Capacitate electrică: definiție, formule, unități

În inginerie electrică, conceptul de capacitate este adesea găsit. În acest caz, nu vorbim despre o găleată sau alt vas, ci despre capacitatea electrică a conductorului, bateriei și condensatorului. Este imposibil să confundăm aceste concepte. În acest articol ne vom da seama ce este capacitatea electrică, de ce depinde și în ce unități se măsoară.

Definiție

Pentru conductori, capacitatea electrică este o mărime care caracterizează capacitatea organismului de a acumula o sarcină electrică. Acesta este sensul său fizic. Este desemnat prin litera latină C. Este egal cu raportul dintre sarcină și potențial, dacă îl scrieți sub forma unei formule, atunci obțineți următoarele:

C = q/F

Capacitatea electrică a oricărui obiect depinde de forma și dimensiunile geometrice ale acestuia. Dacă luăm în considerare un conductor în formă de minge, ca exemplu, atunci formula pentru calcularea valorii sale va arăta astfel:

Această formulă este valabilă pentru un dirijor solitar. Dacă plasați doi conductori unul lângă altul și îi separați cu un dielectric, atunci obțineți un condensator. Mai multe despre asta puțin mai târziu, acum să ne dăm seama în ce se măsoară capacitatea electrică.

Unitatea de măsură pentru capacitatea electrică este faradul. Dacă îl descompunem în componentele sale conform formulei, atunci:

1 farad = 1 C / 1 V

Din punct de vedere istoric, dimensiunea acestei unități nu a fost aleasă destul de corect. Cert este că în practică trebuie să lucrați cu valorile capacității electrice: mil-, micro-, nano- și picofarad. Care este egal cu fracțiile unui farad, și anume:

1 mF = 10 ^ (- 3) F

1 μF = 10 ^ (- 6) F

1 nF = 10 ^ (- 9) F

1 pF = 10 ^ (- 12) F

Condensatoare

Un condensator este două plăci dintr-un material conductor, situate una față de cealaltă, între care se află un strat dielectric. În starea încărcată, plăcile au potențiale diferite: una dintre ele va fi pozitivă, iar a doua negativă. Capacitatea electrică a unui condensator depinde de cantitatea de sarcină de pe plăcile sale și de diferența de potențial, de tensiunea dintre ele. Între plăci apare un câmp electrostatic, care menține sarcinile pe plăci. Formula pentru capacitatea unui condensator în cazul general:

C = q / U

În termeni simpli, capacitatea unui condensator depinde de aria plăcilor și de distanța dintre ele, precum și de constanta dielectrică relativă a materialului situat între ele. Se disting prin dielectricul utilizat:

• ceramică;
• film;
• mica;
• metal-hartie;
• electrolitic;
• tantal etc.

După forma copertelor:

• apartament;
• cilindric;
• sferice etc.

Deoarece formula pentru aria unei figuri depinde de forma acesteia, formula pentru capacitatea va fi diferită pentru fiecare caz.

Pentru un condensator plat:

Pentru două sfere concentrice cu un centru comun:

Pentru un condensator cilindric:

Ca și în cazul altor elemente ale unui circuit electric, în acest caz, există două modalități principale de conectare a condensatoarelor: în paralel și în serie.

Capacitatea electrică finală a circuitului rezultat depinde de aceasta. Calculele capacității mai multor condensatoare seamănă cu calculele rezistenței rezistențelor în diferite conexiuni, doar formulele pentru metodele de conectare sunt inversate, adică:

1. Când este conectat în paralel, capacitatea electrică totală a circuitului este suma capacităților fiecăruia dintre elemente. Fiecare conectare suplimentară crește capacitatea totală

Ctot = C1 + C2 + C3

1. Cu o conexiune în serie, capacitatea electrică a circuitului scade, similar cu o scădere a rezistenței într-un circuit de rezistențe conectate în paralel. Acesta este:

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

Important! Într-o schemă de conectare în paralel, tensiunile de pe plăcile fiecărui element sunt aceleași. Acesta este folosit pentru a obține valori mari ale capacității electrice. În conexiunea în serie a două elemente, tensiunile de pe plăcile fiecărui condensator sunt jumătate din tensiunea totală. Pentru trei - o treime și așa mai departe.

Baterii și capacitate

Principalele caracteristici ale bateriilor reîncărcabile sunt:

• Tensiune nominală.
• Capacitate.
• Curent maxim de descărcare.

În acest caz, pentru a determina caracteristicile cantitative ale timpului de funcționare sau, în termeni mai simpli, limba, pentru a calcula cât durează bateria dispozitivului, utilizați valoarea capacitate.

În bateriile reîncărcabile, următoarele dimensiuni sunt utilizate pentru a descrie capacitatea electrică:

• A * h - amperi-ore pentru bateriile mari, cum ar fi bateriile auto.
• mAh - miliamperi-oră, pentru bateriile pentru dispozitive portabile precum smartphone-uri, quadcoptere și țigări electronice.
• W * ore - watt oră.

Aceste caracteristici vă permit să determinați cât timp va rezista bateria la o anumită sarcină. Pentru a determina capacitatea electrică a bateriei se măsoară în coulombs (C). La rândul său, coulomb-ul este egal cu cantitatea de electricitate transferată bateriei la o putere de curent de 1A în 1 s. Apoi, dacă este tradus în ore, atunci la un curent de 1A, 3600 C sunt transmise în 1 oră.

Una dintre modalitățile de măsurare a capacității unei baterii este să o descarci cu un curent cunoscut și trebuie să măsori timpul de descărcare. De exemplu, dacă bateria este descărcată la nivelul minim de tensiune în 10 ore cu un curent de 5A, atunci capacitatea sa este de 50 A * h

Capacitatea electrică este o cantitate importantă în electronică și inginerie electrică. În practică, condensatorii sunt utilizați în aproape fiecare circuit dintr-un dispozitiv electronic. De exemplu, în sursele de alimentare - pentru a netezi ondulațiile, reduceți influența supratensiunilor de înaltă tensiune asupra comutatoarelor de alimentare. În timpul circuitelor de conducere ale diferitelor circuite, precum și în controlere PWM pentru a seta frecvența de funcționare. Bateriile sunt, de asemenea, omniprezente. În general, sarcinile de stocare a energiei și deplasare de fază sunt foarte frecvente.

Videoclipul oferit vă va ajuta să studiați problema mai detaliat:

O scurtă explicație este oferită în acest tutorial video:

Acum știți ce este capacitatea electrică, în ce unități se măsoară și de ce depinde această valoare. Sperăm că informațiile furnizate v-au fost utile și de înțeles!

Materiale conexe:

• Cum se determină capacitatea unui condensator
• Ce este sarcina electrică
• Legea lui Coulomb în cuvinte simple