Nell'ingegneria elettrica, si trova spesso il concetto di capacità. In questo caso, non stiamo parlando di un secchio o di un'altra nave, ma della capacità elettrica del conduttore, della batteria e del condensatore. È impossibile confondere questi concetti. In questo articolo scopriremo cos'è la capacità elettrica, da cosa dipende e in quali unità viene misurata.
Contenuto:
- Definizione
- Condensatori
- Batterie e capacità
Definizione
Per i conduttori, la capacità elettrica è una quantità che caratterizza la capacità dell'organismo di accumulare una carica elettrica. Questo è il suo significato fisico. È designato dalla lettera latina C. È uguale al rapporto tra carica e potenziale, se lo scrivi sotto forma di una formula, ottieni quanto segue:
C = q / F
La capacità elettrica di qualsiasi oggetto dipende dalla sua forma e dalle sue dimensioni geometriche. Se consideriamo un conduttore a forma di palla, come esempio, la formula per calcolarne il valore sarà simile a:
Questa formula è valida per un conduttore solitario. Se metti due conduttori uno accanto all'altro e li separi con un dielettrico, ottieni un condensatore. Più su questo un po 'più tardi, ora scopriamo in cosa viene misurata la capacità elettrica.
L'unità di misura della capacità elettrica è il farad. Se lo scomponiamo nei suoi componenti secondo la formula, allora:
1 farad = 1 C / 1 V
Storicamente, la dimensione di questa unità non è stata scelta correttamente. Il fatto è che in pratica devi lavorare con i valori di capacità elettrica: mil-, micro-, nano- e picofarad. Che è uguale a frazioni di farad, vale a dire:
1 mF = 10 ^ (- 3) F
1 μF = 10 ^ (- 6) F
1 nF = 10 ^ (- 9) F
1 pF = 10 ^ (- 12) F
Condensatori
Un condensatore è costituito da due piastre di un materiale conduttivo, situate l'una di fronte all'altra, tra le quali è presente uno strato dielettrico. Nello stato carico, le piastre hanno potenziali diversi: uno di essi sarà positivo e il secondo negativo. La capacità elettrica di un condensatore dipende dalla quantità di carica sulle sue armature e dalla differenza di potenziale, la tensione tra di esse. Un campo elettrostatico nasce tra le piastre, che mantiene le cariche sulle piastre. La formula per la capacità di un condensatore nel caso generale:
C = q / U
In termini semplici, la capacità di un condensatore dipende dall'area delle piastre e dalla distanza tra loro, nonché dalla relativa costante dielettrica del materiale che si trova tra di esse. Si distinguono per il dielettrico utilizzato:
- ceramica;
- film;
- mica;
- metallo-carta;
- elettrolitico;
- tantalio, ecc.
Dalla forma delle copertine:
- piatto;
- cilindrico;
- sferico, ecc.
Poiché la formula per l'area di una figura dipende dalla sua forma, la formula per la capacità sarà diversa per ciascun caso.
Per un condensatore piatto:
Per due sfere concentriche con un centro comune:
Per un condensatore cilindrico:
Come con altri elementi di un circuito elettrico, in questo caso esistono due modi principali per collegare i condensatori: parallelo e serie.
La capacità elettrica finale del circuito risultante dipende da questo. I calcoli della capacità di più condensatori assomigliano ai calcoli della resistenza dei resistori in diverse connessioni, solo le formule per i metodi di connessione sono invertite, ovvero:
- Quando collegato in parallelo, la capacità elettrica totale del circuito è la somma delle capacità di ciascuno degli elementi. Ogni collegamento aggiuntivo aumenta la capacità totale
Ctot = C1 + C2 + C3
- Con un collegamento in serie, la capacità elettrica del circuito diminuisce, simile a una diminuzione della resistenza in un circuito di resistori collegati in parallelo. Questo è:
Ctot = (1 / C1) + (1 / C2) + (1 / C3)
Importante! In uno schema di connessione in parallelo, le tensioni sulle piastre di ciascun elemento sono le stesse. Questo viene utilizzato per ottenere grandi valori di capacità elettrica. Nel collegamento in serie di due elementi, le tensioni sulle armature di ciascuno dei condensatori sono la metà della tensione totale. Per tre - un terzo e così via.
Batterie e capacità
Le principali caratteristiche delle batterie ricaricabili sono:
- Tensione nominale.
- Capacità.
- Corrente di scarica massima.
In questo caso, per determinare le caratteristiche quantitative del tempo di funzionamento, o, in termini più semplici lingua, per calcolare la durata della batteria del dispositivo, utilizzare il valore capacità.
Nelle batterie ricaricabili, per descrivere la capacità elettrica vengono utilizzate le seguenti dimensioni:
- A * h - amperora per batterie di grandi dimensioni, come le batterie delle auto.
- mAh - milliampere-ora, per batterie per dispositivi indossabili come smartphone, quadricotteri e sigarette elettroniche.
- W * ore - wattora.
Queste caratteristiche consentono di determinare per quanto tempo la batteria resisterà a un determinato carico. Per determinare la capacità elettrica della batteria viene misurata in coulomb (C). A sua volta, il coulomb è uguale alla quantità di elettricità trasferita alla batteria con una corrente di 1A in 1 s. Quindi, se tradotto in ore, quindi a una corrente di 1A, vengono trasmessi 3600 C in 1 ora.
Uno dei modi per misurare la capacità di una batteria è scaricarla con una corrente nota, ed è necessario misurare il tempo di scarica. Ad esempio, se la batteria viene scaricata al livello di tensione minimo in 10 ore con una corrente di 5 A, la sua capacità è di 50 A * h
La capacità elettrica è una quantità importante nell'elettronica e nell'ingegneria elettrica. In pratica, i condensatori sono utilizzati in quasi tutti i circuiti di un dispositivo elettronico. Ad esempio, negli alimentatori - per appianare le increspature, ridurre l'influenza dei picchi di alta tensione sugli interruttori di alimentazione. Durante i circuiti di pilotaggio di vari circuiti, nonché nei controller PWM per impostare la frequenza operativa. Anche le batterie sono onnipresenti. In generale, i compiti di accumulo di energia e sfasamento sono molto comuni.
Il video fornito ti aiuterà a studiare il problema in modo più dettagliato:
Una breve spiegazione è fornita in questo video tutorial:
Ora sai cos'è la capacità elettrica, in quali unità viene misurata e da cosa dipende questo valore. Speriamo che le informazioni fornite siano state utili e comprensibili per te!
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