Na engenharia elétrica, o conceito de capacidade é frequentemente encontrado. Neste caso, não estamos falando de um balde ou outro vaso, mas da capacidade elétrica do condutor, bateria e capacitor. É impossível confundir esses conceitos. Neste artigo, descobriremos o que é capacidade elétrica, do que ela depende e em quais unidades ela é medida.
Contente:
- Definição
- Capacitores
- Baterias e capacidade
Definição
Para os condutores, a capacidade elétrica é uma quantidade que caracteriza a capacidade do corpo de acumular uma carga elétrica. Este é o seu significado físico. É designado pela letra latina C. É igual à razão entre carga e potencial, se você escrever na forma de uma fórmula, obterá o seguinte:
C = q / F
A capacidade elétrica de qualquer objeto depende de sua forma e dimensões geométricas. Se considerarmos um condutor com a forma de uma bola, por exemplo, a fórmula para calcular seu valor será semelhante a:
Esta fórmula é válida para um condutor solitário. Se você colocar dois condutores lado a lado e separá-los com um dielétrico, obterá um capacitor. Mais sobre isso um pouco mais tarde, agora vamos descobrir em que a capacidade elétrica é medida.
A unidade de medida da capacidade elétrica é o farad. Se o decompormos em seus componentes de acordo com a fórmula, então:
1 farad = 1 C / 1 V
Historicamente, a dimensão desta unidade não foi escolhida corretamente. O fato é que na prática você tem que trabalhar com os valores de capacidade elétrica: mil-, micro-, nano- e picofarad. O que é igual a frações de um farad, a saber:
1 mF = 10 ^ (- 3) F
1 μF = 10 ^ (- 6) F
1 nF = 10 ^ (- 9) F
1 pF = 10 ^ (- 12) F
Capacitores
Um capacitor são duas placas de um material condutor, localizadas opostas uma à outra, entre as quais existe uma camada dielétrica. No estado carregado, as placas têm potenciais diferentes: um deles será positivo e o segundo negativo. A capacidade elétrica de um capacitor depende da quantidade de carga em suas placas e da diferença de potencial, a tensão entre elas. Um campo eletrostático surge entre as placas, o que mantém as cargas nas placas. A fórmula para a capacitância de um capacitor no caso geral:
C = q / U
Em termos simples, a capacitância de um capacitor depende da área das placas e da distância entre elas, bem como da constante dielétrica relativa do material localizado entre elas. Eles são diferenciados pelo dielétrico usado:
- cerâmica;
- filme;
- mica;
- papel metálico;
- eletrolítico;
- tântalo, etc.
Pelo formato das tampas:
- plano;
- cilíndrico;
- esférico, etc.
Como a fórmula para a área de uma figura depende de sua forma, a fórmula para a capacidade será diferente para cada caso.
Para um capacitor plano:
Para duas esferas concêntricas com um centro comum:
Para um condensador cilíndrico:
Tal como acontece com outros elementos de um circuito elétrico, neste caso, existem duas formas principais de conectar capacitores: em paralelo e em série.
A capacitância elétrica final do circuito resultante depende disso. Os cálculos da capacitância de vários capacitores assemelham-se aos cálculos da resistência dos resistores em diferentes conexões, apenas as fórmulas para os métodos de conexão são invertidas, ou seja:
- Quando conectado em paralelo, a capacidade elétrica total do circuito é a soma das capacidades de cada um dos elementos. Cada conexão adicional aumenta a capacidade total
Ctot = C1 + C2 + C3
- Com uma conexão em série, a capacidade elétrica do circuito diminui, semelhante a uma diminuição na resistência em um circuito de resistores conectados em paralelo. Isso é:
Ctot = (1 / C1) + (1 / C2) + (1 / C3)
Importante! Em um esquema de conexão paralela, as tensões nas placas de cada elemento são as mesmas. Isso é usado para obter grandes valores de capacidade elétrica. Na conexão em série de dois elementos, as tensões nas placas de cada um dos capacitores são a metade da tensão total. Por três - um terceiro e assim por diante.
Baterias e capacidade
As principais características das baterias recarregáveis são:
- Tensão nominal.
- Capacidade.
- Corrente máxima de descarga.
Neste caso, para determinar as características quantitativas do tempo de operação, ou, em termos mais simples idioma, para calcular quanto tempo a bateria dura para o dispositivo, use o valor capacidade.
Em baterias recarregáveis, as seguintes dimensões são usadas para descrever a capacidade elétrica:
- A * h - amperes-hora para baterias grandes, como baterias de automóveis.
- mAh - miliamperes-hora, para baterias de dispositivos vestíveis, como smartphones, quadricópteros e cigarros eletrônicos.
- W * horas - watt horas.
Essas características permitem que você determine quanto tempo a bateria irá suportar com uma determinada carga. Para determinar a capacidade elétrica da bateria é medida em coulombs (C). Por sua vez, o coulomb é igual à quantidade de eletricidade transferida para a bateria a uma intensidade de corrente de 1A em 1 s. Então, se traduzido em horas, então em uma corrente de 1A, 3600 C são transmitidos em 1 hora.
Uma das maneiras de medir a capacidade de uma bateria é descarregá-la com uma corrente conhecida, e você deve medir o tempo de descarga. Por exemplo, se a bateria for descarregada para o nível mínimo de tensão em 10 horas com uma corrente de 5A, então sua capacidade é 50 A * h
A capacidade elétrica é uma quantidade importante na eletrônica e na engenharia elétrica. Na prática, os capacitores são usados em quase todos os circuitos de um dispositivo eletrônico. Por exemplo, em fontes de alimentação - para suavizar ondulações, reduza a influência de picos de alta tensão nos interruptores de energia. Durante os circuitos de acionamento de vários circuitos, bem como em controladores PWM, a fim de definir a frequência de operação. As baterias também são onipresentes. Em geral, as tarefas de armazenamento de energia e deslocamento de fase são muito comuns.
O vídeo fornecido o ajudará a estudar o problema com mais detalhes:
Uma breve explicação é fornecida neste tutorial em vídeo:
Agora você sabe o que é a capacitância elétrica, em quais unidades ela é medida e de que depende esse valor. Esperamos que as informações fornecidas tenham sido úteis e compreensíveis para você!
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- Como determinar a capacitância de um capacitor
- O que é carga elétrica
- Lei de Coulomb em palavras simples
