Hva er elektrisk kapasitans og hvordan måles det

I elektroteknikk finner man ofte kapasitetsbegrepet. I dette tilfellet snakker vi ikke om en bøtte eller et annet fartøy, men om den elektriske kapasiteten til leder, batteri og kondensator. Det er umulig å forveksle disse konseptene. I denne artikkelen vil vi forstå hva en elektrisk kapasitans er, hva den avhenger av og i hvilke enheter den måles.

Innhold:

definisjon
kondensatorer
Batterier og strømforbruk

definisjon

For ledere er en elektrisk kapasitans en verdi som kjennetegner kroppens evne til å akkumulere en elektrisk ladning. Dette er dens fysiske betydning. Det er betegnet med den latinske bokstaven C. Det er lik forholdet mellom lading og potensial, hvis dette er skrevet i form av en formel, oppnås følgende:

C = q / f

Den elektriske kapasiteten til ethvert objekt avhenger av dens form og geometriske dimensjoner. Hvis vi ser på en leder i form av en ball, som et eksempel, vil formelen for beregning av dens verdi se ut:

Denne formelen gjelder for en enslig leder. Hvis du plasserer to ledere ved siden av hverandre og skiller dem med et dielektrikum, får du en kondensator. Om dette litt senere, la oss se på hva som er målt elektrisk kapasitet.

Måleenheten for elektrisk kapasitet er farad. Hvis du dekomponerer den til komponenter i henhold til formelen, så:

1 farad = 1 C / 1 V

Historisk har dimensjonen til denne enheten ikke blitt valgt riktig. Fakta er at det i praksis er nødvendig å jobbe med elektrisk kapasitet: miles, mikro, nano og picofarads. Noe som tilsvarer brøkene til en farad, nemlig:

1 mF = 10 ^ (- 3) Ф

1 μF = 10 ^ (- 6) F

1 nF = 10 ^ (- 9) Ф

1 pF = 10 ^ (- 12) Ф

kondensatorer

En kondensator er to plater av ledende materiale som ligger overfor hverandre, mellom hvilke det er et dielektrisk lag. I ladet tilstand har platene forskjellige potensialer: en av dem vil være positive, og den andre negative. Kondensatorens elektriske kapasitet avhenger av størrelsen på ladningen på platene og potensialforskjellen, spenningen mellom dem. Et elektrostatisk felt oppstår mellom platene, som holder ladningene på platene. Formelen for kondensatoren til en kondensator i generelt tilfelle:

C = q / U

Med enkle ord avhenger kondensatorens kapasitet av platenes område og avstanden mellom dem, så vel som den relative dielektriske konstanten til materialet som ligger mellom dem. De kjennetegnes ved det dielektrikum som brukes:

keramikk;
membran;
glimmer;
metallpapir;
elektrolytisk;
tantal, etc.

I henhold til formen til platene:

flat;
sylindrisk;
sfærisk, etc.

Siden formelen for området til en figur avhenger av dens form, vil formelen for kapasitet være forskjellig for hvert tilfelle.

For en flat kondensator:

For to konsentriske sfærer med et felles senter:

For sylindrisk kondensator:

I likhet med andre elementer i den elektriske kretsen er det i dette tilfellet to hovedmåter å koble til kondensatorer: parallell og seriell.

Den endelige elektriske kapasitansen til den resulterende kretsen avhenger av dette. Beregningene av kapasitansen til flere kondensatorer minner om beregningene av motstanden til motstander i forskjellige forbindelser, bare formlene for tilkoblingsmetodene er tvert imot, det vil si:

Når den er koblet parallelt, er kretsens totale elektriske kapasitet summen av kapasitansene til hvert element. Hver neste tilkoblede øker den totale kapasiteten

Ctotal = C1 + C2 + C3

Når serien er koblet i serie, reduseres den elektriske kapasiteten til kretsen, som en reduksjon i motstand i en krets med parallellkoblede motstander. Det vil si:

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

Viktig! I en parallell krets er spenningene på platene til hvert element de samme. Dette brukes til å oppnå store elektriske kapasiteter. I seriekoblingen av to spenningselementer på platene til hver av kondensatorene er halvparten av den totale spenningen. For tre, tredeler, og så videre.

Batterier og strømforbruk

De viktigste egenskapene til batterier er:

Nominell spenning
Kapasitet.
Maksimal utladningsstrøm.

I dette tilfellet, for å bestemme de kvantitative egenskapene til driftstiden, eller, enkelt sagt, for å beregne hvor lenge batteriet varer, brukes kapasitetsverdien.

I oppladbare batterier brukes følgende dimensjoner for å beskrive den elektriske kapasiteten:

Og * h - ampertimer for store batterier, for eksempel bil.
mAh - milliampere-timer, for batterier for bærbare enheter, for eksempel smarttelefoner, quadcopters og elektroniske sigaretter.
W * timer - Watt timer.

Disse egenskapene lar deg bestemme hvor lenge batteriet skal tåle under en bestemt belastning. For å bestemme batteriets elektriske kapasitet måles det i anheng (C). På sin side er anhenget lik mengden strøm som overføres til batteriet med en strøm på 1A for 1 sekund. Så hvis du oversetter til timer, sendes 3600 C med en strøm på 1A i 1 time.

En måte å måle batterikapasiteten på er å tømme det med en kjent strøm, og du må måle utladningstiden. Anta at hvis batteriet lades ut til minimumsspenningsnivået på 10 timer med en strøm på 5A, er kapasiteten 50 A * h

Elektrisitet er en viktig mengde innen elektronikk og elektroteknikk. I praksis brukes kondensatorer i nesten alle kretser på en elektronisk enhet. For eksempel i strømforsyninger - for å jevne ut krusninger, reduser effekten av høyspenningsspenninger på strømbrytere. Under timingkretser for forskjellige kretsløp, så vel som i PWM-kontrollere for å stille inn driftsfrekvens. Batterier brukes også ofte. Generelt er oppgavene med energilagring og faseskift veldig vanlige.

Den medfølgende videoen vil hjelpe deg med å studere saken mer detaljert:

En kort forklaring er gitt i denne videoopplæringen:

Nå vet du hva en elektrisk kapasitans er, i hvilke enheter den måles, og hva denne mengden avhenger av. Vi håper informasjonen som ble gitt var nyttig og forståelig for deg!

Relaterte materialer: