Elektrická kapacita: definice, vzorce, jednotky

V elektrotechnice se často nachází pojem kapacita. V tomto případě se nebavíme o vědru nebo jiné nádobě, ale o elektrické kapacitě vodiče, baterie a kondenzátoru. Je nemožné zaměňovat tyto pojmy. V tomto článku zjistíme, co je elektrická kapacita, na čem závisí a v jakých jednotkách se měří.

Definice

U vodičů je elektrická kapacita veličina, která charakterizuje schopnost těla akumulovat elektrický náboj. To je jeho fyzický význam. Označuje se latinským písmenem C. Rovná se poměru náboje k potenciálu, pokud je to zapsáno ve formě vzorce, získá se následující:

C = q/F

Elektrická kapacita jakéhokoli předmětu závisí na jeho tvaru a geometrických rozměrech. Pokud vezmeme v úvahu vodič ve tvaru koule, jako příklad, pak vzorec pro výpočet jeho hodnoty bude vypadat takto:

Tento vzorec platí pro osamocený vodič. Pokud umístíte dva vodiče vedle sebe a oddělíte je dielektrikem, získáte kondenzátor. Více o tom trochu později, nyní pojďme zjistit, v čem se měří elektrická kapacita.

Jednotkou měření elektrické kapacity je farad. Pokud jej rozložíme na jeho složky podle vzorce, pak:

1 farad = 1 C / 1 V

Historicky nebyl rozměr této jednotky zvolen zcela správně. Faktem je, že v praxi musíte pracovat s hodnotami elektrické kapacity: mil-, mikro-, nano- a pikofarad. Což se rovná zlomkům faradu, konkrétně:

1 mF = 10^ (- 3) F

1 μF = 10 ^ (- 6) F

1 nF = 10^ (- 9) F

1 pF = 10^ (- 12) F

Kondenzátory

Kondenzátor jsou dvě desky z vodivého materiálu umístěné proti sobě, mezi kterými je dielektrická vrstva. V nabitém stavu mají desky různé potenciály: jeden z nich bude kladný a druhý záporný. Elektrická kapacita kondenzátoru závisí na množství náboje na jeho deskách a na rozdílu potenciálů, napětí mezi nimi. Mezi deskami vzniká elektrostatické pole, které udržuje náboje na deskách. Vzorec pro kapacitu kondenzátoru v obecném případě:

C = q/U

Jednoduše řečeno, kapacita kondenzátoru závisí na ploše desek a vzdálenosti mezi nimi, jakož i na relativní dielektrické konstantě materiálu umístěného mezi nimi. Vyznačují se použitým dielektrikem:

• keramický;
• film;
• slída;
• kovový papír;
• elektrolytické;
• tantal atd.

Podle tvaru krytů:

• byt;
• válcový;
• kulový atd.

Vzhledem k tomu, že vzorec pro plochu obrázku závisí na jeho tvaru, vzorec pro kapacitu se bude pro každý případ lišit.

Pro plochý kondenzátor:

Pro dvě soustředné koule se společným středem:

Pro válcový kondenzátor:

Stejně jako u jiných prvků elektrického obvodu existují v tomto případě dva hlavní způsoby připojení kondenzátorů: paralelní a sériové.

Na tom závisí konečná elektrická kapacita výsledného obvodu. Výpočty kapacity několika kondenzátorů se podobají výpočtům odporu rezistorů v různých zapojeních, pouze vzorce pro způsoby připojení jsou obrácené, to znamená:

1. Při paralelním zapojení je celková elektrická kapacita obvodu součtem kapacit každého z prvků. Každé další připojení zvyšuje celkovou kapacitu

Ctot = C1 + C2 + C3

1. Při sériovém zapojení se elektrická kapacita obvodu snižuje, podobně jako pokles odporu v obvodu paralelně zapojených odporů. to je:

Ctot = (1 / C1) + (1 / C2) + (1 / C3)

Důležité! Ve schématu paralelního připojení jsou napětí na deskách každého prvku stejná. To se používá k získání velkých hodnot elektrické kapacity. Při sériovém zapojení dvou prvků jsou napětí na deskách každého z kondenzátorů poloviční než celkové napětí. Za tři - třetinu a tak dále.

Baterie a kapacita

Hlavní vlastnosti dobíjecích baterií jsou:

• Jmenovité napětí.
• Kapacita.
• Maximální vybíjecí proud.

V tomto případě pro stanovení kvantitativních charakteristik provozní doby, nebo, jednodušeji řečeno, jazyk, pro výpočet výdrže baterie zařízení použijte hodnotu kapacita.

U dobíjecích baterií se k popisu elektrické kapacity používají následující rozměry:

• A * h - ampérhodiny pro velké baterie, jako jsou autobaterie.
• mAh - miliampérhodiny, pro baterie pro nositelná zařízení, jako jsou chytré telefony, kvadrokoptéry a elektronické cigarety.
• W * hodiny - watthodiny.

Tyto vlastnosti umožňují určit, jak dlouho baterie vydrží při daném zatížení. Pro určení elektrické kapacity baterie se měří v coulombech (C). Na druhé straně se coulomb rovná množství elektřiny přenesené do baterie při síle proudu 1A za 1 s. Pak, pokud se převede na hodiny, pak se při proudu 1A přenese 3600 C za 1 hodinu.

Jedním ze způsobů, jak změřit kapacitu baterie, je její vybití známým proudem, přičemž musíte změřit dobu vybíjení. Například pokud je baterie vybitá na minimální úroveň napětí za 10 hodin proudem 5A, pak je její kapacita 50 A * h

Elektrická kapacita je důležitou veličinou v elektronice a elektrotechnice. V praxi se kondenzátory používají téměř v každém obvodu v elektronickém zařízení. Například v napájecích zdrojích - pro vyhlazení zvlnění, snížení vlivu vysokonapěťových rázů na výkonové spínače. Během budicích obvodů různých obvodů, stejně jako v PWM regulátorech za účelem nastavení pracovní frekvence. Baterie jsou také všudypřítomné. Obecně jsou úkoly skladování energie a fázového posunu velmi běžné.

Poskytnuté video vám pomůže prostudovat problematiku podrobněji:

Krátké vysvětlení je uvedeno v tomto výukovém videu:

Nyní víte, jaká je elektrická kapacita, v jakých jednotkách se měří a na čem tato hodnota závisí. Doufáme, že poskytnuté informace byly pro vás užitečné a srozumitelné!

Související materiály:

• Jak určit kapacitu kondenzátoru
• Co je elektrický náboj
• Coulombův zákon jednoduchými slovy