Какъв е капацитетът на кондензатор: определение и формули

Кондензаторът е електрически елемент, който ви позволява да натрупате заряд. Най-простата му форма е две плочи, разделени от диелектричен слой. Ако пластина за прилагане на напрежение, то ще остане за известно време, след като е отстранен. Важно е да знаете какво се измерва капацитета на кондензатора, за да се конструират правилно вериги с тези елементи.

Приложение в технологиите

Кондензаторите се използват в различни електрически и радиооборудване. Тези елементи са в състояние да натрупват заряд и да поддържат напрежение (например мрежа) на правилното ниво по време на незначителни прекъсвания на захранването. Висококапацитетните кондензатори сами по себе си се използват като хранилки за малки мобилни устройства. Те се наричат ​​и йонистори. Техният недостатък е нуждата от чести презареждане.

От голямо значение са тези елементи в филтриращи устройства, апарати, които не пести проблем намеса на желания сигнал, или да заснемат желания сигнал в постоянно напрежение на високо ниво.

Без кондензатори няма генератор на редуващи се сигнали, който да може да го направи. Целта им е да зададат честота на генериране, период и други параметри на времето. Тук се използват много точни елементи с толеранс не повече от 1%.

Кондензаторите могат да бъдат или константа, или променлив капацитет. Елементи с променлив капацитет се използват в оборудване, което изисква настройка на различни честоти. Например, той се използва широко при настройването на радиочестотите в FM приемници.

Формули за изчисляване на кондензатори

За да се решат проблемите на инженерството и приложените теоретични изчисления, е необходимо да се знае законите, по които електрическите величини взаимодействат един с друг. Тези закони се изразяват чрез формули. Например, напрежението на кондензатора зависи от неговия капацитет и натоварването, което се натрупва.

Определяне на капацитета

Тази стойност зависи от няколко параметъра. За да го изчислите, трябва да знаете как се измерва кондензаторът. Тази стойност е еквивалентна на това колко структура се натрупва от елемента при напрежение от 1 волт, приложено към него. Измерва се в farads. Капацитетът на тези елементи също зависи от тяхната форма.

• Планетните кондензатори са най-простият вид колектори за зареждане. Как да намерите капацитет на кондензатор с плоска форма, можете да разберете, ако определите всички параметри, които го засягат. В качеството си засяга разстоянието между неговите пластини (проводяща пластина) г, квадратни плочи се S, диелектрична константа на материала между епсилон електродите и диелектрична константа ε0, което е равно на 8.85 ⋅ 10-12 farads на метър. Формулата на кондензатора е:

C = ε ∙ ε0 ∙ S / d

• Цилиндричният кондензатор също се състои от две заредени капаци, като и двете са във формата на цилиндри, разположени един в друг. Вътрешният цилиндър е една част, външната е куха. Разстоянието между плочите е равно на разликата в радиусите на тези цилиндри. Формулата за капацитета на кондензатора може да бъде представена същата като в предишния случай, с разлика, че площта на плочите се изчислява от тяхната височина и радиус:

C = 2 ∙ π ∙ ε ∙ ε0 ∙ h ∙ R вн / (R нар - R вн) = ε ∙ ε0 ∙ S / d

където h е височината на електрода,

Rвн - вътрешен радиус, R нар - външен радиус,

π = 3.14.

• Зарядът може да притежава не само тяло с две плочи, но и проводящ сферичен обект. Ако приложите напрежение към него и след това измерете потенциала между него и земята, тогава потенциалът ще бъде ненулев. Формулата за изчисляване на акумулатора на сферичния заряд:

C = 4 ⋅ π ∙ ε ∙ ε0 ∙ R

където R е радиусът на топката.

Ако формулата замести радиуса на Земята и диелектричната константа на въздуха, можете да получите стойността на капацитета на Земята в farads. След изчисленията:

C (земя) = 700 микрофарда

Такъв капацитет може да има съвременни електролитни кондензатори.

Ако поставите една топка в другата и приложите напрежение между тях, резултантният дизайн също ще натрупа заряд между повърхностите на топките. Определянето на капацитета на такава конструкция може да бъде направено по формулата:

С = ε ∙ ε0 ∙ 4⋅π ∙ R1 ∙ R2 / (R2 - R1)

където R2 и R1 са радиусите на съответните сферични повърхности.

Капацитетът на кондензатора също зависи от вида на използвания диелектрик. Най-често срещаните са керамични, електролитни, хартиени, въздушни и слюдачни пълнители.

Изчисляване на енергията

Зарядните акумулатори имат други параметри. Един от тях е енергията. При зареждане на кондензатора на плочите, потенциалната енергия се натрупва.

Той създава сила, която привлича не заредени плочи, както и тока, който захранва електрически уреди, ако използвате йонистор като източник на енергия. Енергията може да бъде изразена като зависимост от напрежението на плочите и капацитета:

W = C ⋅ U 2/2

Токов удар чрез диелектрик

Токът на изтичане се появява в елемента, ако има пътеки на електрически ток, преминаващ от една плоча в друга. Колкото по-малко изолационни свойства има диелектрикът, толкова по-голям е токът на утечка. Това е особено приложимо за кондензатори с диелектрик под формата на омаслена хартия. Този параметър зависи от дизайна на елемента и от замърсяването на корпуса му. Ако елементът изтича, токът на утечка може да се увеличи, когато влагата проникне в корпуса. Този ток може да бъде изчислен според закона на Ом:

I ut = U / Rd

където Im е токът на утечка,

U е напрежението на плочите,

R d е изолационното съпротивление на диелектриците.

Свързващи елементи

При създаването на схеми се използва различно свързване на елементите. Елементите на веригата могат да бъдат свързани:

• Паралелно;
• последователно;
• Успоредно - последователно (смесено).

Как да намерите капацитета на паралелно свързани елементи? Необходимо е да се разбере какво е общо с този тип връзка. Тъй като напрежението се прилага едновременно върху всички пластини, то е обичайно. Таксата ще бъде за всеки свой собствен. По формулата:

q = C ⋅ U, тук q е общият товар, т.е.,

q = ΣC i ⋅ U = U ⋅ ΣC i

C общо ще бъде равно на сумата от всички C.

Когато елементите са свързани в серия, общата такса за всички от тях ще бъде. В същото време напрежението ще бъде различно за всеки от тях, а общото количество ще се състои от всички отделно.

U = q / C, тук U е сумата от напреженията на всички елементи

U общо = q ⋅ Σ (1 / C i)

1 / С общо = 1 / С 1 + 1 / С 2 + ... + 1 / С i

При тази връзка стойността на общия капацитет ще бъде по-малка от най-малката стойност на тази стойност в групата.

При използване на смесена връзка е необходимо да се изчисли отделно общия капацитет за паралелно и отделно за серийно свързване. След това, използвайки формулата за серийна връзка, намерете стойността, която е обща за двете получени стойности.