In de elektrotechniek komt het begrip capaciteit vaak voor. In dit geval hebben we het niet over een emmer of ander vat, maar over het elektrisch vermogen van de geleider, batterij en condensator. Het is onmogelijk om deze begrippen te verwarren. In dit artikel gaan we uitzoeken wat elektrisch vermogen is, waar het van afhangt en in welke eenheden het wordt gemeten.
Inhoud:
- Definitie
- condensatoren
- Batterijen en capaciteit
Definitie
Voor geleiders is elektrische capaciteit een grootheid die het vermogen van het lichaam kenmerkt om een elektrische lading te accumuleren. Dit is de fysieke betekenis ervan. Het wordt aangeduid met de Latijnse letter C. Het is gelijk aan de verhouding van lading tot potentieel, als je het in de vorm van een formule schrijft, krijg je het volgende:
C = q / F
De elektrische capaciteit van elk object hangt af van de vorm en geometrische afmetingen. Als we bijvoorbeeld een geleider in de vorm van een bal beschouwen, ziet de formule voor het berekenen van de waarde er als volgt uit:
Deze formule is geldig voor een solitaire geleider. Als je twee geleiders naast elkaar plaatst en scheidt met een diëlektricum, dan krijg je een condensator. Hierover later meer, laten we nu eens kijken waarin het elektrisch vermogen wordt gemeten.
De maateenheid voor elektrisch vermogen is farad. Als we het volgens de formule in zijn componenten ontleden, dan:
1 farad = 1 C / 1 V
Historisch gezien is de afmeting van dit toestel niet helemaal correct gekozen. Feit is dat je in de praktijk moet werken met de elektrische capaciteitswaarden: mil-, micro-, nano- en picofarad. Wat gelijk is aan fracties van een farad, namelijk:
1 mF = 10 ^ (- 3) F
1 μF = 10 ^ (- 6) F
1 nF = 10 ^ (- 9) F
1 pF = 10 ^ (- 12) F
condensatoren
Een condensator is twee platen van een geleidend materiaal, tegenover elkaar gelegen, waartussen zich een diëlektrische laag bevindt. In geladen toestand hebben de platen verschillende potentialen: een ervan zal positief zijn en de tweede negatief. De elektrische capaciteit van een condensator hangt af van de hoeveelheid lading op de platen en het potentiaalverschil, de spanning daartussen. Tussen de platen ontstaat een elektrostatisch veld, dat de ladingen op de platen houdt. De formule voor de capaciteit van een condensator in het algemene geval:
C = q / U
In eenvoudige bewoordingen hangt de capaciteit van een condensator af van het oppervlak van de platen en de afstand ertussen, evenals van de relatieve diëlektrische constante van het materiaal dat zich ertussen bevindt. Ze onderscheiden zich door het gebruikte diëlektricum:
- keramiek;
- film;
- mica;
- metaalpapier;
- elektrolytisch;
- tantaal, enz.
Door de vorm van de hoezen:
- vlak;
- cilindrisch;
- bolvormig enz.
Omdat de formule voor de oppervlakte van een figuur afhangt van de vorm, zal de formule voor de capaciteit in elk geval anders zijn.
Voor een platte condensator:
Voor twee concentrische bollen met een gemeenschappelijk middelpunt:
Voor een cilindrische condensor:
Net als bij andere elementen van een elektrisch circuit, zijn er in dit geval twee manieren om condensatoren aan te sluiten: parallel en serie.
De uiteindelijke elektrische capaciteit van het resulterende circuit hangt hiervan af. De berekeningen van de capaciteit van verschillende condensatoren lijken op de berekeningen van de weerstand van weerstanden in verschillende verbindingen, alleen de formules voor de verbindingsmethoden zijn omgekeerd, dat wil zeggen:
- Bij parallelschakeling is de totale elektrische capaciteit van het circuit de som van de capaciteiten van elk van de elementen. Elke extra aangesloten verhoogt de totale capaciteit
Ctot = C1 + C2 + C3
- Bij een serieschakeling neemt de elektrische capaciteit van het circuit af, vergelijkbaar met een afname van de weerstand in een circuit van parallel geschakelde weerstanden. Dat is:
Ctot = (1 / C1) + (1 / C2) + (1 / C3)
Belangrijk! In een parallel verbindingsschema zijn de spanningen op de platen van elk element hetzelfde. Dit wordt gebruikt om grote waarden van elektrisch vermogen te verkrijgen. In de serieschakeling van twee elementen zijn de spanningen op de platen van elk van de condensatoren de helft van de totale spanning. Voor drie - een derde enzovoort.
Batterijen en capaciteit
De belangrijkste kenmerken van oplaadbare batterijen zijn:
- Nominale spanning.
- Capaciteit.
- Maximale ontlaadstroom.
In dit geval, om de kwantitatieve kenmerken van de bedrijfstijd te bepalen, of, in eenvoudiger bewoordingen, taal, om te berekenen hoe lang de batterij van het apparaat meegaat, gebruik de waarde capaciteit.
Bij oplaadbare batterijen worden de volgende afmetingen gebruikt om het elektrisch vermogen te beschrijven:
- A * h - ampère-uren voor grote accu's, zoals autoaccu's.
- mAh - milliampère-uur, voor batterijen voor draagbare apparaten, zoals smartphones, quadcopters en elektronische sigaretten.
- W * uur - wattuur.
Met deze kenmerken kunt u bepalen hoe lang de batterij bestand is tegen een bepaalde belasting. Om de elektrische capaciteit van de batterij te bepalen wordt gemeten in coulombs (C). Op zijn beurt is de coulomb gelijk aan de hoeveelheid elektriciteit die naar de batterij wordt overgebracht met een stroomsterkte van 1A per 1 s. Vervolgens, indien vertaald in uren, wordt bij een stroomsterkte van 1A 3600 C in 1 uur uitgezonden.
Een van de manieren om de capaciteit van een batterij te meten, is door deze te ontladen met een bekende stroom, en u moet de ontlaadtijd meten. Stel dat als de batterij in 10 uur wordt ontladen tot het minimale spanningsniveau met een stroomsterkte van 5A, dan is de capaciteit 50 A * h
Elektrisch vermogen is een belangrijke grootheid in de elektronica en elektrotechniek. In de praktijk worden condensatoren in bijna elk circuit in een elektronisch apparaat gebruikt. Bijvoorbeeld in voedingen - om rimpelingen weg te werken, de invloed van hoogspanningspieken op stroomschakelaars te verminderen. Tijdens de aandrijfcircuits van verschillende circuits, evenals in PWM-controllers om de werkfrequentie in te stellen. Batterijen zijn ook alomtegenwoordig. Over het algemeen zijn de taken van energieopslag en faseverplaatsing heel gebruikelijk.
De meegeleverde video helpt om het probleem in meer detail te bestuderen:
Een korte uitleg wordt gegeven in deze video-tutorial:
Nu weet je wat elektrische capaciteit is, in welke eenheden het wordt gemeten en waar deze waarde van afhangt. We hopen dat de verstrekte informatie nuttig en begrijpelijk voor u was!
Gerelateerde materialen:
- Hoe de capaciteit van een condensator te bepalen?
- Wat is elektrische lading?
- De wet van Coulomb in eenvoudige woorden