Elektrisk kapasitet: definisjon, formler, enheter

I elektroteknikk finnes ofte begrepet kapasitet. I dette tilfellet snakker vi ikke om en bøtte eller et annet fartøy, men om den elektriske kapasiteten til lederen, batteriet og kondensatoren. Det er umulig å forveksle disse begrepene. I denne artikkelen vil vi finne ut hva elektrisk kapasitet er, hva den avhenger av og i hvilke enheter den måles.

Definisjon

For ledere er elektrisk kapasitet en størrelse som kjennetegner kroppens evne til å akkumulere en elektrisk ladning. Dette er dens fysiske betydning. Det er betegnet med den latinske bokstaven C. Det er lik forholdet mellom ladning og potensial, hvis dette er skrevet i form av en formel, oppnås følgende:

C = q/F

Den elektriske kapasiteten til ethvert objekt avhenger av dets form og geometriske dimensjoner. Hvis vi ser på en leder i form av en ball, som et eksempel, vil formelen for å beregne verdien se slik ut:

Denne formelen er gyldig for en enslig dirigent. Hvis du plasserer to ledere side ved side og skiller dem med en dielektrikum, så får du en kondensator. Mer om dette litt senere, la oss nå finne ut hva den elektriske kapasiteten er målt i.

Måleenheten for elektrisk kapasitet er farad. Hvis vi dekomponerer den til komponentene i henhold til formelen, så:

1 farad = 1 C / 1 V

Historisk sett ble ikke dimensjonen til denne enheten valgt helt riktig. Faktum er at man i praksis må jobbe med de elektriske kapasitetsverdiene: mil-, mikro-, nano- og picofarad. Som tilsvarer brøkdeler av 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 plater av et ledende materiale, plassert overfor hverandre, mellom hvilke det er et dielektrisk lag. I ladet tilstand har platene forskjellige potensialer: en av dem vil være positiv, og den andre negativ. Den elektriske kapasiteten til en kondensator avhenger av mengden ladning på platene og potensialforskjellen, spenningen mellom dem. Et elektrostatisk felt oppstår mellom platene, som holder ladningene på platene. Formelen for kapasitansen til en kondensator i det generelle tilfellet:

C = q / U

Enkelt sagt avhenger kapasitansen til en kondensator av arealet til platene og avstanden mellom dem, så vel som den relative dielektriske konstanten til materialet som ligger mellom dem. De kjennetegnes ved det dielektriske som brukes:

• keramikk;
• film;
• glimmer;
• metall-papir;
• elektrolytisk;
• tantal, etc.

Etter formen på dekslene:

• flat;
• sylindrisk;
• sfærisk osv.

Siden formelen for området til en figur avhenger av formen, vil formelen for kapasiteten være forskjellig for hvert tilfelle.

For en flat kondensator:

For to konsentriske kuler med et felles senter:

For en sylindrisk kondensator:

Som med andre elementer i en elektrisk krets, er det i dette tilfellet to hovedmåter for å koble kondensatorer: parallell og serie.

Den endelige elektriske kapasitansen til den resulterende kretsen avhenger av dette. Beregningene av kapasitansen til flere kondensatorer ligner beregningene av motstanden til motstander i forskjellige tilkoblinger, bare formlene for tilkoblingsmetodene er reversert, det vil si:

1. Når den er koblet parallelt, er den totale elektriske kapasiteten til kretsen summen av kapasiteten til hvert av elementene. Hver ekstra tilkoblet øker den totale kapasiteten

Ctot = C1 + C2 + C3

1. Med en seriekobling reduseres den elektriske kapasiteten til kretsen, på samme måte som en reduksjon i motstand i en krets av motstander koblet parallelt. Det er:

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

Viktig! I et parallellkoblingsskjema er spenningene på platene til hvert element de samme. Dette brukes til å oppnå store verdier av elektrisk kapasitet. Ved seriekobling av to elementer er spenningene på platene til hver av kondensatorene halvparten av den totale spenningen. For tre - en tredje og så videre.

Batterier og kapasitet

De viktigste egenskapene til oppladbare batterier er:

• Merkespenning.
• Kapasitet.
• Maksimal utladningsstrøm.

I dette tilfellet, for å bestemme de kvantitative egenskapene til driftstiden, eller, i enklere termer, språk, for å beregne hvor lenge batteriet varer for enheten, bruk verdien kapasitet.

I oppladbare batterier brukes følgende dimensjoner for å beskrive den elektriske kapasiteten:

• A * h - amperetimer for store batterier, for eksempel bilbatterier.
• mAh - milliampere-timer, for batterier for bærbare enheter, som smarttelefoner, quadcoptre og elektroniske sigaretter.
• W * timer - watt timer.

Disse egenskapene lar deg bestemme hvor lenge batteriet vil tåle ved en gitt belastning. For å bestemme den elektriske kapasiteten til batteriet måles i coulombs (C). På sin side er coulomb lik mengden elektrisitet som overføres til batteriet ved en strømstyrke på 1A på 1 s. Deretter, hvis oversatt til timer, overføres 3600 C ved en strøm på 1A på 1 time.

En av måtene å måle kapasiteten til et batteri på er å lade det ut med en kjent strøm, og du må måle utladingstiden. For eksempel, hvis batteriet utlades til minimumsspenningsnivået på 10 timer med en strøm på 5A, er kapasiteten 50 A * h

Elektrisk kapasitet er en viktig størrelse innen elektronikk og elektroteknikk. I praksis brukes kondensatorer i nesten alle kretser i en elektronisk enhet. For eksempel, i strømforsyninger - for å jevne ut krusninger, reduser påvirkningen av høyspenningsstøt på strømbrytere. Under kjørekretsene til forskjellige kretser, så vel som i PWM-kontrollere for å stille inn driftsfrekvensen. Batterier er også allestedsnærværende. Generelt er oppgavene energilagring og faseforskyvning svært vanlige.

Den medfølgende videoen vil hjelpe deg med å studere problemet mer detaljert:

En kort forklaring er gitt i denne videoopplæringen:

Nå vet du hva elektrisk kapasitans er, i hvilke enheter den måles og hva denne verdien avhenger av. Vi håper informasjonen som ble gitt var nyttig og forståelig for deg!

Relatert materiale:

• Hvordan bestemme kapasitansen til en kondensator
• Hva er elektrisk ladning
• Coulombs lov i enkle ord