Elektrisk kapacitet: definition, formler, enheter

Inom elektroteknik återfinns ofta begreppet kapacitet. I det här fallet talar vi inte om en hink eller annat kärl, utan om den elektriska kapaciteten hos ledaren, batteriet och kondensatorn. Det är omöjligt att blanda ihop dessa begrepp. I den här artikeln kommer vi att ta reda på vad elektrisk kapacitet är, vad den beror på och i vilka enheter den mäts.

Definition

För ledare är elektrisk kapacitet en storhet som kännetecknar kroppens förmåga att ackumulera en elektrisk laddning. Detta är dess fysiska betydelse. Det betecknas med den latinska bokstaven C. Det är lika med förhållandet mellan laddning och potential, om du skriver det i form av en formel får du följande:

C = q/F

Den elektriska kapaciteten hos ett föremål beror på dess form och geometriska dimensioner. Om vi ​​betraktar en ledare i form av en boll, som ett exempel, kommer formeln för att beräkna dess värde att se ut så här:

Denna formel är giltig för en ensam ledare. Om du placerar två ledare sida vid sida och separerar dem med en dielektrikum, så får du en kondensator. Mer om detta lite senare, låt oss nu ta reda på vad den elektriska kapaciteten mäts i.

Måttenheten för elektrisk kapacitet är farad. Om vi ​​sönderdelar det i dess komponenter enligt formeln, då:

1 farad = 1 C / 1 V

Historiskt sett valdes inte dimensionen av denna enhet helt korrekt. Faktum är att man i praktiken måste arbeta med de elektriska kapacitetsvärdena: mil-, mikro-, nano- och picofarad. Vilket är lika med bråkdelar av en farad, nämligen:

1 mF = 10 ^ (- 3) F

1 μF = 10 ^ (- 6) F

1 nF = 10 ^ (- 9) F

1 pF = 10 ^ (- 12) F

Kondensatorer

En kondensator är två plattor av ett ledande material, belägna mittemot varandra, mellan vilka det finns ett dielektriskt skikt. I laddat tillstånd har plattorna olika potentialer: en av dem kommer att vara positiv och den andra negativ. Den elektriska kapaciteten hos en kondensator beror på mängden laddning på dess plattor och potentialskillnaden, spänningen mellan dem. Ett elektrostatiskt fält uppstår mellan plattorna som håller kvar laddningarna på plattorna. Formeln för kapacitansen för en kondensator i det allmänna fallet:

C = q/U

Enkelt uttryckt beror kapacitansen hos en kondensator på plattornas yta och avståndet mellan dem, såväl som den relativa dielektricitetskonstanten för materialet som ligger mellan dem. De kännetecknas av det dielektriska som används:

• keramisk;
• filma;
• glimmer;
• metall-papper;
• elektrolytisk;
• tantal, etc.

Efter formen på omslagen:

• platt;
• cylindrisk;
• sfärisk osv.

Eftersom formeln för arean av en figur beror på dess form, kommer formeln för kapaciteten att vara olika för varje fall.

För en platt kondensator:

För två koncentriska sfärer med ett gemensamt centrum:

För en cylindrisk kondensor:

Som med andra delar av en elektrisk krets, i det här fallet, finns det två huvudsakliga sätt att ansluta kondensatorer: parallella och serier.

Den slutliga elektriska kapacitansen för den resulterande kretsen beror på detta. Beräkningarna av kapacitansen för flera kondensatorer liknar beräkningarna av motståndet hos motstånd i olika anslutningar, bara formlerna för anslutningsmetoderna är omvända, det vill säga:

1. När den är parallellkopplad är kretsens totala elektriska kapacitet summan av kapaciteten för vart och ett av elementen. Varje ytterligare ansluten ökar den totala kapaciteten

Ctot = C1 + C2 + C3

1. Med en seriekoppling minskar kretsens elektriska kapacitet, på samma sätt som en minskning av motståndet i en krets med parallellkopplade motstånd. Det är:

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

Viktig! I ett parallellkopplingsschema är spänningarna på plattorna för varje element desamma. Detta används för att erhålla stora värden på elektrisk kapacitet. Vid seriekoppling av två element är spänningarna på plattorna på var och en av kondensatorerna hälften av den totala spänningen. För tre - en tredje och så vidare.

Batterier och kapacitet

De viktigaste egenskaperna hos uppladdningsbara batterier är:

• Märkspänning.
• Kapacitet.
• Maximal urladdningsström.

I detta fall, för att bestämma de kvantitativa egenskaperna för drifttiden, eller, i enklare termer språk, för att beräkna hur länge batteriet räcker för enheten, använd värdet kapacitet.

I laddningsbara batterier används följande dimensioner för att beskriva den elektriska kapaciteten:

• A * h - amperetimmar för stora batterier, som bilbatterier.
• mAh - milliampere-timmar, för batterier för bärbara enheter, såsom smartphones, quadcoptrar och elektroniska cigaretter.
• W * timmar - wattimmar.

Dessa egenskaper låter dig bestämma hur länge batteriet tål en viss belastning. För att bestämma batteriets elektriska kapacitet mäts i coulombs (C). I sin tur är coulomben lika med mängden elektricitet som överförs till batteriet vid en strömstyrka på 1A på 1 s. Sedan, om det översätts till timmar, sänds 3600 C vid en ström på 1A på 1 timme.

Ett av sätten att mäta ett batteris kapacitet är att ladda ur det med en känd ström, och du måste mäta urladdningstiden. Till exempel, om batteriet laddas ur till lägsta spänningsnivå på 10 timmar med en ström på 5A, är dess kapacitet 50 A * h

Elkapacitet är en viktig storhet inom elektronik och elektroteknik. I praktiken används kondensatorer i nästan varje krets i en elektronisk enhet. Till exempel, i strömförsörjning - för att jämna ut krusningar, minska påverkan av högspänningsstötar på strömbrytare. Under drivande kretsar av olika kretsar, såväl som i PWM-kontroller för att ställa in driftsfrekvensen. Batterier finns också överallt. I allmänhet är uppgifterna energilagring och fasförskjutning mycket vanliga.

Den medföljande videon hjälper dig att studera problemet mer detaljerat:

En kort förklaring ges i denna videohandledning:

Nu vet du vad elektrisk kapacitans är, i vilka enheter den mäts och vad detta värde beror på. Vi hoppas att informationen var användbar och begriplig för dig!

Relaterat material:

• Hur man bestämmer kapacitansen för en kondensator
• Vad är elektrisk laddning
• Coulombs lag i enkla ord