Elektrická kapacita: definícia, vzorce, jednotky

V elektrotechnike sa často nachádza pojem kapacita. V tomto prípade nehovoríme o vedre alebo inej nádobe, ale o elektrickej kapacite vodiča, batérie a kondenzátora. Nie je možné zamieňať tieto pojmy. V tomto článku zistíme, čo je elektrická kapacita, od čoho závisí a v akých jednotkách sa meria.

Definícia

Pre vodiče je elektrická kapacita veličina, ktorá charakterizuje schopnosť tela akumulovať elektrický náboj. Toto je jeho fyzický význam. Označuje sa latinským písmenom C. Rovná sa pomeru náboja k potenciálu, ak je to napísané vo forme vzorca, získa sa toto:

C = q/F

Elektrická kapacita akéhokoľvek objektu závisí od jeho tvaru a geometrických rozmerov. Ak vezmeme do úvahy vodič v tvare gule ako príklad, potom vzorec na výpočet jeho hodnoty bude vyzerať takto:

Tento vzorec platí pre osamelý vodič. Ak umiestnite dva vodiče vedľa seba a oddelíte ich dielektrikom, dostanete kondenzátor. Viac o tom trochu neskôr, teraz poďme zistiť, v čom sa meria elektrická kapacita.

Jednotkou merania elektrickej kapacity je farad. Ak ho rozložíme na jeho zložky podľa vzorca, potom:

1 farad = 1 C / 1 V

Historicky nebol rozmer tejto jednotky zvolený celkom správne. Faktom je, že v praxi musíte pracovať s hodnotami elektrickej kapacity: mil-, mikro-, nano- a pikofarad. Čo sa rovná zlomkom farada, konkrétne:

1 mF = 10^ (-3) F

1 μF = 10 ^ (- 6) F

1 nF = 10^ (- 9) F

1 pF = 10^ (- 12) F

Kondenzátory

Kondenzátor sú dve dosky z vodivého materiálu umiestnené oproti sebe, medzi ktorými je dielektrická vrstva. V nabitom stave majú platne rôzne potenciály: jeden z nich bude pozitívny a druhý negatívny. Elektrická kapacita kondenzátora závisí od množstva náboja na jeho doskách a rozdielu potenciálov, napätia medzi nimi. Medzi platňami vzniká elektrostatické pole, ktoré udržuje náboje na platniach. Vzorec pre kapacitu kondenzátora vo všeobecnom prípade:

C = q/U

Zjednodušene povedané, kapacita kondenzátora závisí od plochy dosiek a vzdialenosti medzi nimi, ako aj od relatívnej dielektrickej konštanty materiálu umiestneného medzi nimi. Rozlišujú sa podľa použitého dielektrika:

• keramické;
• film;
• sľuda;
• kovový papier;
• elektrolytické;
• tantal atď.

Podľa tvaru krytov:

• plochý;
• cylindrický;
• sférický atď.

Pretože vzorec pre oblasť obrázku závisí od jeho tvaru, vzorec pre kapacitu bude pre každý prípad iný.

Pre plochý kondenzátor:

Pre dve sústredné gule so spoločným stredom:

Pre valcový kondenzátor:

Rovnako ako u iných prvkov elektrického obvodu, aj v tomto prípade existujú dva hlavné spôsoby pripojenia kondenzátorov: paralelné a sériové.

Od toho závisí konečná elektrická kapacita výsledného obvodu. Výpočty kapacity niekoľkých kondenzátorov sa podobajú výpočtom odporu rezistorov v rôznych pripojeniach, iba vzorce pre spôsoby pripojenia sú obrátené, to znamená:

1. Pri paralelnom zapojení je celková elektrická kapacita obvodu súčtom kapacít každého z prvkov. Každé ďalšie pripojenie zvyšuje celkovú kapacitu

Ctot = C1 + C2 + C3

1. Pri sériovom zapojení klesá elektrická kapacita obvodu, podobne ako pokles odporu v obvode paralelne zapojených odporov. To je:

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

Dôležité! V schéme paralelného pripojenia sú napätia na doskách každého prvku rovnaké. Používa sa na získanie veľkých hodnôt elektrickej kapacity. Pri sériovom zapojení dvoch prvkov sú napätia na doskách každého z kondenzátorov polovičné ako celkové napätie. Pre tri - tretinu a tak ďalej.

Batérie a kapacita

Hlavné charakteristiky nabíjateľných batérií sú:

• Menovité napätie.
• Kapacita.
• Maximálny vybíjací prúd.

V tomto prípade na určenie kvantitatívnych charakteristík prevádzkového času, alebo, jednoduchšie povedané, jazyk, na výpočet výdrže batérie zariadenia použite hodnotu kapacita.

V nabíjateľných batériách sa na popis elektrickej kapacity používajú nasledujúce rozmery:

• A * h - ampérhodiny pre veľké batérie, ako sú autobatérie.
• mAh – miliampérhodiny, pre batérie pre nositeľné zariadenia, ako sú smartfóny, kvadrokoptéry a elektronické cigarety.
• W * hodiny - watthodiny.

Tieto charakteristiky vám umožňujú určiť, ako dlho vydrží batéria pri danom zaťažení. Na určenie elektrickej kapacity batérie sa meria v coulombách (C). Na druhej strane sa coulomb rovná množstvu elektriny prenesenej do batérie pri sile prúdu 1A za 1 s. Potom, ak sa prepočíta na hodiny, potom sa pri prúde 1A prenesie 3600 C za 1 hodinu.

Jedným zo spôsobov, ako zmerať kapacitu batérie, je jej vybitie známym prúdom, pričom musíte merať čas vybíjania. Napríklad, ak sa batéria vybije na minimálnu úroveň napätia za 10 hodín prúdom 5A, potom je jej kapacita 50 A * h

Elektrická kapacita je dôležitá veličina v elektronike a elektrotechnike. V praxi sa kondenzátory používajú takmer v každom obvode v elektronickom zariadení. Napríklad v napájacích zdrojoch - na vyhladenie zvlnenia, zníženie vplyvu vysokonapäťových prepätí na výkonové spínače. Počas budiacich obvodov rôznych obvodov, ako aj v PWM regulátoroch za účelom nastavenia pracovnej frekvencie. Batérie sú tiež všadeprítomné. Vo všeobecnosti sú úlohy skladovania energie a fázového posunu veľmi bežné.

Poskytnuté video pomôže podrobnejšie študovať problém:

Krátke vysvetlenie je uvedené v tomto videonávode:

Teraz viete, čo je elektrická kapacita, v akých jednotkách sa meria a od čoho táto hodnota závisí. Dúfame, že poskytnuté informácie boli pre vás užitočné a zrozumiteľné!

Súvisiace materiály:

• Ako určiť kapacitu kondenzátora
• Čo je elektrický náboj
• Coulombov zákon jednoduchými slovami