestas: iones y electrones. Entre ellos actúan fuerzas de atracción mutua, pero las cargas no pueden acercarse. Esto se ve obstaculizado por las fuerzas de atracción del agua y las moléculas de metal. Esencialmente, la doble capa eléctrica no es más que un condensador. Las cargas concentradas en su superficie desempeñan el papel de placas. La distancia entre ellos es muy pequeña. Y, como sabe, la capacitancia de un capacitor aumenta con una disminución en la distancia entre sus placas. Así, por ejemplo, la capacidad de un radio de acero convencional sumergido en agua alcanza varios mF.
En esencia, un supercondensador consta de dos electrodos con un área muy grande sumergida en el electrolito, en cuya superficie se forma una doble capa eléctrica bajo la acción del voltaje aplicado. Es cierto que utilizando placas planas ordinarias, sería posible obtener una capacitancia de solo unas pocas decenas de mF. Para obtener las grandes capacidades características de los ionistores, se utilizan en ellos electrodos hechos de materiales porosos con una gran superficie de poros y pequeñas dimensiones externas.
Para esta función, se probaron a su debido tiempo metales de esponja, desde titanio hasta platino. Sin embargo, resultó ser incomparablemente mejor que todos los demás ... carbón activado ordinario. Este es el carbón vegetal, que se vuelve poroso después de un procesamiento especial. El área de superficie de los poros de 1 cm3 de dicho carbón alcanza miles de metros cuadrados, ¡y la capacidad de la doble capa eléctrica sobre ellos es de diez faradios!
Supercondensador casero La Figura 1 muestra el diseño del supercondensador. Consiste en dos placas de metal presionadas firmemente contra el "relleno" de carbón activado. El carbón se coloca en dos capas, entre las cuales hay una capa delgada de separación de una sustancia que no conduce electrones. Todo esto está saturado de electrolito.
Cuando el supercondensador está cargado, se forma una doble capa eléctrica con electrones en la superficie en una mitad de él en los poros del carbón y con iones positivos en la otra mitad. Después de la carga, los iones y electrones comienzan a fluir entre sí. Cuando se encuentran, se forman átomos metálicos neutros y la carga acumulada disminuye y, con el tiempo, puede desaparecer por completo.
Para evitar esto, se introduce una capa de separación entre las capas de carbón activado. Puede consistir en varias películas delgadas de plástico, papel e incluso algodón.
En los ionistores aficionados, el electrolito es una solución de cloruro de sodio al 25% o una solución de KOH al 27%. (A concentraciones más bajas, no se formará una capa de iones negativos en el electrodo positivo).
Como electrodos se utilizan placas de cobre con cables soldados previamente. Sus superficies de trabajo deben limpiarse de óxidos. En este caso, es recomendable utilizar una lija de grano grueso que deje rayones. Estos rayones mejorarán la adherencia del carbón al cobre. Para una buena adherencia, las placas deben estar desengrasadas. El desengrasado de las placas se realiza en dos etapas. Primero, se lavan con jabón y luego se frotan con polvo de dientes y se lavan con un chorro de agua. Después de eso, no debes tocarlos con los dedos.
El carbón activado comprado en una farmacia se muele en un mortero y se mezcla con electrolito para obtener una pasta espesa, que se extiende sobre placas cuidadosamente desgrasadas.
En la primera prueba, las placas con un bloc de papel se colocan una encima de la otra, luego intentaremos cargarla. Pero hay una sutileza aquí. A un voltaje de más de 1 V, comienza la liberación de gases H2, O2. Destruyen los electrodos de carbono e impiden que nuestro dispositivo funcione en modo supercondensador.
Por lo tanto, debemos cargarlo desde una fuente con un voltaje no superior a 1 V. (Es este voltaje para cada par de placas el que se recomienda para el funcionamiento de supercondensadores industriales).
Detalles para los curiosos
Por encima de 1,2 V, el supercondensador se convierte en un acumulador de gas. Este es un dispositivo interesante, que también consta de carbón activado y dos electrodos. Pero estructuralmente está hecho de manera diferente (ver Fig. 2). Por lo general, toman dos varillas de carbón de una celda electroquímica vieja y atan bolsas de gasa de carbón activado a su alrededor. Se utiliza una solución de KOH como electrolito. (No debe usarse una solución de cloruro de sodio porque el cloro se libera durante la descomposición).
La capacidad de energía del acumulador de gas alcanza los 36.000 J / kg o 10 Wh / kg. Esto es 10 veces más que el de un supercondensador, pero 2,5 veces menos que el de una batería de plomo-ácido convencional. Sin embargo, una batería de almacenamiento de gas no es solo una batería de almacenamiento, sino una celda de combustible única. Cuando se carga, se liberan gases en los electrodos: oxígeno e hidrógeno. Se "asientan" en la superficie del carbón activado. Cuando aparece una corriente de carga, se conectan para formar agua y una corriente eléctrica. Este proceso, sin embargo, transcurre muy lentamente sin un catalizador. Y resultó que solo el platino puede ser un catalizador ... Por lo tanto, a diferencia de un ionistor, un acumulador de gas no puede producir grandes corrientes.
Sin embargo, el inventor de Moscú A.G. Presnyakov (http: //chemfiles.narod .r u / hit / gas_akk.htm) usó con éxito un acumulador de gas para arrancar el motor de un camión. Su peso sólido, casi tres veces más de lo habitual, fue tolerable en este caso. Pero el bajo costo y la ausencia de materiales tan dañinos como el ácido y el plomo parecían extremadamente atractivos.
Un acumulador de gas del diseño más simple resultó inclinado a completarse la autodescarga en 4-6 horas. Esto puso fin a los experimentos. ¿Quién necesita un automóvil que no se puede encender después de pasar la noche?
Y, sin embargo, la "gran tecnología" no se ha olvidado de los acumuladores de gas. Potentes, livianos y confiables, se encuentran en algunos satélites. El proceso en ellos se lleva a cabo a una presión de aproximadamente 100 atm, y el níquel esponjoso se usa como absorbedor de gas, que, en tales condiciones, funciona como catalizador. Todo el dispositivo está alojado en un cilindro de fibra de carbono ultraligero. El resultado son baterías con una capacidad energética casi 4 veces mayor que la de las baterías de plomo-ácido. Un coche eléctrico podría viajar unos 600 km en ellos. Pero, lamentablemente, siguen siendo muy caros.
Si está planeando construir un láser, un tubo acelerador, un generador de ruido electromagnético o algo más de este tipo, tarde o temprano se enfrentará a la necesidad de utilizar un condensador de alto voltaje de baja inductancia capaz de desarrollar los Gigavatios. de poder que necesitas.
En principio, puede intentar conseguirlo utilizando un condensador disponible comercialmente y algo cercano a lo que necesita incluso está disponible comercialmente. Estos son condensadores cerámicos del tipo KVI-3, K15-4, varias marcas de Murata y TDK y, por supuesto, el Maxwell 37661 beast (este último, sin embargo, es del tipo de aceite)
Sin embargo, el uso de condensadores comerciales tiene sus inconvenientes.
- Son caros.
- Son inaccesibles (Internet, por supuesto, ha conectado a la gente, pero es algo molesto llevar piezas desde el otro extremo del mundo)
- Y lo más importante, por supuesto, es que todavía no proporcionarán los parámetros de registro que necesita. (Cuando se trata de una descarga en decenas o incluso unos pocos nanosegundos para alimentar un láser de nitrógeno o para obtener un rayo de electrones fuera de control de un tubo acelerador no bombeado, ningún Maxwell puede ayudarlo)
De acuerdo con esta guía, aprenderemos cómo hacer un alto voltaje casero de baja inductancia.
condensador en el ejemplo de una placa destinada a su uso como controlador
lámpara de tinte láser. Sin embargo, el principio es general y con su
al usarlo, podrá construir condensadores en particular (pero no limitado a)
incluso para alimentar láseres de nitrógeno.
RECURSOS
II. MONTAJE
Cuando se diseña un dispositivo que requiere una fuente de alimentación de baja inducción, se debe pensar en el diseño como un todo, y no por separado en los condensadores, por separado sobre (por ejemplo) un cabezal láser, etc. De lo contrario, las barras colectoras anularán todas las ventajas del diseño del condensador de baja inductancia. Los condensadores suelen ser una parte integral de dichos dispositivos, por lo que una placa de controlador de láser de tinte es un ejemplo.
Bienaventurada la persona que se ha hecho a sí misma alrededor de la cual están tiradas las láminas de fibra de vidrio y plexiglás. Tengo que usar tablas de cortar de cocina que se venden en la tienda.
Tome un trozo de plástico y córtelo para que se ajuste al diseño futuro. 
La idea detrás del circuito es primitiva. Estos son dos condensadores, almacenamiento y pico, conectados a través del espacio de chispas de acuerdo con el circuito de carga resonante. No nos ocuparemos del funcionamiento del circuito en detalle aquí, nuestra tarea aquí es centrarnos en el montaje de condensadores. 
Habiendo decidido las dimensiones de los futuros condensadores, corte las piezas de la esquina de aluminio de acuerdo con las dimensiones de los futuros contactores. Procese con cuidado las esquinas de acuerdo con todas las reglas de la tecnología de alto voltaje (redondee todas las esquinas y rompa todos los puntos). 
Conecte los cables de los futuros condensadores a la "placa de circuito impreso" resultante. 
Monte aquellas partes del circuito que, si no se ensamblan ahora, pueden interferir con el ensamblaje de los condensadores. En nuestro caso, estos son buses de conexión y un descargador. 
Tenga en cuenta que la baja inductancia al instalar el descargador se sacrifica para facilitar el ajuste. En este caso, esto está justificado, ya que la inductancia intrínseca de la lámpara (larga y delgada) es notablemente más alta que la inductancia del circuito de descarga de chispas, y además, la lámpara, de acuerdo con todas las leyes del cuerpo negro, no funcionará. brille más rápido que sigma * T ^ 4, sin importar qué tan rápido sea el circuito de alimentación. Solo se puede acortar el frente, pero no todo el impulso. Por otro lado, al diseñar, por ejemplo, un láser de nitrógeno, ya no tendrá tanta libertad para colocar una descarga de chispas.
El siguiente paso es cortar la lámina y, posiblemente, las bolsas laminadas (a menos que el tamaño del capacitor sugiera usar el formato de paquete completo, como en el caso del capacitor de almacenamiento en la placa en cuestión). 
A pesar de que la laminación se realiza idealmente de forma hermética y debe excluirse la rotura a lo largo de las bridas, no se recomienda hacer bridas (dimensión d en la figura) de menos de 5 mm por cada 10 kV de voltaje de operación.
Las bridas de 15 mm de tamaño por cada 10 kV de voltaje proporcionan un funcionamiento más o menos estable incluso sin sellado.
Seleccione el tamaño de los terminales (dimensión D en la figura) igual al espesor esperado del futuro pie del capacitor con un cierto margen. Naturalmente, las esquinas de la lámina deben estar redondeadas.
Comencemos con el condensador de pico. Así es como se ven los espacios en blanco y el revestimiento laminado terminado: 
Para el condensador de pico, se tomó un laminado con un grosor de 200 micrones, ya que debido a la carga "resonante", se espera aquí un aumento de voltaje por debajo de 30 kV. Lamine el número requerido de placas (en nuestro caso 20 piezas). Dóblelos en una pila (con los cables alternativamente en diferentes direcciones). En la pila resultante, doble los cables (si es necesario, corte el exceso de papel de aluminio), coloque la pila en la ranura formada por los contactores de esquina de la placa y presione la tapa superior. 
Los fetichistas asegurarán la cubierta superior con pernos prolijos, pero también puedes pegarla con cinta adhesiva. El condensador de pico está listo. 
El montaje de un condensador de almacenamiento no es fundamentalmente diferente.
Menos trabajo de tijera ya que se utiliza el formato A4 completo. El laminado se elige aquí con un espesor de 100 micrones, ya que se planea usar un voltaje de carga de 12 kV.
De la misma manera, recolectamos en una pila, doblamos los cables y presionamos con una tapa: 
Una tabla de cocina con un mango recortado parece maliciosa, por supuesto, pero no viola la funcionalidad. Espero que tenga menos problemas con los recursos. Y una cosa más: si decides utilizar piezas de madera como base y cubierta, tendrás que prepararlas seriamente. La primera es secar bien (preferiblemente a temperaturas elevadas). Y el segundo es barnizar herméticamente. Barniz de uretano o vinilo.
No es una cuestión de potencia eléctrica o fugas. El hecho es que cuando cambia el contenido de humedad de la madera, se dobla. En primer lugar, esto alterará la calidad del contacto y alargará el tiempo de descarga de los condensadores. En segundo lugar, si, como aquí, se supone que debe montarse un láser en la parte superior de esta placa, también se doblará con todas las consecuencias consiguientes.
Al doblar los cables, no olvide colocar una capa adicional de aislamiento. De lo contrario, de hecho: las placas están separadas entre sí por dos capas de dieléctrico, y los cables de la placa de polaridad opuesta están separados por solo una.
Veamos qué tenemos. Usaremos un multímetro con un medidor de capacitancia incorporado.
Esto es lo que muestra el condensador de almacenamiento. 
Y esto es lo que muestra el condensador de pico. 
Eso es todo, en realidad. Los condensadores están listos, el tema de la guía ha terminado.
Sin embargo, probablemente no pueda esperar para ponerlos a prueba. Terminamos la parte faltante del circuito, instalamos la lámpara, la conectamos a la fuente de alimentación.
Esto es lo que parece. 
Aquí hay un oscilograma, corriente, tomado con un pequeño bucle de cable conectado directamente al osciloscopio y ubicado cerca del circuito que alimenta la lámpara. Es cierto que en lugar de una lámpara, el circuito se cargó en una derivación. 
Y aquí está el oscilograma del flash de la lámpara tomado por el fotodiodo FD-255 dirigido a la pared más cercana. La luz difusa es suficiente. Es incluso más correcto decir "más que". 
Puede regañar a los condensadores mal girados durante mucho tiempo y buscar la razón por la que la descarga dura más de 5 μs ... De hecho, la lámpara de flash arroja un montón de megavatios e incluso la luz dispersada por las paredes impulsa el fotodiodo. en una saturación profunda. Quitemos el fotodiodo. Aquí hay un oscilograma tomado a 5 metros, cuando el fotodiodo no mira exactamente a la bombilla, sino ligeramente alejada de ella. 
El tiempo de subida es difícil de determinar con precisión debido a la interferencia, pero se puede ver que es del orden de 100 ns y está bien de acuerdo con la duración del semiciclo de la corriente.
La cola que queda en el pulso de luz es el resplandor de un plasma que se enfría lentamente. La duración total es inferior a 1 μs.
¿Es esto suficiente para un láser de tinte? Este es un tema aparte. En general, un pulso de este tipo suele ser más que suficiente, pero todo depende del tinte (qué tan limpio y bueno es), de la cubeta, iluminador, resonador, etc. Si consigo aplicar láser en uno de los marcadores fluorescentes disponibles comercialmente, habrá una guía separada sobre el láser de tinte casero.
(PS) Tuve que agregar otros 30 nF al condensador de almacenamiento principal y realmente fue suficiente. La pipa, cuya foto se puede encontrar allí mismo en la sección "Fotos", ha funcionado incluso mejor que la de dos maxwell GIN "a.
En general, el tiempo de descarga de 100 ns no es en modo alguno el límite para la tecnología de condensadores descrita. Aquí hay una foto de un condensador con el que un láser de nitrógeno bombeado por aire funciona de manera estable en modo de superradiancia: 
El tiempo de su descarga ya está más allá de las capacidades de mi osciloscopio, sin embargo, el hecho de que el tanque de nitrógeno con este condensador genera efectivamente ya a 100 mm Hg. le permite estimar el tiempo de descarga de 20 ns o menos.
III. EN LUGAR DE CONCLUSIÓN. SEGURIDAD
Decir que tal condensador es peligroso es no decir nada. Una descarga eléctrica de un contenedor de este tipo es tan fatal como un KAMAZ volando hacia usted a una velocidad de 160 km / h. Debe tratar este condensador con el mismo respeto que un arma o un arma. Cuando trabaje con estos condensadores, utilice todas las medidas de seguridad posibles y, en particular, el encendido y apagado remoto.
Es simplemente imposible predecir todas las situaciones peligrosas y dar recomendaciones sobre cómo no meterse en ellas. Tenga cuidado y use su cabeza. ¿Sabes cuándo termina la carrera de un zapador? Cuando deja de tener miedo. Es en el mismo momento en que se vuelve "sobre ti" con explosivos, un jefe lo deja boquiabierto.
Por otro lado, millones de personas conducen por las carreteras con camiones KAMAZ y miles de zapadores van a trabajar y siguen con vida. Siempre que tenga cuidado y piense con la cabeza, estará bien.
Condensador de camisa
Este tipo de condensador recibe su nombre de la similitud de la forma de las placas con el paquete "camiseta".
La inductancia de este condensador es mayor que la del condensador descrito anteriormente o del caramelo, pero es bastante adecuado para su uso en CO2-shk o GIN. Tiene dificultad para comenzar con un tinte, pero no funciona con un agente nitrogenado.
Los materiales que necesita son los mismos que en la guía anterior: película de mylar (o bolsas de laminación), papel de aluminio y cinta adhesiva / cinta adhesiva.
El siguiente diagrama muestra las dimensiones de los principales huecos.
L - longitud dieléctrica
D - ancho dieléctrico
R - radio exterior del condensador
Los espacios de los bordes del dieléctrico son de 15 mm. En el lado por donde salen las tiras de contacto de las placas, la sangría es de 50 mm. Estas muescas se hacen lo más pequeñas posible para obtener la máxima capacitancia para L y D dados del dieléctrico. Tenga en cuenta que estos espacios libres se basan en 10 kV. (Dudo que tenga sentido hacer este tipo de condensador para voltajes más altos, por lo que no escribiré fórmulas aquí para volver a calcular las sangrías y espacios libres para otros voltajes)
La distancia entre los terminales de las placas es de 30 mm. Este espacio también se toma como el mínimo posible para 10 kV. Aumentar este espacio hará que los cables sean demasiado estrechos; la inductancia del condensador aumentará.
Fabricación
El condensador de la camisa está listo. Puede instalarlo con su láser, GIN u otro dispositivo de alto voltaje.
Los fanáticos de diferentes experimentos de alto voltaje a menudo enfrentan un problema cuando es necesario usar condensadores de alto voltaje. Como regla general, estos condensadores son muy difíciles de encontrar y, si tienen éxito, tendrán que pagar mucho dinero por ellos, que de ninguna manera todos pueden pagar. Además, la política de nuestro sitio simplemente no le permite gastar dinero en la compra de lo que puede hacer usted mismo sin salir de casa.
Como habrás adivinado, decidimos dedicar este material al montaje de un condensador de alto voltaje, que también está dedicado al video del autor, que te invitamos a ver antes de comenzar a trabajar.
Qué necesitamos:
- cuchillo;
- qué usaremos como dieléctrico;
- papel de aluminio para alimentos;
- un dispositivo para medir la capacitancia.
Inmediatamente, notamos que, como dieléctrico, el autor de un condensador casero utiliza el papel tapiz autoadhesivo más común. En cuanto al dispositivo para medir la capacitancia, su uso no es necesario, ya que este dispositivo está destinado solo para que al final sea posible averiguar qué sucedió al final. Todo está claro con los materiales, puede comenzar a ensamblar un condensador casero.
En primer lugar, cortamos dos piezas de papel tapiz autoadhesivo. Necesita alrededor de medio metro, pero es deseable que una tira sea un poco más larga que la otra.
La hoja de papel de aluminio resultante se corta exactamente en dos partes de longitud.
El siguiente paso es colocar una pieza de papel tapiz sobre una superficie plana, sobre la que colocamos con cuidado una pieza de papel de aluminio. La lámina debe colocarse de manera que haya un espacio de aproximadamente un centímetro a lo largo de los tres bordes. En el cuarto lado, la lámina sobresaldrá, lo que es normal en esta etapa.
Coloque la segunda hoja de papel tapiz encima.
Ponle la segunda hoja de papel de aluminio. Solo que esta vez hacemos que la lámina sobresalga del lado opuesto al paso anterior. Es decir, si la primera pieza del autor sobresalía desde abajo, esta vez debería sobresalir desde arriba. Por separado, debe tenerse en cuenta que las hojas de aluminio no deben tocarse entre sí.
Ahora quitamos el respaldo de un borde y pegamos nuestro capacitor.