Elektrische Kapazität: Definition, Formeln, Einheiten

In der Elektrotechnik findet sich häufig der Begriff der Kapazität. In diesem Fall sprechen wir nicht von einem Eimer oder einem anderen Gefäß, sondern von der elektrischen Kapazität von Leiter, Batterie und Kondensator. Es ist unmöglich, diese Konzepte zu verwechseln. In diesem Artikel werden wir herausfinden, was elektrische Kapazität ist, wovon sie abhängt und in welchen Einheiten sie gemessen wird.

Definition

Bei Leitern ist die elektrische Kapazität eine Größe, die die Fähigkeit des Körpers charakterisiert, eine elektrische Ladung zu akkumulieren. Dies ist seine physikalische Bedeutung. Es wird mit dem lateinischen Buchstaben C bezeichnet. Es ist gleich dem Verhältnis von Ladung zu Potenzial, wenn Sie es in Form einer Formel schreiben, erhalten Sie Folgendes:

C = q / F

Die elektrische Kapazität eines Objekts hängt von seiner Form und seinen geometrischen Abmessungen ab. Betrachten wir als Beispiel einen Leiter in Form einer Kugel, dann sieht die Formel zur Berechnung seines Wertes so aus:

Diese Formel gilt für einen einsamen Dirigenten. Wenn Sie zwei Leiter nebeneinander legen und mit einem Dielektrikum trennen, erhalten Sie einen Kondensator. Mehr dazu etwas später, lassen Sie uns nun herausfinden, worin die elektrische Kapazität gemessen wird.

Die Maßeinheit für die elektrische Kapazität ist Farad. Zerlegen wir es nach der Formel in seine Bestandteile, dann:

1 Farad = 1 C / 1 V

Historisch wurde die Dimension dieser Einheit nicht ganz richtig gewählt. Tatsache ist, dass man in der Praxis mit den elektrischen Kapazitätswerten arbeiten muss: Mil-, Mikro-, Nano- und Picofarad. Was Bruchteilen eines Farads entspricht, nämlich:

1 mF = 10 ^ (- 3) F

1 μF = 10 ^ (- 6) F

1 nF = 10 ^ (-9) F

1 pF = 10 ^ (- 12) F

Kondensatoren

Ein Kondensator sind zwei einander gegenüberliegende Platten aus einem leitfähigen Material, zwischen denen sich eine dielektrische Schicht befindet. Im geladenen Zustand haben die Platten unterschiedliche Potenziale: Eine davon ist positiv und die zweite negativ. Die elektrische Kapazität eines Kondensators hängt von der Ladungsmenge auf seinen Platten und der Potentialdifferenz, der Spannung zwischen ihnen, ab. Zwischen den Platten entsteht ein elektrostatisches Feld, das die Ladungen auf den Platten hält. Die Formel für die Kapazität eines Kondensators im allgemeinen Fall:

C = q / U

Einfach ausgedrückt hängt die Kapazität eines Kondensators von der Fläche der Platten und dem Abstand zwischen ihnen sowie der relativen Dielektrizitätskonstante des zwischen ihnen befindlichen Materials ab. Sie unterscheiden sich durch das verwendete Dielektrikum:

• Keramik;
• Film;
• Glimmer;
• Metall-Papier;
• elektrolytisch;
• Tantal usw.

Durch die Form der Abdeckungen:

• eben;
• zylindrisch;
• kugelförmig usw.

Da die Formel für die Fläche einer Figur von ihrer Form abhängt, ist die Formel für die Kapazität von Fall zu Fall unterschiedlich.

Für einen flachen Kondensator:

Für zwei konzentrische Kugeln mit einem gemeinsamen Mittelpunkt:

Für einen zylindrischen Kondensator:

Wie bei anderen Elementen eines Stromkreises gibt es in diesem Fall zwei Hauptmethoden zum Verbinden von Kondensatoren: parallel und in Reihe.

Die endgültige elektrische Kapazität der resultierenden Schaltung hängt davon ab. Die Berechnungen der Kapazität mehrerer Kondensatoren ähneln den Berechnungen des Widerstands von Widerständen in verschiedenen Verbindungen, nur die Formeln für die Verbindungsmethoden sind umgekehrt, dh:

1. Bei Parallelschaltung ist die elektrische Gesamtkapazität der Schaltung die Summe der Kapazitäten jedes der Elemente. Jeder weitere Anschluss erhöht die Gesamtkapazität

Cges = C1 + C2 + C3

1. Bei einer Reihenschaltung verringert sich die elektrische Kapazität der Schaltung, ähnlich wie bei einer Widerstandsverringerung bei einer Schaltung aus parallel geschalteten Widerständen. Also:

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

Wichtig! Bei einem Parallelschaltungsschema sind die Spannungen an den Platten jedes Elements gleich. Dies wird verwendet, um große Werte der elektrischen Kapazität zu erhalten. Bei der Reihenschaltung von zwei Elementen betragen die Spannungen an den Platten jedes der Kondensatoren die Hälfte der Gesamtspannung. Für drei - ein Drittel und so weiter.

Batterien und Kapazität

Die Hauptmerkmale von wiederaufladbaren Batterien sind:

• Nennspannung.
• Kapazität.
• Maximaler Entladestrom.

In diesem Fall, um die quantitativen Eigenschaften der Betriebszeit zu bestimmen, oder einfacher ausgedrückt Sprache, um zu berechnen, wie lange der Akku des Geräts hält, verwenden Sie den Wert Kapazität.

Bei wiederaufladbaren Batterien werden zur Beschreibung der elektrischen Kapazität folgende Maße verwendet:

• A * h - Amperestunden für große Batterien wie Autobatterien.
• mAh - Milliamperestunden, für Batterien für tragbare Geräte wie Smartphones, Quadcopter und elektronische Zigaretten.
• W * Stunden - Wattstunden.

Anhand dieser Eigenschaften können Sie bestimmen, wie lange die Batterie einer bestimmten Belastung standhält. Zur Bestimmung der elektrischen Kapazität der Batterie wird in Coulomb (C) gemessen. Das Coulomb ist wiederum gleich der Strommenge, die bei einer Stromstärke von 1A in 1 s an die Batterie übertragen wird. Dann, in Stunden umgerechnet, werden bei einem Strom von 1A 3600 C in 1 Stunde übertragen.

Eine Möglichkeit, die Kapazität einer Batterie zu messen, besteht darin, sie mit einem bekannten Strom zu entladen, und Sie müssen die Entladezeit messen. Wenn der Akku beispielsweise in 10 Stunden mit einem Strom von 5 A auf das Mindestspannungsniveau entladen wird, beträgt seine Kapazität 50 A * h

Die elektrische Kapazität ist eine wichtige Größe in der Elektronik und Elektrotechnik. In der Praxis werden Kondensatoren in fast jeder Schaltung in einem elektronischen Gerät verwendet. Zum Beispiel in Netzteilen - um Welligkeiten zu glätten, den Einfluss von Hochspannungsstößen auf Leistungsschalter zu reduzieren. Bei den Ansteuerschaltungen verschiedener Schaltungen sowie bei PWM-Controllern, um die Betriebsfrequenz einzustellen. Auch Batterien sind allgegenwärtig. Generell sind die Aufgaben der Energiespeicherung und Phasenverschiebung sehr verbreitet.

Das bereitgestellte Video hilft Ihnen, das Problem genauer zu untersuchen:

Eine kurze Erklärung finden Sie in diesem Video-Tutorial:

Jetzt wissen Sie, was elektrische Kapazität ist, in welchen Einheiten sie gemessen wird und wovon dieser Wert abhängt. Wir hoffen, die bereitgestellten Informationen waren für Sie nützlich und verständlich!

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