Le batterie di solito utilizzano reazioni elettrochimiche per immagazzinare energia. Queste reazioni hanno un limite alla velocità con cui possono trasferire quell'energia. Ad esempio, una tipica batteria al piombo per auto può assorbire solo così tanta energia; dopo un certo punto inizia a decomporsi producendo gas idrogeno che poi può infiammarsi con l'ossigeno libero presente nell'aria. Un'analogia sarebbe una batteria a gravità, come una grande diga d'acqua a un livello di energia gravitazionale più elevato. L'apertura di una porta consentirebbe all'acqua di fluire e potrebbe forse far funzionare un circuito a una certa tensione per un mese di fila. Tuttavia potrebbe non essere mai in grado di superare quel livello di tensione se è molto più alto perché non c'è modo di sfruttare tutta l'energia, come se la diga si aprisse completamente in una volta. Quindi ci sono limiti chiari per valutare che può essere scaricato.

I condensatori possono memorizzare meglio grandi differenze di potenziale; tuttavia spesso non possono sostenere le tensioni per lunghi periodi di tempo. Questo perché i condensatori usano semplicemente un campo elettrico e varie geometrie per immagazzinare energia.

Quindi, se hai bisogno solo di una breve scarica di energia, puoi ridurre la dimensione della batteria richiesta utilizzando un condensatore. Fondamentalmente il condensatore immagazzina una tensione maggiore rispetto ai terminali della batteria, quindi la rilascia. Altrimenti sarebbe necessaria una batteria molto più grande, ma con la batteria più grande si otterrebbe una tensione più sostenuta rispetto a un condensatore. Cerca gli "Amp ore" di una batteria. La batteria contiene più energia del condensatore, ma il condensatore può emettere una tensione più alta. Vedi anche energia specifica o densità di energia di vari tipi di batterie e poi per i condensatori.

Anche a causa dell'energia limitata del condensatore, forse questo impedisce la possibilità di un qualche tipo di circuito bloccato dove l'energia può fluire continuamente.Forse sarebbe necessario un circuito più complesso con una batteria per ottenere un breve picco di tensione, chiudendosi e aprendosi rapidamente.Puoi ottenere scintille e rumore, ecc. Con il condensatore una volta che il circuito è chiuso, può essere lasciato chiuso e il condensatore scaricherà il suo potenziale e il gioco è fatto.

Il defibrillatore richiede un'alta tensione per svolgere il suo lavoro.normalmente ciò richiederebbe uno stack di batterie molto grande (centinaia di singole celle) per soddisfare i requisiti di tensione.Invece, i defibrillatori utilizzano un pacco batteria più piccolo per pilotare un circuito chopper che aumenta la tensione attraverso un trasformatore, dopodiché il risultato viene rettificato, filtrato e memorizzato in un banco di condensatori a bassa dispersione.questo riduce al minimo il peso e l'ingombro della macchina nonché il suo costo.

La risposta breve è che sebbene i condensatori non trattengano la stessa energia totale di una batteria delle stesse dimensioni, possono rilasciare energia più velocemente delle batterie.

In un defibrillatore portatile (o in un taser!) una batteria carica un condensatore, quindi il condensatore rilascia la carica nel soggetto molto, molto più velocemente di quanto avrebbe potuto essere fornito direttamente dalla batteria.

I condensatori molto grandi utilizzati nei defibrillatori possono (brevemente) fornire da 2000 a 6000 volt.

La capacità di fornire energia in tempi relativamente brevi è fondamentalmente la distinzione tra un " condensatore " e una " batteria ricaricabile ". Questo non è un fatto di fisica tanto quanto il significato delle parole.

Ad esempio, nel grafico seguente:
$ {\ require {color}} {\ definecolor {condensatore} {RGB} {255,10,10}} {\ definecolor {lightCapacitor} {RGB} {255,131,131}} {\ definecolor {batteria} {RGB} {186,138,20}} {\ definecolor {lightBattery} {RGB} {219,194,133}} % % \ text {Ad esempio, nel grafico seguente:} \\ \ hskip {1em} \ lower {2.5ex} { \ begin {array} {l} {\ rlap {\ color {capacitor} {\ rule {15px} {15px}}}} {\ rlap {\ raise {4px} {\ hskip {4px} \ color {lightCapacitor} {\ rule {7px} {7px}}}}} \ hskip {21px} {\ raise {2px} { {\ color {capacitor} {\ textbf {Li-ion capacitor}}} ~ \ text {ha una velocità di scarica maggiore; anche se} }} \\ {\ rlap {\ color {batteria} {\ rule {15px} {15px}}}} {\ rlap {\ raise {4px} {\ hskip {4px} \ color {lightBattery} {\ rule {7px} {7px}}}}} \ hskip {21px} {\ raise {2px} {{\ color {batteria} {\ textbf {batteria agli ioni di litio}}} ~ \ text {può immagazzinare più energia.}}} \ end {array} } $
$ \ hskip {50px} $ $ {\ require {cancel}} {\ def \ place # 1 # 2 # 3 {\ smash {\ rlap {\ hskip {# 1px} \ raise {# 2px} {# 3}}}}} \ place {305} {219} {\ color {capacitor} {\ bcancel {\ phantom {\ rule {97px} {25px}}}}} \ place {377} {191} {\ color {battery} {\ cancel {\ phantom {\ rule {25px} {7px}}}}} $

Nota che la potenza ha unità di $ \ left [\ frac {\ text {energy}} {\ text {time}} \ right] $ . Cioè, la potenza è la velocità con cui l'energia viene fornita.

Concettualmente, sembra esserci un conflitto di interessi tra immagazzinare energia ed essere in grado di perderla rapidamente (cioè fornire energia). Come mostrato sopra, particolari tecnologie tendono ad avere un compromesso tra la loro capacità di immagazzinare e fornire energia.

Questo conflitto può essere visto come simile a quello con la reversibilità termodinamica in cui i processi più lenti tendono ad avere efficienze più elevate. Ad esempio, il riscaldamento utile ha le più alte efficienze termodinamiche quando scorre verso gradienti di temperatura arbitrariamente piccoli, anche se minore è il gradiente di temperatura, più tempo impiega una quantità finita di calore a spostarsi attraverso di esso.

In termodinamica, un processo reversibile è un processo la cui direzione può essere "invertita" inducendo cambiamenti infinitesimali ad alcune proprietà del sistema attraverso i suoi dintorni, senza aumento di entropia. Durante l'intero processo reversibile, il sistema è in equilibrio termodinamico con l'ambiente circostante. Poiché il completamento del processo reversibile impiegherebbe un tempo infinito, i processi perfettamente reversibili sono impossibili.

- "Processo reversibile (termodinamica)", Wikipedia [formattazione e riferimenti omessi]

In realtà è piuttosto divertente pensare agli aspetti teorici dell'informazione sul perché questo è. Ad esempio, probabilmente hai sentito parlare di come l'entropia sia una misura del disordine; è forse visto più propriamente come una qualificazione di come potrebbero fluire gli stati in un insieme di stati possibili. Quando ci sono più percorsi di flusso non legati, le cose possono muoversi più velocemente; tuttavia, ciò significa anche che l'entropia cresce, perdendo lavoro utile.

Inoltre, quella perdita di lavoro utile si manifesta come energia termica (calore), il che può essere piuttosto problematico quando si tratta di elettronica ad alta tensione.

Come nota storica, condensatori erano meccanismi più fisici per immagazzinare energia mentre batterie erano più meccanismi chimici per immagazzinare energia (con alcuni eccezioni divertenti). Questo spesso continua ad essere vero oggi, anche se forse è meglio visto come un caso storico che come un concetto di base di cui tenere traccia. Cose come i supercondensatori e altre tecnologie continueranno a offuscare la linea, dal momento che non c'è davvero alcun motivo per cui un sistema ben progettato sia limitato a un unico approccio fisico.

Come nota finale, un defibrillatore potrebbe utilizzare le batterie per il loro principale accumulo di energia, utilizzandole per caricare condensatori che potrebbero scaricarsi rapidamente. Questo modello di progettazione è chiamato disaccoppiamento del carico transitorio , dove il carico transitorio è la richiesta elettrica dello shock e del disaccoppiamento è il modo in cui la batteria ha un'esposizione meno diretta ad esso.

Un aspetto che non è stato trattato nell'altra risposta è ciò che è veramente necessario per far funzionare un defibrillatore in modo affidabile e sicuro .

Defibrillare un cuore non è semplicemente "OK, fulminiamo il paziente"!Per non danneggiare il cuore, è necessaria un'applicazione molto attenta di energia.Ciò significa che il defibrillatore deve creare un impulso elettrico "ben comportato", con alcune caratteristiche elettriche ben definite, che deve essere anche regolabile in base al paziente specifico.

Tutto ciò richiede una discreta quantità di elettronica.È molto più semplice, da un POV di progettazione elettronica, costruire un circuito che carica alcuni condensatori ad una tensione ben definita (alta) e poi li scarica in modo controllato nel corpo, tutto questo utilizzando l'energia immagazzinata in "standard" bassobatterie a voltaggio che alimentano anche l'intera circuiteria.

Sebbene le batterie possano immagazzinare molta energia, non sono in grado di rilasciarla abbastanza rapidamente per erogare la scarica necessaria per la defibrillazione.Poiché i condensatori possono scaricarsi molto più rapidamente, vengono utilizzati invece dopo essere stati caricati ad alta tensione $ \ left (\ approx3000 \ mathrm {V} \ right) $.Selezionando la dimensione corretta del condensatore, è possibile controllare la forza dello shock.

Questo articolo fornisce ulteriori informazioni sul funzionamento dei defibrillatori. Fondamentalmente, i condensatori causano un grande differenziale di tensione tra gli elettrodi, provocando un potente shock quando questi elettrodi entrano in contatto con il corpo.