W elektrotechnice często spotyka się pojęcie pojemności. W tym przypadku nie mówimy o wiadrze lub innym naczyniu, ale o pojemności elektrycznej przewodnika, baterii i kondensatora. Nie da się pomylić tych pojęć. W tym artykule dowiemy się, jaka jest pojemność elektryczna, od czego zależy i w jakich jednostkach jest mierzona.
Zadowolony:
- Definicja
- Kondensatory
- Baterie i pojemność
Definicja
W przypadku przewodników pojemność elektryczna jest wielkością charakteryzującą zdolność organizmu do gromadzenia ładunku elektrycznego. To jest jego fizyczne znaczenie. Jest oznaczony łacińską literą C. Jest równy stosunkowi ładunku do potencjału, jeśli jest to zapisane w formie wzoru, otrzymuje się:
C = q / F
Pojemność elektryczna dowolnego obiektu zależy od jego kształtu i wymiarów geometrycznych. Jeśli jako przykład weźmiemy pod uwagę przewodnik w kształcie kuli, wzór na obliczenie jego wartości będzie wyglądał następująco:
Ten wzór dotyczy samotnego przewodnika. Jeśli umieścisz dwa przewodniki obok siebie i oddzielisz je dielektrykiem, otrzymasz kondensator. Więcej na ten temat nieco później, teraz zastanówmy się, jaka jest mierzona pojemność elektryczna.
Jednostką miary pojemności elektrycznej jest farad. Jeśli rozłożymy go na składniki według wzoru, to:
1 farad = 1 C / 1 V
Historycznie wymiar tej jednostki nie był do końca poprawnie dobrany. Faktem jest, że w praktyce trzeba pracować z wartościami pojemności elektrycznej: mil-, mikro-, nano- i pikofarad. Co jest równe ułamkom farada, a mianowicie:
1 mF = 10 ^ (- 3) F
1 μF = 10 ^ (- 6) F
1 nF = 10 ^ (- 9) F
1 pF = 10 ^ (-12) F
Kondensatory
Kondensator to dwie płytki z materiału przewodzącego, znajdujące się naprzeciw siebie, pomiędzy którymi znajduje się warstwa dielektryczna. W stanie naładowanym płytki mają różne potencjały: jedna z nich będzie dodatnia, a druga ujemna. Pojemność elektryczna kondensatora zależy od ilości ładunku na jego płytkach i różnicy potencjałów, napięcia między nimi. Między płytami powstaje pole elektrostatyczne, które utrzymuje ładunki na płytkach. Wzór na pojemność kondensatora w ogólnym przypadku:
C = q / U
Mówiąc prościej, pojemność kondensatora zależy od powierzchni płytek i odległości między nimi, a także względnej stałej dielektrycznej materiału znajdującego się między nimi. Wyróżniają się zastosowanym dielektrykiem:
- ceramiczny;
- film;
- mika;
- metal-papier;
- elektrolityczny;
- tantal itp.
Według kształtu okładek:
- mieszkanie;
- cylindryczny;
- kulisty itp.
Ponieważ wzór na powierzchnię figury zależy od jej kształtu, wzór na pojemność będzie w każdym przypadku inny.
Dla płaskiego kondensatora:
Dla dwóch koncentrycznych sfer o wspólnym środku:
Dla kondensatora cylindrycznego:
Podobnie jak w przypadku innych elementów obwodu elektrycznego, w tym przypadku istnieją dwa główne sposoby łączenia kondensatorów: równoległy i szeregowy.
Od tego zależy końcowa pojemność elektryczna powstałego obwodu. Obliczenia pojemności kilku kondensatorów przypominają obliczenia rezystancji rezystorów w różnych połączeniach, tylko wzory na sposoby połączenia są odwrócone, czyli:
- Po połączeniu równoległym całkowita pojemność elektryczna obwodu jest sumą pojemności każdego z elementów. Każde dodatkowe podłączenie zwiększa całkowitą pojemność
Ctot = C1 + C2 + C3
- Przy połączeniu szeregowym pojemność elektryczna obwodu maleje, podobnie jak spadek rezystancji w obwodzie rezystorów połączonych równolegle. To jest:
Ctot = (1 / C1) + (1 / C2) + (1 / C3)
Ważny! W schemacie połączenia równoległego napięcia na płytkach każdego elementu są takie same. Służy to do uzyskania dużych wartości pojemności elektrycznej. W połączeniu szeregowym dwóch elementów napięcia na płytkach każdego z kondensatorów stanowią połowę całkowitego napięcia. Za trzy - trzeci i tak dalej.
Baterie i pojemność
Główne cechy akumulatorów to:
- Napięcie znamionowe.
- Pojemność.
- Maksymalny prąd rozładowania.
W takim przypadku do określenia ilościowej charakterystyki czasu pracy lub, prościej, język, aby obliczyć, jak długo działa bateria urządzenia, użyj wartości Pojemność.
W akumulatorach do opisu pojemności elektrycznej używane są następujące wymiary:
- A * h - amperogodziny dla dużych akumulatorów, takich jak akumulatory samochodowe.
- mAh - miliamperogodziny, do baterii do urządzeń ubieralnych, takich jak smartfony, quadkoptery i elektroniczne papierosy.
- W * godziny - watogodziny.
Te cechy pozwalają określić, jak długo bateria wytrzyma przy danym obciążeniu. Aby określić pojemność elektryczną baterii, mierzy się ją w kulombach (C). Z kolei kulomb jest równy ilości energii elektrycznej przekazanej do akumulatora przy natężeniu prądu 1A w ciągu 1 sekundy. Następnie, po przeliczeniu na godziny, przy prądzie 1A przesyłane jest 3600 C w ciągu 1 godziny.
Jednym ze sposobów pomiaru pojemności akumulatora jest rozładowanie go znanym prądem i należy zmierzyć czas rozładowania. Załóżmy, że jeśli akumulator zostanie rozładowany do minimalnego poziomu napięcia w ciągu 10 godzin prądem 5A, to jego pojemność wynosi 50 A * h
Pojemność elektryczna jest ważną wielkością w elektronice i elektrotechnice. W praktyce kondensatory są stosowane w prawie każdym obwodzie w urządzeniu elektronicznym. Na przykład w zasilaczach - aby wygładzić tętnienia, zmniejsz wpływ przepięć wysokiego napięcia na przełączniki zasilania. Podczas sterowania obwodami różnych obwodów, a także w sterownikach PWM w celu ustawienia częstotliwości pracy. Baterie też są wszechobecne. Ogólnie rzecz biorąc, zadania magazynowania energii i przesunięcia fazowego są bardzo powszechne.
Dostarczony film pomoże bardziej szczegółowo zbadać problem:
Krótkie wyjaśnienie znajduje się w tym samouczku wideo:
Teraz wiesz, jaka jest pojemność elektryczna, w jakich jednostkach jest mierzona i od czego zależy ta wartość. Mamy nadzieję, że podane informacje były dla Ciebie przydatne i zrozumiałe!
Powiązane materiały:
- Jak określić pojemność kondensatora
- Co to jest ładunek elektryczny?
- Prawo Coulomba w prostych słowach
