Sähköinen kapasitanssi: määritelmä, kaavat, yksiköt

Sähkötekniikassa kapasiteetin käsite löytyy usein. Tässä tapauksessa emme puhu kauhasta tai muusta astiasta, vaan johtimen, akun ja kondensaattorin sähköisestä kapasiteetista. Näitä käsitteitä on mahdotonta sekoittaa. Tässä artikkelissa selvitetään, mikä sähkökapasiteetti on, mistä se riippuu ja missä yksiköissä se mitataan.

Määritelmä

Johtimille sähkökapasiteetti on suure, joka kuvaa kehon kykyä kerätä sähkövarausta. Tämä on sen fyysinen merkitys. Se on merkitty latinalaisella kirjaimella C. Se on yhtä suuri kuin varauksen suhde potentiaaliin, jos kirjoitat sen kaavan muodossa, saat seuraavan:

C = q / F

Minkä tahansa esineen sähköinen kapasiteetti riippuu sen muodosta ja geometrisista mitoista. Jos tarkastelemme esimerkkinä pallon muotoista johdinta, kaava sen arvon laskemiseksi näyttää tältä:

Tämä kaava pätee yksinäiselle johtimelle. Jos asetat kaksi johdinta vierekkäin ja erotat ne dielektrillä, saat kondensaattorin. Tästä lisää vähän myöhemmin, nyt selvitetään, millä sähkökapasiteetti mitataan.

Sähkökapasiteetin mittayksikkö on farad. Jos hajotamme sen komponentteihinsa kaavan mukaan, niin:

1 farad = 1 C / 1 V

Historiallisesti tämän yksikön kokoa ei valittu aivan oikein. Tosiasia on, että käytännössä joudut työskentelemään sähkökapasiteettiarvojen kanssa: mil-, mikro-, nano- ja picofarad. Joka vastaa faradin murto-osia, nimittäin:

1 mF = 10^ (-3) F

1 μF = 10 ^ (- 6) F

1 nF = 10^ (-9) F

1 pF = 10^ (-12) F

Kondensaattorit

Kondensaattori on kaksi toisiaan vastapäätä olevaa johtavaa materiaalia olevaa levyä, joiden välissä on dielektrinen kerros. Varautuneessa tilassa levyillä on erilaiset potentiaalit: yksi niistä on positiivinen ja toinen negatiivinen. Kondensaattorin sähköinen kapasiteetti riippuu sen levyjen varauksen määrästä ja potentiaalierosta, niiden välisestä jännitteestä. Levyjen väliin syntyy sähköstaattinen kenttä, joka pitää varaukset levyillä. Kondensaattorin kapasitanssin kaava yleisessä tapauksessa:

C = q / U

Yksinkertaisesti sanottuna kondensaattorin kapasitanssi riippuu levyjen pinta-alasta ja niiden välisestä etäisyydestä sekä niiden välissä olevan materiaalin suhteellisesta dielektrisyysvakiosta. Ne erottuvat käytetystä dielektristä:

• keraaminen;
• elokuva;
• kiille;
• metalli-paperi;
• elektrolyyttinen;
• tantaali jne.

Kansien muodon mukaan:

• tasainen;
• lieriömäinen;
• pallomainen jne.

Koska kuvion pinta-alan kaava riippuu sen muodosta, kapasiteetin kaava on erilainen kussakin tapauksessa.

Litteälle kondensaattorille:

Kahdelle samankeskiselle pallolle, joilla on yhteinen keskus:

Sylinterimäiselle lauhduttimelle:

Kuten muutkin sähköpiirin elementit, tässä tapauksessa on kaksi päätapaa kytkeä kondensaattoreita: rinnakkain ja sarjaan.

Tuloksena olevan piirin lopullinen sähköinen kapasitanssi riippuu tästä. Useiden kondensaattoreiden kapasitanssin laskelmat muistuttavat eri liitäntöjen vastusten resistanssilaskelmia, vain kytkentämenetelmien kaavat ovat käänteisiä, eli:

1. Rinnakkain kytkettynä piirin sähköinen kokonaiskapasiteetti on kunkin elementin kapasiteettien summa. Jokainen lisäliitäntä lisää kokonaiskapasiteettia

Ctot = C1 + C2 + C3

1. Sarjakytkennällä piirin sähköinen kapasiteetti pienenee, samalla tavalla kuin vastuksen pieneneminen rinnakkain kytkettyjen vastusten piirissä. Tuo on:

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

Tärkeä! Rinnakkaiskytkentäkaaviossa jokaisen elementin levyjen jännitteet ovat samat. Tätä käytetään suurten sähkökapasiteetin arvojen saamiseksi. Kahden elementin sarjakytkennässä kunkin kondensaattorin levyjen jännitteet ovat puolet kokonaisjännitteestä. Kolmelle - kolmannelle ja niin edelleen.

Akut ja kapasiteetti

Ladattavien akkujen tärkeimmät ominaisuudet ovat:

• Nimellisjännite.
• Kapasiteetti.
• Suurin purkausvirta.

Tässä tapauksessa toiminta-ajan kvantitatiivisten ominaisuuksien määrittämiseksi tai yksinkertaisemmin sanottuna kielellä laskeaksesi kuinka kauan laitteen akku kestää, käytä arvoa kapasiteettia.

Ladattavissa akuissa sähkökapasiteetin kuvaamiseen käytetään seuraavia mittoja:

• A * h - ampeeritunnit suurille akuille, kuten auton akuille.
• mAh - milliampeerituntia puettavien laitteiden, kuten älypuhelimien, nelikoptereiden ja sähkösavukkeiden, akuille.
• W * tuntia - wattituntia.

Näiden ominaisuuksien avulla voit määrittää, kuinka kauan akku kestää tietyllä kuormituksella. Akun sähkökapasiteetin määrittämiseksi mitataan kuloneina (C). Kuloni puolestaan ​​on yhtä suuri kuin akkuun virranvoimakkuudella 1A 1 sekunnissa siirretyn sähkön määrä. Sitten, jos se muunnetaan tunneiksi, 1A virralla 3600 C lähetetään tunnissa.

Yksi tapa mitata akun kapasiteettia on purkaa se tunnetulla virralla, ja sinun on mitattava purkautumisaika. Esimerkiksi, jos akku purkautuu minimijännitetasolle 10 tunnissa 5A virralla, sen kapasiteetti on 50 A * h

Sähkökapasiteetti on tärkeä määrä elektroniikassa ja sähkötekniikassa. Käytännössä kondensaattoreita käytetään lähes jokaisessa elektroniikkalaitteen piirissä. Esimerkiksi virtalähteissä - tasoittaa aaltoilua, vähentää suurjännitepiikin vaikutusta virtakytkimiin. Eri piirien ajon aikana sekä PWM-säätimissä toimintataajuuden asettamiseksi. Akut ovat myös kaikkialla. Yleisesti ottaen energian varastointi- ja vaihesiirtotehtävät ovat hyvin yleisiä.

Toimitettu video auttaa sinua tutkimaan asiaa tarkemmin:

Tässä video-opetusohjelmassa on lyhyt selitys:

Nyt tiedät mikä on sähköinen kapasitanssi, missä yksiköissä se mitataan ja mistä tämä arvo riippuu. Toivomme, että annetut tiedot olivat hyödyllisiä ja ymmärrettäviä sinulle!

Aiheeseen liittyvät materiaalit:

• Kuinka määrittää kondensaattorin kapasitanssi
• Mikä on sähkövaraus
• Coulombin laki yksinkertaisin sanoin