I elektroteknik findes ofte begrebet kapacitet. I dette tilfælde taler vi ikke om en spand eller et andet fartøj, men om den elektriske kapacitet af lederen, batteriet og kondensatoren. Det er umuligt at forveksle disse begreber. I denne artikel vil vi finde ud af, hvad elektrisk kapacitet er, hvad den afhænger af, og i hvilke enheder den måles.
Indhold:
- Definition
- Kondensatorer
- Batterier og kapacitet
Definition
For ledere er elektrisk kapacitet en størrelse, der kendetegner kroppens evne til at akkumulere en elektrisk ladning. Dette er dens fysiske betydning. Det er betegnet med det latinske bogstav C. Det er lig med forholdet mellem ladning og potentiale, hvis du skriver det i form af en formel, får du følgende:
C = q/F
Den elektriske kapacitet af ethvert objekt afhænger af dets form og geometriske dimensioner. Hvis vi betragter en leder i form af en bold, som et eksempel, vil formlen til beregning af dens værdi se ud:
Denne formel er gyldig for en solitær dirigent. Hvis du placerer to ledere side om side og adskiller dem med et dielektrikum, så får du en kondensator. Mere om dette lidt senere, lad os nu finde ud af, hvad den elektriske kapacitet er målt i.
Måleenheden for elektrisk kapacitet er farad. Hvis vi dekomponerer det i dets komponenter i henhold til formlen, så:
1 farad = 1 C / 1 V
Historisk set var dimensionen af denne enhed ikke valgt helt korrekt. Faktum er, at man i praksis skal arbejde med de elektriske kapacitetsværdier: mil-, mikro-, nano- og picofarad. Hvilket er lig med brøkdele af en farad, nemlig:
1 mF = 10 ^ (- 3) F
1 μF = 10 ^ (- 6) F
1 nF = 10 ^ (- 9) F
1 pF = 10 ^ (- 12) F
Kondensatorer
En kondensator er to plader af et ledende materiale, placeret overfor hinanden, mellem hvilke der er et dielektrisk lag. I ladet tilstand har pladerne forskellige potentialer: en af dem vil være positiv, og den anden negativ. Den elektriske kapacitet af en kondensator afhænger af mængden af ladning på dens plader og potentialforskellen, spændingen mellem dem. Et elektrostatisk felt opstår mellem pladerne, som holder ladningerne på pladerne. Formlen for kapacitansen af en kondensator i det generelle tilfælde:
C = q/U
Enkelt sagt afhænger kapacitansen af en kondensator af pladernes areal og afstanden mellem dem, såvel som den relative dielektriske konstant af materialet placeret mellem dem. De er kendetegnet ved det anvendte dielektriske:
- keramisk;
- film;
- glimmer;
- metal-papir;
- elektrolytisk;
- tantal osv.
Efter formen på dækslerne:
- flad;
- cylindrisk;
- sfærisk osv.
Da formlen for arealet af en figur afhænger af dens form, vil formlen for kapaciteten være forskellig for hvert enkelt tilfælde.
For en flad kondensator:
For to koncentriske kugler med et fælles center:
For en cylindrisk kondensator:
Som med andre elementer i et elektrisk kredsløb er der i dette tilfælde to hovedmåder til at forbinde kondensatorer: parallel og serie.
Den endelige elektriske kapacitans af det resulterende kredsløb afhænger af dette. Beregningerne af kapacitansen for flere kondensatorer ligner beregningerne af modstanden af modstande i forskellige forbindelser, kun formlerne for forbindelsesmetoderne er vendt om, det vil sige:
- Når den er forbundet parallelt, er den samlede elektriske kapacitet af kredsløbet summen af kapaciteterne af hvert af elementerne. Hver ekstra tilsluttet øger den samlede kapacitet
Ctot = C1 + C2 + C3
- Med en serieforbindelse falder kredsløbets elektriske kapacitet, svarende til et fald i modstand i et kredsløb af modstande forbundet parallelt. Det er:
Ctot = (1 / C1) + (1 / C2) + (1 / C3)
Vigtig! I et parallelforbindelsesskema er spændingerne på pladerne på hvert element de samme. Dette bruges til at opnå store værdier af elektrisk kapacitet. I serieforbindelsen af to elementer er spændingerne på pladerne på hver af kondensatorerne halvdelen af den samlede spænding. For tre - en tredje og så videre.
Batterier og kapacitet
De vigtigste egenskaber ved genopladelige batterier er:
- Nominel spænding.
- Kapacitet.
- Maksimal afladningsstrøm.
I dette tilfælde, for at bestemme de kvantitative egenskaber af driftstiden, eller i enklere vendinger sprog, for at beregne, hvor længe batteriet holder til enheden, skal du bruge værdien kapacitet.
I genopladelige batterier bruges følgende dimensioner til at beskrive den elektriske kapacitet:
- A * h - ampere-timer for store batterier, såsom bilbatterier.
- mAh - milliampere-timer, til batterier til bærbare enheder, såsom smartphones, quadcoptere og elektroniske cigaretter.
- W * timer - watt timer.
Disse egenskaber giver dig mulighed for at bestemme, hvor længe batteriet vil modstå ved en given belastning. For at bestemme batteriets elektriske kapacitet måles i coulombs (C). Til gengæld er coulomb lig med mængden af elektricitet, der overføres til batteriet ved en strømstyrke på 1A på 1 s. Så, hvis det oversættes til timer, transmitteres der ved en strøm på 1A, 3600 C på 1 time.
En af måderne at måle et batteris kapacitet på er at aflade det med en kendt strøm, og du skal måle afladningstiden. For eksempel, hvis batteriet aflades til minimumsspændingsniveauet på 10 timer med en strøm på 5A, så er dets kapacitet 50 A * h
Elektrisk kapacitet er en vigtig størrelse inden for elektronik og elektroteknik. I praksis bruges kondensatorer i næsten alle kredsløb i en elektronisk enhed. For eksempel i strømforsyninger - for at udjævne krusninger, reducere indflydelsen af højspændingsspændinger på strømafbrydere. Under drivende kredsløb af forskellige kredsløb, såvel som i PWM-controllere for at indstille driftsfrekvensen. Batterier er også allestedsnærværende. Generelt er opgaverne energilagring og faseforskydning meget almindelige.
Den medfølgende video hjælper med at studere problemet mere detaljeret:
En kort forklaring er givet i denne video tutorial:
Nu ved du, hvad elektrisk kapacitans er, i hvilke enheder den måles, og hvad denne værdi afhænger af. Vi håber, at de angivne oplysninger var nyttige og forståelige for dig!
Relaterede materialer:
- Sådan bestemmes kapacitansen af en kondensator
- Hvad er elektrisk ladning
- Coulombs lov i enkle ord