Izračunava se sila privlačenja ploča kondenzatora. Relativna dielektrična konstanta

Ploče kondenzatora, napunjene suprotnim imenima, privlače se jedna drugoj.

Mehaničke sile koje djeluju na makroskopska nabijena tijela nazivaju seponderomotive .

Izračunajmo ponderomotivne sile koje djeluju na ploče ravni kondenzator... U ovom slučaju su moguće dvije opcije:

Kondenzator se puni i odvaja od napunjene baterije(u ovom slučaju, broj naboja na pločama ostaje konstantan q = konst).

Kada uklonite jednu ploču kondenzatora s druge, posao je završen

zbog čega se povećava potencijalna energija sistema:

Štaviše, dA = dW. Izjednačavajući desnu stranu ovih izraza, dobijamo

(12.67)

V u ovom slučaju prilikom diferencijacije razmak između ploča je označen x.

Kondenzator je napunjen, ali nije isključen iz baterije(u ovom slučaju, kada se jedna od ploča kondenzatora pomakne, napon će ostati konstantan ( U = konst). U ovom slučaju, kako se jedna ploča udaljava od druge, potencijalna energija polja kondenzatora opada, jer dolazi do "curenja" naelektrisanja iz ploča, dakle

Ali
, onda

Rezultirajući izraz odgovara formuli
... Može se predstaviti u drugačijem obliku ako umjesto naboja q uvedemo površinsku gustoću:

(12.68)

Teren je ujednačen. Jačina polja kondenzatora je
, gdje je x razmak između ploča. Zamjena u formuli
U 2 = E 2 x 2, dobijamo da je sila privlačenja ploča ravnog kondenzatora

(12.69)

Ove sile ne djeluju samo na ploče. Budući da ploče zauzvrat pritiskaju dielektrik postavljen između njih i deformiraju ga, tada se u dielektriku javlja pritisak

(S je površina svake ploče).

Pritisak koji nastaje u dielektriku je

(12.70)

Primjeri rješavanja problema

Primjer 12.5. Razlika potencijala od 1,5 kV primjenjuje se na ploče ravnog kondenzatora zraka. Površina ploče 150cm 2 a razmak između njih je 5 mm. Nakon odvajanja kondenzatora od izvora napona, staklo (ε 2 = 7). Definirajte:

1) razlika potencijala između ploča nakon uvođenja dielektrika; 2) kapacitet kondenzatora pre i posle uvođenja dielektrika; 3) površinska gustina naelektrisanja na pločama pre i posle uvođenja dielektrika.

Dato: U 1 = 1,5 kV = 1,5 ∙ 10 3 V; S = 150 cm 2 = 1,5 ∙ 10 -2 m 2; ε 1 = 1; d = 5 mm = 5 ∙ 10 -3 m.

Pronađite: 1) U 2; 2) C 1 C 2; 3) σ 1, σ 2

Rješenje . Jer
(σ je površinska gustina naelektrisanja na pločama kondenzatora), zatim pre uvođenja dielektrika σd = U 1 ε 0 ε 1 i nakon uvođenja dielektrika σd = U 2 ε 0 ε 2, dakle

Kapacitet kondenzatora prije i nakon uvođenja dielektrika

i

Naboj ploča se ne mijenja nakon isključivanja iz izvora napona, tj. q = konst. Prema tome, površinska gustoća naboja na pločama prije i nakon uvođenja dielektrika

Odgovor: 1) U 2 = 214V; 2) C 1 = 26,5pF; C 2 = 186pF; 3) σ 1 = σ 2 = 2,65 μC / m2.

Primjer 12.7. Prozor između ploča ravnog kondenzatora ispunjen je anizotropnim dielektrikom, čija se permitivnost ε mijenja u smjeru okomitom na ploče prema linearnom zakonuε = α + βx od ε 1 do ε 2 , i ε 2 > ε 1 ... Površina svake pločeS, udaljenost između njihd... Pronađite kapacitet kondenzatora.

Dato: S; d; ε 1; ε 2

Nađi: WITH.

Rješenje . Dielektrična konstanta ε mijenja se prema linearnom zakonu, ε = α + βh, gdje se h računa od ploče, u kojoj je permeabilnost jednaka ε 1. Uzimajući u obzir da je ε (0) = ε 1, ε (d) = ε 2, dobijamo zavisnost
... Nađimo potencijalnu razliku između ploča:

Kapacitet kondenzatora će biti jednak

odgovor:

Primjer 12.7. Između ploča ravnog kondenzatora napunjenog do razlike potencijala U , dva sloja dielektrika postavljena su paralelno sa njegovim pločama. Debljina sloja i dielektrična konstanta dielektrici su respektivno jednakid 1 , d 2 , ε 1 , ε 2 ... Odrediti jačinu elektrostatičkih polja u slojevima dielektrika.

Dato: U; d 1 , d 2 , ε 1 , ε 2

Nađi: E 1, E 2.

Rješenje . Napon na pločama kondenzatora, s obzirom da je polje unutar svakog od dielektričnih slojeva jednolično,

U = E 1 d 1 + E 2 d 2. (1)

Električni pomak u oba sloja dielektrika je isti, tako da možemo pisati

D = D 1 = D 2 = ε 0 ε 1 E 1 = ε 0 ε 2 E 2 (2)

Iz izraza (1) i (2) nalazimo traženo

(3)

Iz formule (2) slijedi da

odgovor:
;

Primjer 12.7. Područje ploče S ravni kondenzator je jednak 100cm 2 ... Prostor između ploča je usko ispunjen sa dva sloja dielektrika - pločom liskuna (ε 1 = 7) debljina d 1 = 3,5 mm i parafinski vosak (ε 2 = 2) debljina d 2 = 5 mm. Odredite kapacitet ovog kondenzatora..

Dato: S= 100cm 2 =10 -2 m 2 ; ε 1 =7; d 1 = 3,5 mm = 3,5 ∙ 10 -3 m ;, ε 1 =2; d 1 = 3,5 mm = 5 ∙ 10 -3 m;

Nađi: WITH.

Rješenje . Kapacitet kondenzatora

gdje je = naboj na pločama kondenzatora (površinska gustina naboja na pločama); = je razlika potencijala ploča, jednaka zbiru napona na dielektričnim slojevima: U = U 1 + U 2. Onda

(1)

Naponi U 1 i U 2 nalaze se po formulama

;
(2)

gdje je E 1 i E 2 - jačina elektrostatičkog polja u prvom i drugom sloju dielektrika; D - električni pomak u dielektricima (u oba slučaja isti). S obzirom na to

A uzimajući u obzir formulu (2), iz izraza (1) nalazimo potrebnu kapacitivnost kondenzatora

odgovor: C = 29.5pF.

Primjer 12.7. Baterija od tri serijski spojena kondenzatora C 1 = 1μF; WITH 2 = 2μF i C 3 = 4μF spojeno na izvor EMF. Napunjenost banke kondenzatora q = 40μC. Navedite: 1) napone U 1 , U 2 i U 3 na svakom kondenzatoru; 2) Izvor EMF; 3) kapacitet kondenzatorske baterije.

Dato : S 1 = 1mkF = 1 ∙ 10 -6 F; C 2 = 2mkF = 2 ∙ 10 -6 F i C 3 = 4mkF = 4 ∙ 10 -6 F; q = 40mkC = 40 ∙ 10 -6 F .

Pronađite: 1) U 1, U 2, U 3 ; 2) ξ; 3) S.

Rješenje . Kada su kondenzatori povezani serijski, naelektrisanja svih ploča su jednaka po apsolutnoj vrednosti

q 1 = q 2 = q 3 = q.

Napon kondenzatora

EMF izvora jednak je zbroju napona svakog od serijski povezanih kondenzatora:

ξ = U 1 + U 2 + U 3

Kada su spojeni u seriju, zbrajaju se vrijednosti suprotne od kapacitivnosti svakog od kondenzatora:

Odakle dolazi potreban kapacitet kondenzatorske banke?

Odgovor: 1) U 1 = 40V; U 2 = 20 V, U 3 = 10V; 2) Ɛ = 70V; 3) C = 0,571 μF.

Primjer 12.7. Dva ravna zračna kondenzatora istog kapaciteta spojena su serijski i spojena na EMF izvor. Koliko će se i koliko puta promijeniti naboj kondenzatora ako je jedan od njih uronjen u ulje s dielektričnom konstantom ε = 2,2.

Dato: S 1 = S 2 = S; q = 40 μC = 40 ∙ 10 -6 F ; ε 1 = 1; ε 2 =2,2.

Nađi: .

Rješenje . Kada su kondenzatori povezani u seriju, naboji oba kondenzatora su jednaki po veličini. Prije potapanja u dielektrik (u ulje), napunite svaki kondenzator

gdje je ξ = U 1 + U 2 (kada su kondenzatori povezani serijski, EMF izvora je jednak zbiru napona svakog od kondenzatora).

Nakon potapanja jednog od kondenzatora u dielektrik, naboji kondenzatora su opet isti i, respektivno, na prvom i drugom kondenzatoru su jednaki

q = CU 1 = ε 2 CU 2

(uzmite u obzir da je ε 1 = 1), odakle, ako uzmemo u obzir da je ξ = U 1 + U 2, nalazimo

(2)

Dijeljenjem (2) sa (1) nalazimo traženi omjer

odgovor:
, tj. napunjenost kondenzatora se povećava 1,37 puta.

Primjer 12.7. Svaki kondenzator kapaciteta C je povezan kako je prikazano na sl.a. odrediti kapacitet C ukupno ovo povezivanje kondenzatora. ...

Rješenje . Ako kondenzator C 4 isključite iz strujnog kruga, dobijate spoj kondenzatora, što se lako izračunava. Budući da su kapaciteti svih kondenzatora isti (C 2 = C 3 i C 5 = C 6), oba paralelna ogranka su simetrična, pa potencijali tačaka A i B, podjednako lociranih u granama, moraju biti jednaki. Kondenzator C 4 je stoga spojen na tačke sa nultom potencijalnom razlikom. Shodno tome, kondenzator C 4 nije napunjen, tj. može se eliminisati i shema predstavljena u opisu problema može biti pojednostavljena (slika b).

Ovo kolo se sastoji od tri paralelne grane, od kojih dvije sadrže dva serijski spojena kondenzatora

odgovor: Sa ukupno = 2C.

Primjer 12.7. Ravni kondenzator vazduha kapaciteta C 1 = 4pF napunjeno na potencijalnu razlikuU 1 = 100V. Nakon odvajanja kondenzatora od izvora napona, razmak između ploča kondenzatora je udvostručen. Odrediti: 1) potencijalnu razlikuU 2 na pločama kondenzatora nakon njihovog širenja; 2) rad spoljne sile klizne ploče.

Dato: C 1 = 4pF = 4 ∙ 10 -12 F; U 1 = 100 V; d 2 = 2d 1.

Nađi: 1) U 2; 2) A.

Rješenje . Napunjenost ploča kondenzatora se ne mijenja nakon isključivanja iz izvora napona, tj. Q = konst. Zbog toga

S 1 U 1 = S 2 U 2, (1)

gdje su C 2 i U 2 kapacitet i razlika potencijala na pločama kondenzatora nakon njihovog širenja.

S obzirom da je kapacitet ravnog kondenzatora
, iz formule (1) dobijamo traženu potencijalnu razliku

(2)

Nakon isključivanja kondenzatora iz izvora napona, sistem dvije nabijene ploče može se smatrati zatvorenim, za koji je ispunjen zakon održanja energije: rad vanjskih sila A jednak je promjeni energije sistema.

A = W 2 - W 1 (3)

gdje je W 1 i W 2 - respektivno, energija polja kondenzatora u početnom i konačnom stanju.

S obzirom na to
i
(q - const), iz formule (3) dobijamo traženi rad vanjskih sila

[uzmite u obzir da je q = C 1 U 1 i formula (2)].

Odgovori : 1) U 2 = 200V 2) A = 40nJ.

Primjer 12.7. Puna kugla od dielektrika poluprečnikaR= 5cm ravnomjerno napunjene sa zapreminskom gustinom ρ = 5nC / m 3 ... Odrediti energiju elektrostatičkog polja sadržanog u prostoru koji okružuje loptu.

Dato: R = 5 cm = 5 ∙ 10 -2 m; ρ = 5nC / m 3 = 5 ∙ 10 -9 C / m 3.

Nađi: W.

Rješenje . Polje nabijene lopte je sferno simetrično, stoga je gustina zapreminskog naboja ista u svim tačkama koje se nalaze na jednakim udaljenostima od centra lopte.

NS energija u elementarnom sfernom sloju (odabira se izvan dielektrika, gdje treba odrediti energiju) zapremine dV (vidi sliku)

gdje je dV = 4πr 2 dr (r je polumjer elementarnog sfernog sloja; dr je njegova debljina);
(ε = 1 - polje u vakuumu; E - jačina elektrostatičkog polja).

Intenzitet E nalazimo Gaussovom teoremom za polje u vakuumu, a kao zatvorenu površinu mi mentalno biramo sferu polumjera r (vidi sliku). U ovom slučaju, cijeli naboj lopte, koji stvara razmatrano polje, pada unutar površine, i, prema Gaussovom teoremu,

Gdje

Zamjenom pronađenih izraza u formulu (1) dobijamo

Energija sadržana u prostoru koji okružuje loptu,

Odgovori: W = 6,16 ∙ 10 -13 J.

Primjer 12.7. Ravni kondenzator sa površinom pločeSa udaljenost između njih ℓ se prenosi nabojq, nakon čega se kondenzator odvaja od izvora napona. Odredite silu gravitacijeFizmeđu ploča kondenzatora, ako je dielektrična konstanta medija između ploča ε.

Dato : S; ℓ; q; ε .

Nađi: F.

Rješenje . Napunjenost ploča kondenzatora se ne mijenja nakon isključivanja iz izvora napona, tj. q = konst. Pretpostavimo da se pod djelovanjem sile privlačenja F razmak između ploča kondenzatora mijenja za d ℓ ... Tada sila F vrši rad

Prema zakonu održanja energije, ovaj rad je jednak gubitku energije kondenzatora, tj.

. (3)

Zamjena u formulu za energiju napunjenog kondenzatora
izraz za kapacitet ravnog kondenzatora
, dobijamo

(4)

odgovor:

Primjer 12.7. Ravni kondenzator sa površinom pločeSi rastojanje između njih ℓ povezano sa izvorom konstantan napon U... Odredite silu gravitacijeFizmeđu ploča kondenzatora, ako je dielektrična konstanta medija između ploča ε.

Dato : S; ℓ; U; ε .

Nađi: F.

Rješenje . Prema stanju zadatka održava se konstantan napon na pločama kondenzatora, tj. U = konst. Pretpostavimo da se pod djelovanjem sile privlačenja F razmak između ploča kondenzatora mijenja za dℓ. Tada sila F vrši rad

Prema zakonu održanja energije, ovaj rad u ovom slučaju ide na povećanje energije kondenzatora (uporedi sa prethodnim zadatkom), tj.

odakle, polazeći od izraza (1) i (2), dobijamo

(3)

Zamjena u formulu za energiju kondenzatora
izraz za kapacitet ravnog kondenzatora
, dobijamo

(4)

Zamijenivši u formulu (3) vrijednost energije (4) i izvršivši diferencijaciju, nalazimo željenu silu privlačenja između ploča kondenzatora

.

gdje znak “-” označava da je sila F sila gravitacije.

Odgovori :

Neka je potencijal ploče kondenzatora na kojoj se nalazi naboj jednak, a potencijal ploče na kojoj se nalazi naboj jednak Tada je svako od elementarnih naboja na koje se naboj može podijeliti u tački s potencijalom i svaki od naboja na koje se naboj može podijeliti je u tački s potencijalom ...

Prema formuli (28.1), energija takvog sistema naelektrisanja je

Koristeći relaciju (27.2), možemo napisati tri izraza za energiju nabijenog kondenzatora:

Formule (29.2) se razlikuju od formula (28.3) samo po tome što ih zamjenjuju

Koristeći izraz za potencijalnu energiju, može se pronaći sila kojom se ploče ravnog kondenzatora međusobno privlače. Pretpostavimo da razmak između ploča može varirati. Spojimo početak x-ose na lijevu ploču (sl. 29.1). Tada će x koordinata druge ploče odrediti razmak d između ploča. Prema formulama (27.3) i (29.2)

Razlikujemo ovaj izraz s obzirom na x, pod pretpostavkom da je naboj na pločama nepromijenjen (kondenzator je isključen iz izvora napona). Kao rezultat, dobijamo projekciju na x-os sile koja djeluje na desnu ploču:

Modul ovog izraza daje vrijednost sile kojom se ploče privlače jedna drugu:

Pokušajmo sada izračunati silu privlačenja između ploča ravnog kondenzatora kao proizvod jačine polja koju stvara jedna ploča naelektrisanjem koncentrisanim na drugoj. Prema formuli (14.3), jačina polja koju stvara jedna ploča je jednaka

Dielektrik vremenom slabi polje u procjepu, ali to se dešava samo unutar dielektrika (vidi formulu (20.2) i tekst povezan s njom). Naelektrisanja na pločama nalaze se izvan dielektrika i stoga su pod dejstvom polja jačine (29.4).

Množenjem naboja ploče q ovom napetošću dobijamo izraz za silu

Formule (29.3) i (29.5) se ne poklapaju. Vrijednost sile (29.3), koja se dobija iz izraza za energiju, slaže se sa iskustvom. To je zbog činjenice da, pored "električne" sile (29.5), mehaničke sile djeluju na ploče sa strane dielektrika, nastojeći da ih razdvoje (vidi § 22; imajte na umu da mislimo na tečnost ili gasoviti dielektrik). Na rubu ploča nalazi se raspršeno polje koje se smanjuje po veličini s rastojanjem od rubova (slika 29.2). Dielektrični molekuli, koji posjeduju dipolni moment, doživljavaju djelovanje sile koja ih vuče u područje jačeg polja (vidi formulu (9.16)). Kao rezultat, pritisak između ploča raste i pojavljuje se sila koja višestruko slabi djelovanje sile (29,5).

Ako je nabijeni kondenzator sa zračnim rasporom djelomično uronjen u tekući dielektrik, dielektrik se uvlači u prostor između ploča (slika 29.3). Ovaj fenomen se objašnjava na sljedeći način. -Dielektrična konstanta vazduha je praktično jednaka jedinici. Stoga, prije nego što se ploče urone u dielektrik, kapacitivnost kondenzatora se može smatrati jednakim i energija je jednaka.sa zračnim rasporom ima površinu ploče jednaku paralelna veza kondenzatori kapacitivnosti se dodaju:

Budući da će energija biti manja od (pretpostavlja se da je naboj q nepromijenjen - prije potapanja u tekućinu, kondenzator je bio isključen iz izvora napona). Posljedično, ispunjavanje praznine dielektrikom ispada energetski povoljno. Zbog toga se dielektrik uvlači u kondenzator i njegov nivo u zazoru raste. To, zauzvrat, dovodi do povećanja potencijalne energije dielektrika u polju gravitacije. Konačno, nivo dielektrika u zazoru će se uspostaviti na određenoj visini koja odgovara minimumu ukupne energije (električne i gravitacione). Fenomen koji se razmatra je sličan kapilarnom podizanju tečnosti u uskom procepu između ploča (videti § 119 1. sveske).

Uvlačenje dielektrika u jaz između ploča može se shvatiti i sa mikroskopske tačke gledišta. Na rubovima ploča kondenzatora postoji nehomogeno polje. Dielektrični molekuli imaju svoj vlastiti dipolni moment ili ga stiču pod djelovanjem polja; stoga na njih djeluju sile koje teže da ih pomjere u područje jakog polja, tj. unutar kondenzatora. Pod dejstvom ovih sila tečnost se uvlači u procep do električne sile djelovanje na tečnost na rubu ploča neće biti uravnoteženo težinom stupca tekućine.

U svemu elektronskih uređaja koriste se kondenzatori. Prilikom dizajniranja ili izrade vlastitim rukama, parametri uređaja izračunavaju se pomoću posebnih formula.

Kondenzatori

Proračun kondenzatora

Jedan od glavnih parametara takvih uređaja je kapacitet. Možete ga izračunati koristeći sljedeću formulu:

• C - kapacitet,
• q je naboj jedne od ploča elementa,
• U je razlika potencijala između ploča.

U elektrotehnici se umjesto koncepta "razlike potencijala između ploča" koristi "napon kondenzatora".

Kapacitet elementa ne zavisi od dizajna i dimenzija uređaja, već samo od napona na njemu i naelektrisanja ploča. Ali ovi parametri se mogu mijenjati ovisno o udaljenosti između njih i materijala dielektrika. Ovo se uzima u obzir u formuli:

S = Co * ε, gdje je:

• S - stvarni kapacitet,
• Ko - idealno, pod uslovom da postoji vakuum ili vazduh između ploča,
• ε je dielektrična konstanta materijala između njih.

Na primjer, ako se kao dielektrik koristi liskun, čiji je "ε" 6, tada je kapacitet takvog uređaja 6 puta veći od zračnog, a kada se promijeni količina dielektrika, mijenjaju se projektni parametri. Na ovom principu zasniva se rad kapacitivnog senzora položaja.

Kondenzatorski uređaj

SI jedinica za kapacitivnost je 1 farad (F). to velika vrijednost, stoga se češće koriste mikrofaradi (1000000mkF = 1F) i pikofaradi (1000000pF = 1mkF).

Proračun ravne konstrukcije

• ε je dielektrična konstanta izolacionog materijala,
• d je rastojanje između ploča.

Proračun cilindrične strukture

Cilindrični kondenzator su dvije koaksijalne cijevi različitih promjera umetnute jedna u drugu. Između njih je dielektrik. Kada je radijus cilindara blizu jedan drugom i mnogo veći od udaljenosti između njih, cilindrični oblik se može zanemariti i proračun se može svesti na formulu sličnu onoj koja se koristi za izračunavanje ravnog kondenzatora.

Parametri takvog uređaja izračunavaju se po formuli:

C = (2π * l * R * ε) / d, gdje je:

• l - dužina uređaja,
• R je poluprečnik cilindra,
• ε je dielektrična konstanta izolatora,
• d je njegova debljina.

Proračun sferne strukture

Postoje uređaji čije su ploče dvije kuglice ugniježđene jedna u drugu. Formula za kapacitet takvog uređaja:

C = (4π * l * R1 * R2 * ε) / (R2-R1), gdje je:

• R1 - poluprečnik unutrašnje sfere,
• R2 je poluprečnik vanjske sfere,
• ε je dielektrična konstanta.

Formule kapacitivnosti za kondenzatore različitih oblika

Kapacitet jednog provodnika

Pored kondenzatora, individualni provodnici imaju mogućnost pohranjivanja naboja. Jedan provodnik je provodnik koji je beskonačno udaljen od ostalih provodnika. Parametri nabijene ćelije izračunavaju se po formuli:

• Q - punjenje,
• φ je potencijal provodnika.

Količina punjenja određena je veličinom i oblikom uređaja, kao i okruženje... Materijal uređaja nije bitan.

Metode povezivanja elemenata

Predmeti sa neophodni parametri... Treba ih povezati Različiti putevi.

Povezivanje kondenzatora

Paralelna veza

Ovo je takva veza dijelova, u kojoj su prve ploče svakog kondenzatora spojene na jedan terminal ili kontakt. U ovom slučaju, druge ploče su spojene na drugi terminal.

Sa ovom vezom, napon na kontaktima svih elemenata će biti isti. Svaki od njih se puni nezavisno od ostalih, tako da je ukupan kapacitet jednak zbiru svih količina. Nalazi se po formuli:

gdje su C1-Cn parametri uključenih dijelova paralelna veza.

Bitan! Kondenzatori imaju maksimalni dozvoljeni napon, prekoračenje kojeg će dovesti do kvara elementa. Kada su uređaji s različitim dopuštenim naponima povezani paralelno, ovaj parametar rezultirajućeg sklopa jednak je elementu s najnižom vrijednošću.

Serijska veza

Ovo je veza u kojoj je samo jedna ploča prvog elementa spojena na terminal. Druga ploča je pričvršćena na prvu ploču drugog elementa, druga ploča drugog - na prvu ploču trećeg, i tako dalje. Samo druga ploča posljednjeg elementa spojena je na drugi terminal.

S takvom vezom, naboj na pločama kondenzatora u svakom uređaju bit će jednak ostatku, ali će napon na njima biti drugačiji: za punjenje uređaja većeg kapaciteta s istim nabojem potrebna je manja razlika potencijala. Dakle, cijeli lanac je jedna struktura, čija je razlika potencijala jednaka zbiru napona na svim elementima, a naboj kondenzatora jednak je zbiru naboja.

Serijska veza povećava dozvoljeni napon i smanjuje ukupnu kapacitivnost, koja je manja od najmanjeg elementa.

Ovi parametri se izračunavaju na sljedeći način:

• Dozvoljeni napon:

Utotal = U1 + U2 + U3 +… Un, gdje je U1-Un napon na kondenzatoru;

• Ukupan kapacitet:

1 / Broj = 1 / S1 + 1 / S2 + 1 / S3 + ... 1 / Sn, gdje su S1-Sn parametri svakog uređaja.

Zanimljivo. Ako postoje samo dva elementa u lancu, onda možete koristiti pojednostavljenu formulu: Common = (C1 * C2) / (C1 + C2).

Mješovita veza

Ovo je veza u kojoj postoje dijelovi povezani serijski, a dijelovi povezani paralelno. Parametri cijelog kola se izračunavaju u sljedećem redoslijedu:

1. određuju se grupe paralelno povezanih elemenata;
2. ekvivalentne vrijednosti se izračunavaju za svaku grupu posebno;
3. rezultirajuće vrijednosti se upisuju pored svake grupe paralelno povezanih dijelova;
4. rezultirajuće kolo je ekvivalentno sekvencijalna šema a izračunava se pomoću odgovarajućih formula.

Poznavanje formula po kojima se može pronaći kapacitivnost u proizvodnji kondenzatora ili njihovo povezivanje neophodno je prilikom projektovanja elektronska kola.

Video

Elquanta.ru

Greške kondenzatora - meandar - zabavna elektronika

Kao praksa popravke za poslednjih godina, najveći broj kvarovi na hardveru nastaju zbog elektrolitički kondenzatori... Istovremeno, dolazi do smanjenja broja kvarova zbog greške drugih komponenti.

Ovdje će biti navedene glavne vrste kvarova kondenzatora i kako ih identificirati. Vjeruje se da su glavne vrste kvarova kondenzatora kvar i lom, zapravo ih ima više.

1. Puknuće elektrolitskog kondenzatora. Smanjen kapacitet.

Pauzu karakteriše nedostatak kapaciteta. Ako je nazivni kapacitet kondenzatora (onaj koji bi trebao biti) ispod 20 μF, tada jedini način provjera će biti mjerenje kapacitivnosti. U ovom slučaju, preporučljivo je imati multimetar s funkcijom mjerenja kapacitivnosti. Tipično, ovi multimetri mogu mjeriti kapacitet do 20 μF. Primjer multimetra sa mjerenjem kapacitivnosti iz kategorije " budžetska cijena"- DT9206A, ali ima mnogo drugih. Ovdje je sve jasno - mjerimo kapacitet uređajem i donosimo zaključke:

Ako nema kapaciteta, kondenzator je neispravan, samo ga bacite.

Ako je kapacitivnost nizak, kondenzator je neispravan i može se koristiti, ali nije poželjno, jer se kapacitivnost može još više smanjiti.

U principu, moguće je provjeriti prisustvo kapaciteta elektrolitskog kondenzatora nominalnog kapaciteta većeg od 20 μF pomoću bilo kojeg multimetra u načinu mjerenja otpora.

Odaberemo granicu mjerenja "200 kOhm", prvo zatvorimo izvode kondenzatora kako bismo uklonili eventualno postojeće naelektrisanje u njemu, zatim otvorimo vodove i na njih spojimo sonde multimetra.

Na displeju će se pojaviti određena vrijednost otpora, koja će rasti što je brže, što je kapacitet kondenzatora manji, a nakon nekog vremena dostići će "beskonačnost". To se događa jer se u procesu punjenja kondenzatora struja kroz kondenzator smanjuje, a otpor, koji multimetar određuje kao funkciju obrnute struje, u skladu s tim se povećava. Za potpuno napunjen kondenzator, otpor će težiti beskonačnosti.

Ako se upravo to dogodi, to znači da kondenzator ima kapacitet.

Ako je, međutim, odmah "beskonačnost" - avaj, kondenzator ima otvoreni krug i može se samo izbaciti.

Za mjerenje kapaciteta elektrolitskog kondenzatora pomoću ohmmetra, u principu, može se učiniti isto. Ali veoma na neobičan način.

Osim multimetra, za to će biti potrebna štoperica, list papira, olovka i velika hrpa očito ispravnih kondenzatora različitog kapaciteta.

Potrebno je ove kondenzatore rasporediti po rastućem redoslijedu kapacitivnosti i mjerenjem njihovog otpora ommetrom, kao što je gore opisano, izmjeriti štopericom koliko vremena treba svakom od njih od početka mjerenja do "beskonačnosti" otpora. Zatim zapišite ove podatke u obliku tabele. Istovremeno, ne zaboravljajući navesti na kojoj granici mjerenja otpora su podaci dobiveni.

Sada, da biste odredili kapacitet elektrolitskog kondenzatora, morate izmjeriti njegov otpor multimetrom, odrediti štopericom koliko će vremena trebati da se postigne "beskonačnost". A zatim, koristeći ovu tablicu, odredite približno kapacitet.

Ne zaboravite isprazniti kondenzator prije svakog mjerenja tako što ćete privremeno kratko spojiti njegove vodove.

Ova metoda pogodan samo za elektrolitičke kondenzatore nominalnog kapaciteta većeg od 20 μF. Za kondenzatore manjeg kapaciteta, proces povećanja otpora na "beskonačnost" će se dogoditi prebrzo - jednostavno ga nećete primijetiti.

1. Slom elektrolitskog kondenzatora.

U praksi, kvar je kratki spoj unutar kondenzatora. Klasični kvar se lako utvrđuje ommetrom, jer uređaj ili pokazuje nulti otpor, ili neki blagi otpor, koji se ne povećava ili se neznatno povećava, ali ne dostiže "beskonačnost".

Slom se može utvrditi bez instrumenata Vanjski izgled kondenzator. Činjenica je da kada se elektrolitički kondenzator pokvari unutar njega, elektrolit ključa i oslobađa se plin. Na vrhu kućišta modernih elektrolitskih kondenzatora nalaze se zarezi u obliku krsta, koji se otvaraju i izboče kada postoji višak pritiska unutar kondenzatora. Izvana je to vrlo primjetno, posebno na pozadini brojnih ispravnih kondenzatora.

Oba kondenzatora su neispravna. Jedna kap (vidi tragove na ploči), druga je nabubrila.

Međutim, dešava se da do kvara dođe nekako nježno, a "glava" kondenzatora se ne slomi.

U svakom slučaju, puknuće ili izbočenje ureza ukazuje na neprikladnost kondenzatora i mora se zamijeniti.

1. Smanjenje maksimalnog dozvoljenog napona.

Postoji zanimljiv kvar kondenzatora, u kojem se s njim javlja reverzibilni kvar, koji se javlja kada se na njegovim pločama prekorači određeni napon. Obično je maksimalni dozvoljeni napon na pločama kondenzatora naznačen u njegovoj oznaci.

Ali postoji takav kvar u kojem se smanjuje vrijednost maksimalnog dopuštenog napona. Istovremeno, može se činiti da je kondenzator u dobrom radnom stanju - mjerač kapacitivnosti će pokazati ispravan rezultat, a otpor u napunjenom stanju će biti "beskonačan". Ali u kolu, kondenzator se ponaša kao da je pokvaren.

Ovdje je poenta upravo u tome da se smanjio maksimalni dozvoljeni napon na pločama kondenzatora. A sada se kondenzator pokvari na mnogo nižem naponu. Ali ovaj kvar je reverzibilan, a kada se provjeri ommetrom na naponu nižem od napona koji uzrokuje kvar, čini se da je kondenzator u dobrom stanju.

Da biste testirali kondenzator na maksimalni napon, trebate laboratorijski izvor jednosmerna struja... Postavite minimalni napon na njegovim stezaljkama, spojite testirani kondenzator na njih (pazeći na polaritet) i postepeno povećavajte napon na vrijednost nešto nižu od one naznačene na kućištu kondenzatora.

Na primjer, na kućištu se nalazi kondenzator sa ispisanim "40V", što znači da ne bi trebalo doći do kvara na naponu od nula do 40V.

A sada se ispostavilo da je već na naponu od 25V ovaj kondenzator započeo kvar sa svim znakovima - povećanjem struje, zagrijavanjem, ključanjem ... čak je moguć i prijelaz laboratorijska jedinica napajanje u režim zaštite od kratkog spoja.

Sve ovo sugerira da kondenzator nije prikladan, jer čak i ako ga planirate koristiti u krugu u kojem napon nije veći od 25V, nema garancije da njegov probojni napon ni u jednom trenutku neće pasti još niže. Takav kondenzator će se ponašati nestabilno - bolje je ne lemiti ga u krug.

1. Povećanje unutrašnjeg otpora kondenzatora.

Fizički, izgleda kao da je otpornik spojen u seriju s kondenzatorom. S povećanjem ovog parametra, vršna struja kroz kondenzator se smanjuje kada se puni ili prazni, uvodi se kašnjenje u krugu u kojem ovaj kondenzator radi.

Ovaj parametar pod nazivom ESR (Equivalent Series Resistance) ili ESR na engleskom.

Da biste odredili ekvivalentni serijski otpor, potreban vam je poseban uređaj - ESR mjerač.

Možda će vas zanimati ovo:

meandr.org

Kako pronaći napon kondenzatora u kolu

Jednosmjerna struja ne može postojati u kolu koje sadrži kondenzator. Krug je tada otvoren, pošto su ploče kondenzatora odvojene slojem dielektrika.U kolu u kojem se nalazi kondenzator može teći naizmjenična struja. Ovo se može provjeriti uz pomoć jednostavnog iskustva. Uzmimo izvore konstantnih i naizmenični napon, a konstantni napon na terminalima izvora će biti jednak efektivnoj vrijednosti naizmjeničnog napona. Kolo se sastoji od kondenzatora i žarulje sa žarnom niti (slika 2.14), povezanih u seriju. Kada se uključi prekidačem konstantnog napona, lampica ne svijetli. Ali kada se uključi naizmjenični napon, lampa počinje svijetliti ako je kapacitet kondenzatora dovoljno velik.Kako naizmjenična struja može teći kroz otvoreni krug? Ovdje se kondenzator periodično puni pod djelovanjem naizmjeničnog napona. Struja koja teče tokom punjenja zagreva nit lampe.Nađimo kako se tokom vremena menja struja u kolu koje sadrži samo kondenzator, ako se otpor provodnika i kondenzatorskih ploča može zanemariti (slika 2.15). + o¦o

CC Napon na kondenzatoru% -U jednak je naponu na stezaljkama kola. Otuda sin cof. Naelektrisanje kondenzatora se menja prema harmonijskom zakonu: q = CUm sin cof. (2.7.1) Struja je vremenski derivat naboja. Ako je naelektrisanje q u formuli (2.7.1) naelektrisanje ploče kondenzatora koje se prvo naiđe za izabrani smer zaobilaženja kola, tada (vidi str. 64, § 2.3) i = Sl. 2.16 Posljedično, strujne fluktuacije su ispred fluktuacija napona u fazi za l / 2 (slika 2.16). To znači da u trenutku kada se kondenzator počne puniti, struja je na svom maksimumu, a napon je nula. Nakon što napon dostigne svoj maksimum, struja postaje jednak nuli itd. Amplituda struje je jednaka: (2.7.3) I = U (aStt t Ako uvedemo oznaku (2.7.4) sa C LS i umjesto amplituda struje i napona koristimo njihove efektivne vrijednosti, tada dobijamo: U / = (2.7.5) Vrijednost Xc, recipročna vrijednost proizvoda ciklične frekvencije i kapacitivnosti kondenzatora, naziva se kapacitivnost.Uloga ove veličine je slična ulozi aktivni otpor R u Ohmovom zakonu (2.6.3). Efektivna vrijednost jačine struje je povezana sa efektivna vrijednost napon na kondenzatoru je potpuno isti kao što su jačina struje i napon u DC krugu povezani prema Ohmovom zakonu. Ovo nam omogućava da posmatramo vrijednost Xc kao otpor kondenzatora naizmjeničnom strujom - kapacitivni otpor Što je veći kapacitet kondenzatora, to je veća, prema formuli (2.7.3), struja punjenja. Ovo se lako detektuje povećanjem užarenosti lampe sa povećanjem kapacitivnosti. Dok je otpor kondenzatora na jednosmernu struju beskonačno visok, njegov otpor naizmeničnom strujom ima krajnja vrijednost Xc. Smanjuje se sa povećanjem kapacitivnosti i povećanjem frekvencije.To se može vidjeti ako koristite generator za napajanje kola prikazanog na slici 2.14. naizmjenična struja podesiva frekvencija. Glatkim povećanjem frekvencije naizmjenične struje može se uočiti povećanje usijanja žarulje. To je uzrokovano povećanjem amperaže uslijed smanjenja kapacitivni otpor kondenzator. Ako se napon iz kondenzatora dovede na jedan ulaz dvosmjernog osciloskopa, a napon na drugi ulaz, trenutnu vrijednost koja je proporcionalna struji u kolu (ovaj napon je uklonjen sa aktivnog otpora), tada će se na ekranu istovremeno posmatrati oscilogrami (vremenski pomaci) obe oscilacije: napon i struja. Ovakva zapažanja potvrđuju gornji zaključak da su strujne fluktuacije u kondenzatorskom kolu fazno pomaknute u odnosu na fluktuacije napona po l/2, kao što je prikazano na slici 2.16.

Pretpostavimo sada da dio kola sadrži kondenzator kapaciteta C, a otpor i induktivnost sekcije se mogu zanemariti i da vidimo po kojem će se zakonu u ovom slučaju promijeniti napon na krajevima sekcije. Označimo napon između tačaka a i b kroz u i pretpostavimo da su naboj kondenzatora q i struja i pozitivni ako odgovaraju slici 4. Onda

Trebaće ti

• - poznavanje kapaciteta ili geometrijskih i fizičkih parametara kondenzatora;
• - poznavanje energije ili naelektrisanja na kondenzatoru.

Instrukcije

Pronađite napon između ploča kondenzatora ako znate trenutnu vrijednost pohranjene energije, kao i njen kapacitet. Energija koju kondenzator pohranjuje može se izračunati po formuli W = (C ∙ U²) / 2, gdje je C kapacitivnost, a U napon između ploča. Tako se vrijednost napona može dobiti kao korijen dvostruke vrijednosti energije podijeljene sa kapacitivnošću. To jest, biće jednako: U = √ (2 ∙ W / C).

Energija koju kondenzator pohranjuje također se može izračunati na osnovu vrijednosti naboja (količine) koji sadrži i napona između ploča. Formula koja definira korespondenciju između ovih parametara je: W = q ∙ U / 2 (gdje je q naboj). Dakle, znajući energiju i, možete izračunati napon između njegovih ploča po formuli: U = 2 ∙ W / q.

Budući da je naboj na kondenzatoru proporcionalan i naponu primijenjenom na njegove ploče i kapacitetu uređaja (određen je formulom q = C ∙ U), tada, znajući naboj i kapacitet, možete pronaći i napon . U skladu s tim, da biste izvršili proračun, koristite formulu: U = q / C.

Da biste dobili vrijednost napona na kondenzatoru s poznatim geometrijskim i parametrima, prvo izračunajte njegov kapacitet. Za jednostavan ravni kondenzator, koji se sastoji od dvije odvojene provodne ploče, razmak između kojih je zanemarljiv u odnosu na njihovu veličinu, kapacitivnost se može izračunati po formuli: C = (ε ∙ ε0 ∙ S) / d. Ovdje je d razmak između ploča, a S njihova površina. Vrijednost ε0 je električna konstanta (konstanta jednaka 8,8542 10 ^ -12 F/m), ε je relativna permitivnost prostora između ploča (može se naći iz fizičkih priručnika). Nakon izračunavanja kapacitivnosti, izračunajte napon koristeći jednu od metoda navedenih u koracima 1-3.

Bilješka

Da biste dobili ispravne rezultate pri izračunavanju napona između ploča kondenzatora, prije izvođenja proračuna, dajte vrijednosti svih parametara SI sistemu.

Da biste znali da li se kondenzator može koristiti na jednom ili drugom mjestu u krugu, trebali biste ga odrediti. Način pronalaženja ovog parametra ovisi o tome kako je prikazan na kondenzatoru i da li je uopće naznačen.

Trebaće ti

• Kapacitet metar

Instrukcije

Na velikom kondenzatori kapacitet obično naznačeno u običnom tekstu: 0,25uF ili 15uF. U ovom slučaju, način da se to definira je trivijalan.

Na manjim kondenzatori(uključujući SMD) kapacitet dvije ili tri cifre. U prvom slučaju, to je naznačeno u pikofaradima. U drugom slučaju, prve dvije cifre kapacitet, i treći - u kojim jedinicama se izražava: 1 - desetine pikofarada;
2 - stotine pikofarada;
3 - nanofaradi;
4 - desetine nanofarada;
5 - dionica mikrofarada.

Postoji i sistem označavanja kontejnera koji koristi kombinacije latinična slova i brojevi. Slova predstavljaju sljedeće brojeve: A - 10;
B - 11;
C - 12;
D - 13;
E - 15;
Ž - 16;
G - 18;
H - 20;
J - 22;
K - 24;
L - 27;
M - 30;
N - 33;
P - 36;
Q - 39;
R - 43;
S - 47;
T - 51;
U - 56;
V - 62;
Š - 68;
X - 75;
Y - 82;
Z - 91. Dobijeni broj treba pomnožiti sa brojem 10, prethodno podignutim na stepen jednak sljedećoj cifri. Rezultat će biti izražen u pikofaradima.

Postoje kondenzatori kapacitet na kojoj to uopšte nije naznačeno. Verovatno ste ih sreli, u, u starterima fluorescentnih lampi. U ovom slučaju, izmjerite kapacitet moguće je samo sa posebnim uređajem. Oni su digitalni i premosni.U svakom slučaju, ako je kondenzator zalemljen u ovaj ili onaj uređaj, treba ga isprazniti, isprazniti filterske kondenzatore i sam kondenzator, kapacitet koju treba izmjeriti, pa tek onda ispariti. Zatim se mora spojiti na uređaj. digitalni metar prvo odaberite najgrublje ograničenje, a zatim ga prebacite dok ne pokaže preopterećenje. Nakon toga, prekidač se pomera unazad za jednu granicu i očitava se očitavanje, a položaj prekidača određuje jedinice u kojima se izražavaju.Na mostovskom meraču, uključujući se uzastopno, na svakom od njih, skrolujte regulator sa jednog kraja skale na drugu sve dok zvuk iz zvučnika ne nestane... Nakon postizanja nestanka, rezultat se očitava na skali regulatora, a jedinice u kojima se izražava također se određuju položajem prekidača, a zatim se kondenzator ponovo ugrađuje u uređaj.

Bilješka

Nikada ne spajajte napunjene kondenzatore na mjerač.

Izvori:

• Referenca sistema za označavanje rezervoara

Pronađite vrijednost električne energije naplatiti može se uraditi na dva načina. Prvi je mjerenje jačine interakcije nepoznatog naplatiti sa poznatim i koristeći Coulombov zakon za izračunavanje njegove vrijednosti. Drugi je uvođenje naboja u poznato električno polje i mjerenje sile kojom ono djeluje na njega. Za merenje naplatiti teče kroz poprečni presjek provodnika za određeno vrijeme izmjerite amperažu i pomnožite je sa vremenom.

Trebaće ti

• osjetljivi dinamometar, štoperica, ampermetar, mjerač elektrostatičkog polja, kondenzator zraka.

Instrukcije

Measurement naplatiti sa njim sa poznatim naelektrisanjem Ako je jedno telo poznato, doneti mu nepoznato naelektrisanje i izmerite između njih u metrima. Naboji će početi međusobno djelovati. Koristite dinamometar da izmjerite snagu njihove interakcije. Izračunajte vrijednost nepoznate naplatiti- za ovo, kvadrat izmjerene udaljenosti, pomnožite sa vrijednošću sile i podijelite sa poznatim nabojem. Podijelite rezultat sa 9 10 ^ 9. Rezultat će biti vrijednost naplatiti u privjescima (q = F r² / (q0 9 10 ^ 9)). Ako se naboji odbijaju, onda su istog imena, ali ako se privlače, nisu slični.

Mjerenje vrijednosti naplatiti primijenjen na električno polje Posebnim uređajem (mjerom električnog polja) izmjeriti vrijednost konstantnog električnog polja. Ako nema takvog uređaja, uzmite zračni kondenzator, napunite ga, izmjerite napon na njegovim pločama i ne dijelite udaljenost između ploča - to će biti vrijednost električnog polja unutar kondenzatora u voltima po metru. Ubacite nepoznato punjenje u polje. Koristite osjetljivi dinamometar da izmjerite silu koja djeluje na njega. Mjeri na. Podijelite snagu sa jačinom električnog polja. Rezultat će biti vrijednost naplatiti u privjescima (q = F / E).

Measurement naplatiti strujanje kroz poprečni provodnik Sastavite električni krug sa provodnicima i spojite ampermetar na njega u seriju. Spojite ga na izvor struje i izmjerite struju ampermetrom u amperima. Istovremeno, koristite štopericu da otkrijete gdje postoji električna struja u strujnom kolu. Pomnožeći vrijednost jačine struje dobivenim vremenom, saznajte naboj kroz poprečni presjek svakog za to vrijeme (q = I t). Prilikom mjerenja pazite da se provodnici ne pregriju i to kratki spoj.

Kondenzator je uređaj koji može pohraniti električne naboje. Količina akumuliranog električna energija u kondenzatoru karakterizira njegov kapacitet... Mjeri se u faradima. Vjeruje se da kapacitivnost od jednog farada odgovara kondenzatoru napunjenom električnim nabojem od jednog kulona s potencijalnom razlikom od jednog volta na njegovim pločama.

Instrukcije

Odredite kapacitet stana kondenzator prema formuli S = S e e0 / d, gdje je S površina jedne ploče, d je između ploča, e je relativna permitivnost koja ispunjava prostor između ploča (u vakuumu je jednaka), e0 je električna konstanta jednaka 8,854187817 10 (-12) F/m Na osnovu gornje formule, vrijednost kapacitivnosti ovisit će o površini vodiča, između njih i o materijalu dielektrika. Liskun se može koristiti kao dielektrik.

Izračunajte kapacitet sfere kondenzator prema formuli S = (4P e0 R²) / d, gdje je P broj "pi", R je polumjer sfere, d je veličina jaza između njenih sfera. kondenzator direktno proporcionalno koncentričnoj sferi i obrnuto proporcionalno udaljenosti između sfera.

Izračunajte kapacitet cilindra kondenzator prema formuli S = (2P e e0 L R1) / (R2-R1), gdje je L dužina kondenzator, P je broj "pi", R1 i R2 su radijusi njegovih cilindričnih ploča.

Ako su kondenzatori u kolu spojeni paralelno, izračunajte njihov ukupni kapacitet po formuli C = C1 + C2 +… + Cn, gdje su C1, C2,… Cn kapaciteti paralelno povezanih kondenzatora.

Izračunajte ukupan kapacitet serijski spojenih kondenzatora prema formuli 1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 +… + 1 / Cn, gdje su C1, C2,… Cn kapaciteti serijski spojenih kondenzatora.

Bilješka

Svaki kondenzator mora imati oznaku, koja može biti alfanumerička ili u boji. Oznaka odražava njegove parametre.

Izvori:

• Otpornici, kondenzatori i induktori označeni bojama

Kapacitet je SI vrijednost izražena u faradima. Iako se, u stvari, koriste samo derivati ​​iz njega - mikrofaradi, pikofaradi i tako dalje. Što se tiče električnog kapaciteta ravnog kondenzatora, on ovisi o razmaku između ploča i njihovoj površini, o vrsti dielektrika koji se nalazi u ovom razmaku.

Instrukcije

U slučaju da ploče kondenzatora imaju istu površinu i nalaze se strogo jedna iznad druge, izračunajte površinu jedne od ploča - bilo koje. Ako je jedan od njih pomaknut u odnosu na drugi, ili su različiti, morate izračunati površinu područja u kojoj se ploče međusobno preklapaju.

U uslovima ovog zadatka, može se označiti kao apsolutna dielektrična konstanta ovog materijala, koja se nalazi između ploča kondenzatora, i relativna. Apsolutna propusnost se izražava u F/m (faradi po metru), dok je relativna bezdimenzionalna veličina.

U slučaju relativne dielektrične konstante medija (u ovom slučaju dielektrika) koristi se koeficijent koji pokazuje apsolutnu dielektričnu konstantu materijala i iste karakteristike, ali u vakuumu, odnosno koliko je puta prvi veći od drugog. Pretvorite relativnu permitivnost u apsolutnu, a zatim pomnožite rezultat sa električnom konstantom. To je 8,854187817 * 10 ^ (- 12) F/m i zapravo je dielektrična konstanta vakuuma.

sadržaj:

Jedan od važnih elemenata električno kolo je kondenzator čije formule vam omogućavaju da izračunate i odaberete najviše odgovarajuća opcija... Glavna funkcija ovaj uređaj je akumulacija određene količine električne energije. Najjednostavniji sistem uključuje dvije elektrode ili ploče odvojene dielektrikom.

Kako se mjeri kapacitivnost?

Jedan od kritične karakteristike kondenzator je njegov kapacitet. Ovaj parametar je određen količinom električne energije koju akumulira ovaj uređaj. Akumulacija se odvija u obliku elektrona. Njihov broj, koji stane u kondenzator, određuje vrijednost kapacitivnosti određenog uređaja.

Jedinica se koristi za mjerenje kapacitivnosti - farada. Kapacitet kondenzatora u 1 farad odgovara električni naboj u 1 kulonu, a na pločama je razlika potencijala jednaka 1 voltu. Ova klasična formulacija nije prikladna za praktične proračune, jer se u kondenzatoru ne skupljaju naboji, već elektroni. Kapacitet bilo kog kondenzatora je u direktnoj proporciji sa količinom elektrona koji se mogu akumulirati tokom normalnih radnih uslova. Za označavanje kapaciteta i dalje se koristi farad, a kvantitativni parametri se određuju formulom: C = Q / U, gdje C znači kapacitet, Q je naboj u privjescima, a U je napon. Tako je vidljiva povezanost naboja i napona, koji utiču na sposobnost kondenzatora da akumulira i zadrži određenu količinu električne energije.

Za izračune se koristi formula:
pri čemu ε 0 = 8,854187817 x 10 -12 f/m je konstanta. Ostale veličine: ε - je dielektrična konstanta dielektrika koji se nalazi između ploča, S - označava površinu ploče, a d je razmak između ploča.

Formula energije kondenzatora

Usko povezana sa kapacitetom je još jedna veličina poznata kao. Nakon punjenja bilo kojeg kondenzatora, u njemu se stvara određena količina energije, koja se potom oslobađa tijekom procesa pražnjenja. Ploče kondenzatora stupaju u interakciju s ovom potencijalnom energijom. Oni formiraju suprotne naboje koji se međusobno privlače.

Energija se troši tokom punjenja eksterni izvor odvojiti naboje sa pozitivnim i negativnu vrijednost, koji se zatim nalaze na pločama kondenzatora. Stoga, u skladu sa zakonom održanja energije, ne nestaje bez traga, već ostaje unutar kondenzatora u obliku električnog polja koncentrisanog između ploča. Suprotna naelektrisanja formiraju interakciju i naknadno privlačenje ploča među sobom.

Svaka ploča kondenzatora, pod djelovanjem naboja, stvara jakost električnog polja jednaku E / 2. Zajedničko polje će se sastojati od oba polja koja nastaju u svakoj ploči sa istim nabojem i suprotnim vrijednostima.

Dakle, energija kondenzatora se izražava formulom: W = q (E / 2) d. Zauzvrat, naprezanje se izražava pomoću koncepata napetosti i udaljenosti i predstavlja se u obliku formule U = Ed. Ova vrijednost, zamijenjena u prvoj formuli, prikazuje energiju kondenzatora u ovom obliku: W = qU / 2. Da bi se dobio konačni rezultat, potrebno je koristiti definiciju kapacitivnosti: C = q / U, a na kraju će energija napunjenog kondenzatora izgledati ovako: W el = CU 2/2.

Formula punjenja kondenzatora

Da bi se izvršilo punjenje, kondenzator mora biti spojen na DC vezu. U tu svrhu može se koristiti generator. Svaki generator ima unutrašnji otpor... Kada je krug zatvoren, kondenzator se puni. Između njegovih ploča pojavljuje se napon, koji je jednak elektromotornoj sili generatora: U c = E.

Ploča spojena na pozitivni pol generatora nabijena je pozitivno (+ q), a druga ploča prima ekvivalentno naelektrisanje sa negativnom vrijednošću (- q). Količina naelektrisanja q je u direktnoj proporcionalnoj vezi sa kapacitetom kondenzatora C i naponom na pločama Uc. Ova zavisnost se izražava formulom: q = C x Uc.

Tokom punjenja, jedna od ploča kondenzatora dobija, a druga gubi određenu količinu elektrona. Nose se duž vanjskog kola pod utjecajem elektromotorne sile generatora. Ovaj pokret je strujni udar, također poznat kao punjač kapacitivna struja(Isar).

Protok struje punjenja u kolu odvija se u gotovo tisućitim dijelovima sekunde, sve dok napon kondenzatora ne postane jednak elektromotornoj sili generatora. Napon se lagano povećava, a zatim postepeno usporava. Nadalje, vrijednost napona kondenzatora će biti konstantna. Tokom punjenja, strujni krug teče struja punjenja... Na samom početku dostiže svoju maksimalnu vrijednost, budući da napon kondenzatora ima nula vrijednost... Prema Ohmovom zakonu, I naboj = E / R i, budući da je cjelokupni EMF generatora primijenjen na otpor Ri.

Formula struje curenja kondenzatora

Struja curenja kondenzatora se može uporediti sa učinkom otpornika spojenog na njega sa nekim otporom R. Struja curenja je usko povezana sa vrstom kondenzatora i kvalitetom dielektrika koji se koristi. osim toga, važan faktor postaje struktura kućišta i stepen njegove kontaminacije.

Neki kondenzatori imaju kućište koje curi, što dovodi do prodiranja vlage iz zraka i povećanja struje curenja. Prije svega, to se odnosi na uređaje u kojima se kao dielektrik koristi nauljeni papir. Značajne struje curenja nastaju zbog smanjenja električni otpor izolacija. Kao rezultat toga, glavna funkcija kondenzatora je poremećena - sposobnost primanja i održavanja naboja električne struje.

Osnovna formula za proračun je sljedeća: I ut = U / R d, gdje je I ut struja curenja, U je napon primijenjen na kondenzator, a R d je otpor izolacije.