O caracteristică a unui conductor (condensator), o măsură a capacității sale de a acumula o sarcină electrică.
Un condensator este format din doi conductori (plăci), care sunt separate printr-un dielectric. Capacitatea condensatorului nu ar trebui să fie influențată de corpurile înconjurătoare, prin urmare conductoarele sunt astfel formate încât câmpul, care este creat de sarcinile acumulate, să fie concentrat într-un spațiu îngust între plăcile condensatorului. Această condiție este îndeplinită: 1) doi farfurii plate; 2) două sfere concentrice; 3) doi cilindri coaxiali. Prin urmare, în funcție de forma plăcilor, condensatoarele sunt împărțite în plate, sferice și cilindrice.
Deoarece câmpul este concentrat în interiorul condensatorului, liniile de tensiune încep pe o placă și se termină pe cealaltă, prin urmare, sarcinile libere care apar pe diferite plăci sunt egale ca mărime și semn opus. Capacitatea unui condensator este înțeleasă ca mărime fizică, raport egal sarcina Q acumulată în condensator la diferența de potențial (φ1 - φ2) dintre plăcile sale
Pentru a obține capacități mari, condensatoarele sunt conectate în paralel. În acest caz, tensiunea dintre plăcile tuturor condensatoarelor este aceeași. Capacitatea totală a bateriei condensatoarelor conectate în paralel este egală cu suma capacităților tuturor condensatoarelor incluse în baterie.
Condensatorii pot fi clasificați în funcție de următoarele caracteristici și proprietăți:
1) conform prevederilor - condensatoare de capacitate constantă și variabilă;
2) după forma plăcilor se disting condensatoare: plate, sferice, cilindrice etc.;
3) după tipul de dielectric - aer, hârtie, mică, ceramică, electrolitic etc.
De asemenea este si:
Energia condensatorului:
Capacitatea condensatorului cilindric: 
Capacitatea unui condensator plat: 
Capacitatea condensatorului sferic:
În formulă am folosit:
Capacitate electrică (capacitate condensator)
Potențialul conductorului (tensiune)
Condensator – componenta electronica conceput pentru a acumula sarcina electrică. Capacitatea unui condensator de a stoca o sarcină electrică depinde de aceasta principalele caracteristici – capacități. Capacitatea unui condensator (C) este definită ca raportul dintre cantitatea de sarcină electrică (Q) și tensiunea (U).
Capacitatea unui condensator se măsoară în faradii(F) - unități numite după fizicianul britanic Michael Faraday. Capacitate in un farad(1F) este egal cu valoarea taxei în un pandantiv(1C), care creează o tensiune pe condensator în un volt(1V). Amintește-ți asta un pandantiv(1C) este egală cu cantitatea de sarcină trecută prin conductor pt o secundă(1sec) la amperajul in un amper(1A).
Cu toate acestea, pandantivul este foarte un numar mare deîncărcarea în raport cu cât pot stoca majoritatea condensatoarelor. Din acest motiv, microfaradele (µF sau uF), nanofaradele (nF) și picofaradele (pF) sunt utilizate în mod obișnuit pentru a măsura capacitatea.
- 1µF = 0,000001 = 10 -6 F
- 1nF = 0,000000001 = 10 -9 F
- 1pF = 0,000000000001 = 10 -12 F
Condensator plat
Există multe tipuri de condensatoare de diferite forme și dispozitiv intern... Luați în considerare cel mai simplu și fundamental - un condensator plat. Un condensator plat este format din două plăci conductoare paralele (plăci), izolate electric una de cealaltă prin aer sau un material dielectric special (cum ar fi hârtie, sticlă sau mica).
Încărcarea condensatorului. Actual
Prin scopul său, un condensator seamănă cu o baterie, dar cu toate acestea este foarte diferit cum functioneaza, capacitatea maximă și viteza de încărcare/descărcare.
Să luăm în considerare principiul de funcționare al unui condensator plat. Dacă te conectezi la el alimentare electrică, pe o placă a conductorului, vor începe să se colecteze particule încărcate negativ sub formă de electroni, pe cealaltă - particule încărcate pozitiv sub formă de ioni. Deoarece există un dielectric între plăci, particulele încărcate nu pot „sa” pe partea opusă a condensatorului. Cu toate acestea, electronii se deplasează de la sursa de alimentare la placa condensatorului. Deci lanțul merge electricitate.
La începutul includerii unui condensator în circuit, există cel mai mult spațiu liber pe plăcile sale. În consecință, curentul inițial în acest moment întâlnește cea mai mică rezistență și este maxim. Pe măsură ce condensatorul este umplut cu particule încărcate, curentul scade treptat până când spațiul liber de pe plăci se epuizează și curentul se oprește.
Timpul dintre stările unui condensator „gol” s valoare maximă curent și se numește un condensator „plin” cu o valoare minimă a curentului (adică absența acestuia). perioada de tranziție a încărcării condensatorului.
Încărcarea condensatorului. Voltaj
La inceput perioadă de tranziție la încărcare, tensiunea dintre plăcile condensatorului este zero. De îndată ce particulele încărcate încep să apară pe plăci, apare o tensiune între sarcini opuse. Motivul pentru aceasta este dielectricul dintre plăci, care „interferează” cu sarcinile care tind între ele cu semnul opus să meargă pe cealaltă parte a condensatorului.
Pe stadiul inițial la încărcare, tensiunea crește rapid deoarece curent mare crește foarte repede numărul de particule încărcate de pe plăci. Cu cât condensatorul este încărcat mai mult, cu atât curentul este mai mic și tensiunea crește mai încet. La sfârșitul perioadei de tranziție, tensiunea pe condensator va înceta să crească complet și va egala tensiunea pe sursa de alimentare.
După cum puteți vedea în grafic, puterea curentului condensatorului depinde direct de schimbarea tensiunii.
Formula pentru găsirea curentului condensatorului în perioada de tranziție:
- Ic - curentul condensatorului
- C - Capacitatea condensatorului
- ΔVc / Δt - Schimbarea tensiunii pe condensator într-o perioadă de timp
Descărcarea condensatorului
După ce condensatorul s-a încărcat, deconectați sursa de alimentare și conectați sarcina R. Deoarece condensatorul este deja încărcat, s-a transformat în sine într-o sursă de alimentare. Sarcina R a format un pasaj între plăci. Electronii încărcați negativ acumulați pe o placă, în funcție de forța de atracție dintre sarcini opuse, se vor deplasa către ionii încărcați pozitiv pe cealaltă placă.
În momentul în care R este conectat, tensiunea pe condensator este aceeași ca după sfârșitul perioadei tranzitorii de încărcare. Curentul inițial, conform legii lui Ohm, va fi egal cu tensiunea pe plăci împărțită la rezistența de sarcină.
De îndată ce curentul curge în circuit, condensatorul va începe să se descarce. Pe măsură ce încărcarea se pierde, tensiunea va începe să scadă. Prin urmare, și curentul va scădea. Pe măsură ce valorile tensiunii și curentului scad, rata de cădere a acestora va scădea.
Timpul de încărcare și descărcare al condensatorului depinde de doi parametri - capacitatea condensatorului C și rezistență generalăîn circuitul R. Cu cât capacitatea condensatorului este mai mare, cu atât mai multă sarcină trebuie să treacă prin circuit și cu atât va dura mai mult pentru încărcare/descărcare (curentul este definit ca cantitatea de sarcină trecută prin conductor pe unitatea de timp) . Cu cât rezistența R este mai mare, cu atât curentul este mai mic. În consecință, este nevoie de mai mult timp pentru încărcare.
Produsul RC (rezistența înmulțită cu capacitatea) formează constanta de timp τ (tau). Într-un τ, condensatorul este încărcat sau descărcat cu 63%. În cinci τ, condensatorul este încărcat sau descărcat complet.
Pentru claritate, să înlocuim valorile: un condensator cu o capacitate de 20 microfarad, o rezistență de 1 kilohm și o sursă de alimentare de 10V. Procesul de încărcare va arăta astfel:
Dispozitiv condensator. De ce depinde capacitatea?
Capacitatea unui condensator plat depinde de trei factori principali:
- Zona plăcii - A
- Distanța dintre plăci - d
- Relativ constanta dielectrică substanțe dintre plăci - ɛ
Zona farfurii
Cu cât suprafața plăcilor condensatorului este mai mare, cu atât mai multe particule încărcate pot fi plasate pe ele și cu atât capacitatea este mai mare.
Distanța dintre plăci
Capacitatea unui condensator este invers proporțională cu distanța dintre plăci. Pentru a explica natura influenței acestui factor, este necesar să amintim mecanica interacțiunii sarcinilor în spațiu (electrostatică).
Dacă condensatorul nu se află într-un circuit electric, atunci două forțe afectează particulele încărcate situate pe plăcile sale. Prima este forța de respingere dintre aceleași sarcini ale particulelor învecinate de pe aceeași placă. A doua este forța de atracție a sarcinilor diferite dintre particulele situate pe plăci opuse. Se dovedește că cu cât plăcile sunt mai aproape una de cealaltă, cu atât forța totală de atracție a sarcinilor cu semn opus este mai mare și cu atât mai multă sarcină poate fi plasată pe o placă.
Constanta dielectrica relativa
Un factor la fel de semnificativ care afectează capacitatea unui condensator este o astfel de proprietate a materialului dintre plăci precum constanta dielectrică relativă ɛ... Aceasta este o mărime fizică fără dimensiuni care se vede de câte ori forța de interacțiune a două sarcini libere într-un dielectric este mai mică decât în vid.
Materialele dielectrice mai înalte permit o capacitate mai mare. Acest lucru se explică prin efect polarizare- deplasarea electronilor atomilor dielectrici spre placa condensatorului încărcat pozitiv.
Polarizarea creează un câmp electric intern al dielectricului care atenuează diferența totală de potențial (tensiune) a condensatorului. Tensiunea U împiedică sarcina Q să circule către condensator. Prin urmare, scăderea tensiunii favorizează plasarea pe condensator Mai mult incarcare electrica.
Mai jos sunt exemple de valori dielectrice pentru unele dintre materialele izolante utilizate în condensatoare.
- Aer - 1,0005
- Hârtie - 2,5 până la 3,5
- Sticlă - 3 până la 10
- Mica - 5 până la 7
- Pulberi de oxid de metal - 6 până la 20
Tensiune nominală
A doua cea mai importantă caracteristică după capacitate este tensiunea nominală maximă a condensatorului. Acest parametru denotă tensiune maxima pe care condensatorul le poate rezista. Depășirea acestei valori duce la „poantonarea” izolatorului între plăci și un scurtcircuit. Tensiunea nominală depinde de materialul izolatorului și de grosimea acestuia (distanța dintre plăci).
Trebuie remarcat faptul că atunci când lucrați cu tensiune alternativă este valoarea de vârf care trebuie luată în considerare (cea mai mare valoare instantanee a tensiunii pentru perioadă). De exemplu, dacă stres eficient sursa de alimentare va fi de 50V, valoarea sa de vârf va fi peste 70V. În consecință, este necesar să utilizați un condensator cu Tensiune nominală mai mult de 70V. Cu toate acestea, în practică, se recomandă utilizarea unui condensator cu o tensiune nominală de cel puțin două ori tensiunea maximă posibilă care i se va aplica.
Curent de scurgere
De asemenea, în timpul funcționării condensatorului, se ia în considerare un astfel de parametru precum curentul de scurgere. Deoarece în viața reală dielectricul trece încă un curent mic între plăci, aceasta duce la o pierdere în timp a încărcăturii inițiale a condensatorului.
Teme USE codificator : capacitate electrică, condensator, energie câmp electric condensator.
Cele două articole anterioare au fost dedicate unei analize separate a modului în care conductoarele se comportă într-un câmp electric și cum - dielectricii. Acum trebuie să combinăm aceste cunoștințe. Faptul este cel de mare importanță practică partajarea conductoare și dielectrice în dispozitive speciale - condensatoare.
Dar mai întâi, să introducem conceptul capacitate electrică.
Capacitatea conductorului izolat
Să presupunem că conductorul încărcat este situat atât de departe de toate celelalte corpuri încât interacțiunea sarcinilor conductorului cu corpurile înconjurătoare poate fi ignorată. În acest caz, conductorul este numit retras.
După cum știm, potențialul tuturor punctelor conductorului nostru are aceeași valoare, care se numește potențialul conductorului. Se pare că potențialul unui conductor solitar este direct proporțional cu sarcina acestuia... Coeficientul de proporționalitate este de obicei notat, astfel încât
Se numește cantitatea capacitate electrică conductor și este egal cu raportul dintre sarcina conductorului și potențialul său:
(1)
De exemplu, potențialul unei sfere solitare în vid este egal cu:
unde este sarcina mingii, este raza acesteia. De aici capacitatea mingii:
(2)
Dacă sfera este înconjurată de un dielectric mediu cu o constantă dielectrică, atunci potențialul său scade cu un factor de:
În consecință, capacitatea mingii crește de câteva ori:
(3)
Creșterea capacității în prezența unui dielectric - cel mai important fapt... Ne vom întâlni cu el mai târziu când ne vom gândi la condensatori.
Din formulele (2) și (3) vedem că capacitatea bilei depinde doar de raza și constanta dielectrică a acesteia. mediu inconjurator... La fel se va întâmpla și în caz general: capacitatea unui conductor solitar nu depinde de sarcina acestuia; este determinată numai de mărimea și forma conductorului, precum și de constanta dielectrică a mediului care înconjoară conductorul. Nici capacitatea nu depinde de substanța conductorului.
Care este sensul conceptului de capacitate? Capacitatea arată cât de multă sarcină trebuie transmisă conductorului pentru a-și crește potențialul cu V... Cu cât capacitatea este mai mare, cu atât este nevoie de încărcare mai mare pe conductor pentru aceasta.
Unitatea de capacitate este farad(F). Din definiția capacității (1) se poate observa că Ф = Кл / В.
Să calculăm capacitatea de distracție. globul(este dirijor!). Se presupune că raza este aproximativ egală cu km.
MKF.
După cum puteți vedea, Ф este o capacitate foarte mare.
Unitatea de măsură pentru capacitate este, de asemenea, utilă prin faptul că vă permite să economisiți foarte mult la desemnarea dimensiunii constantei dielectrice. Într-adevăr, exprimăm din formula (2):
Prin urmare, constanta dielectrică poate fi măsurată în F / m:
E mai ușor să-ți amintești așa, nu-i așa?
Capacitatea unui condensator plat
Capacitatea unui conductor izolat este rar folosită în practică. În situații normale, conductorii nu sunt solitari. Un conductor încărcat interacționează cu corpurile înconjurătoare și induce sarcini asupra acestora, iar potențialul câmpului acestor sarcini induse (după principiul suprapunerii!) Modifică potențialul conductorului în sine. În acest caz, nu mai este posibil să se afirme că potențialul conductorului va fi direct proporțional cu sarcina acestuia, iar conceptul capacității conductorului în sine își pierde de fapt sensul.
Este posibil, totuși, să se creeze un sistem de conductori încărcați, care, chiar și atunci când se acumulează o sarcină semnificativă pe ei, aproape că nu interacționează cu corpurile din jur. Apoi putem vorbi din nou despre capacitate - dar de data aceasta despre capacitatea acestui sistem de conductori.
Cel mai simplu și mai important exemplu al unui astfel de sistem este condensator plat... Este format din două paralele plăci metalice(numit acoperă) separate printr-un strat dielectric. În plus, distanța dintre plăci este mult mai mică decât dimensiunile proprii.
În primul rând, luați în considerare aer condensator cu aer între plăci
Fie încărcările plăcilor să fie egale și. Este exact ceea ce se întâmplă în realitate scheme electrice: sarcinile plăcilor sunt egale ca mărime și opuse ca semn. Mărimea - sarcina plăcii pozitive - se numește încărcarea condensatorului.
Fie aria fiecărei farfurii. Să găsim câmpul creat de plăci în spațiul înconjurător.
Deoarece dimensiunile plăcilor sunt mari în comparație cu distanța dintre ele, câmpul fiecărei plăci departe de marginile sale poate fi considerat un câmp uniform al unui plan infinit încărcat:
Aici este intensitatea câmpului plăcii pozitive, este intensitatea câmpului plăcii negative, este densitatea suprafeței sarcinilor de pe placă:
În fig. 1 (stânga) arată vectorii intensității câmpului fiecărei plăci în trei zone: în stânga condensatorului, în interiorul condensatorului și în dreapta condensatorului.
Orez. 1. Câmp electric al unui condensator plat
Conform principiului suprapunerii, pentru câmpul rezultat avem:
Este ușor de observat că câmpul dispare în stânga și în dreapta condensatorului (câmpurile plăcilor se anulează reciproc):
În interiorul condensatorului, câmpul se dublează:
(4)
Câmpul rezultat al plăcilor unui condensator plat este prezentat în Fig. 1 pe dreapta. Asa de:
Un câmp electric uniform este creat în interiorul unui condensator plat, a cărui putere este găsită prin formula (4). În afara condensatorului, câmpul este zero, astfel încât condensatorul nu interacționează cu corpurile înconjurătoare.
Să nu uităm, totuși, că această afirmație este derivată din presupunerea că plăcile sunt plane infinite. De fapt, dimensiunile lor sunt finite și așa-numitele efecte de margine: câmpul diferă de uniform și pătrunde în spațiul exterior al condensatorului. Dar în cele mai multe situații (și cu atât mai mult în problemele de USE din fizică), efectele de margine pot fi neglijate și pot acționa ca și cum afirmația cu caractere cursive ar fi adevărată fără nicio rezervă.
Fie distanța dintre plăcile condensatorului. Deoarece câmpul din interiorul condensatorului este uniform, diferența de potențial dintre plăci este egală cu produsul prin (rețineți relația dintre tensiune și intensitate într-un câmp uniform!):
(5)
Diferența de potențial dintre plăcile condensatorului, după cum putem vedea, este direct proporțională cu sarcina condensatorului. Această afirmație este similară cu afirmația „potențialul unui conductor solitar este direct proporțional cu sarcina conductorului”, de la care a început toată conversația despre capacitate. Continuând această analogie, definim capacitatea condensatorului ca raport dintre sarcina condensatorului și diferența de potențial dintre plăcile sale:
(6)
Capacitatea unui condensator arată ce sarcină trebuie să fie transmisă, astfel încât diferența de potențial dintre plăcile sale să crească cu V. Formula (6), astfel, este o modificare a formulei (1) pentru cazul unui sistem de doi conductori - un condensator.
Din formulele (6) și (5) găsim ușor capacitatea unui condensator de aer plat:
(7)
Depinde numai de caracteristicile geometrice ale condensatorului: aria plăcilor și distanța dintre ele.
Să presupunem acum că spațiul dintre plăci este umplut cu un dielectric cu o constantă dielectrică. Cum se va schimba capacitatea?
Intensitatea câmpului din interiorul condensatorului va scădea de ori, așa că în loc de formula (4) avem acum:
(8)
În consecință, tensiunea pe condensator:
(9)
De aici capacitatea unui condensator plat cu un dielectric:
(10)
Depinde de caracteristicile geometrice ale condensatorului (aria plăcilor și distanța dintre ele) și de constanta dielectrică a dielectricului care umple condensatorul.
O consecință importantă a formulei (10): umplerea unui condensator cu un dielectric crește capacitatea acestuia.
Energia unui condensator încărcat
Un condensator încărcat are energie. Acest lucru se poate vedea din experiență. Dacă încărcați un condensator și îl scurtcircuitați la un bec, atunci (cu condiția ca capacitatea condensatorului să fie suficient de mare) lumina se va aprinde pentru scurt timp.
În consecință, energia este stocată într-un condensator încărcat, care este eliberat atunci când este descărcat. Este ușor de înțeles că această energie este energia potențială de interacțiune a plăcilor condensatorului - la urma urmei, plăcile, fiind încărcate cu nume opuse, sunt atrase unele de altele.
Acum vom calcula această energie și apoi vom vedea că există o înțelegere mai profundă a originii energiei unui condensator încărcat.
Să începem cu un condensator de aer plat. Să răspundem la această întrebare: care este forța de atracție a plăcilor sale între ele? Folosim aceleași valori: încărcarea condensatorului, aria plăcii.
Să luăm o zonă de pe a doua placă atât de mică încât încărcarea acestei zone poate fi considerată punctual. Această sarcină este atrasă de prima placă cu o forță
unde este intensitatea câmpului primei plăci:
Prin urmare,
Această forță este îndreptată paralel cu liniile câmpului (adică perpendicular pe plăci).
Forța de atracție rezultată a celei de-a doua plăci față de prima este alcătuită din toate aceste forțe, cu care toate tipurile de sarcini mici ale celei de-a doua plăci sunt atrase de prima placă. În această însumare, factorul constant este scos din paranteză și totul din paranteză va fi însumat și dat. Ca rezultat, obținem:
(11)
Să presupunem acum că distanța dintre plăci s-a schimbat de la valoarea inițială la valoarea finală. Forța de atracție a plăcilor face treaba:
Semnul este corect: dacă plăcile se apropie una de alta, atunci forța funcționează munca pozitivaîntrucât plăcile sunt atrase unele de altele. Dimpotrivă, dacă scoateți plăcile clasa = "tex" alt = "(! LANG: (d_2> d_1)"> !}, atunci munca forței de atracție se dovedește a fi negativă, așa cum ar trebui să fie.
Ținând cont de formulele (11) și (7), avem:
Poate fi rescris astfel:
(12)
Lucrarea forței potențiale de atracție a plăcilor s-a dovedit a fi egală cu schimbarea cu semnul minus al valorii. Aceasta înseamnă doar că - energia potențială de interacțiune a plăcilor, sau energia condensatorului încărcat.
Folosind relația, din formula (12), puteți obține încă două formule pentru energia condensatorului (vedeți singuri!):
(13)
(14)
Deosebit de utile sunt formulele (12) și (14).
Să presupunem acum că condensatorul este umplut cu un dielectric cu o constantă dielectrică. Forța de atracție a plăcilor va scădea cu ori și în loc de (11) obținem:
Când se calculează forța, după cum este ușor de văzut, valoarea va intra în capacitatea și formulele (12) - (14) va rămâne neschimbat... Capacitatea condensatorului din ele va fi acum exprimată prin formula (10).
Deci, formulele (12) - (14) sunt universale: sunt valabile atât pentru un condensator cu aer, cât și pentru un condensator cu dielectric.
Energia câmpului electric
Am promis că, după calcularea energiei condensatorului, vom oferi o interpretare mai profundă a originii acestei energii. Ei bine, să începem.
Luați în considerare un condensator cu aer și transformați formula (14) pentru energia sa:
Dar - volumul condensatorului. Primim:
(15)
Aruncă o privire atentă la această formulă. Nu mai conține nimic specific condensatorului! V-om vedea energia câmpului electric concentrat într-un anumit volum.
Energia unui condensator nu este altceva decât energia câmpului electric conținut în el.
Deci, câmpul electric în sine are energie. Nu este nimic surprinzător aici pentru noi. Undele radio, lumina soarelui sunt exemple de propagare a energiei transportate în spațiu de undele electromagnetice.
Mărimea - energia unei unități de volum a câmpului - se numește densitatea energiei volumetrice... Din formula (15) obținem:
(16)
În această formulă, nu au rămas deloc mărimi geometrice. Oferă cea mai pură legătură între energia câmpului electric și intensitatea acestuia.
Dacă condensatorul este umplut cu un dielectric, atunci capacitatea acestuia crește de câteva ori și în loc de formulele (15) și (16) vom avea:
(17)
(18)
După cum puteți vedea, energia câmpului electric depinde și de constanta dielectrică a mediului în care se află câmpul.
Este remarcabil că formulele obținute pentru energie și densitate energetică depășesc cu mult limitele electrostaticei: sunt valabile nu numai pentru un câmp electrostatic, ci și pentru câmpurile electrice care se modifică în timp.
Vei avea nevoie
- - cunoașterea capacității sau a parametrilor geometrici și fizici ai condensatorului;
- - cunoasterea energiei sau a sarcinii de pe condensator.
Instrucțiuni
Găsiți tensiunea dintre plăcile condensatorului dacă cunoașteți valoarea curentă a energiei stocate, precum și capacitatea acesteia. Energia stocată de condensator poate fi calculată prin formula W = (C ∙ U²) / 2, unde C este capacitatea și U este tensiunea dintre plăci. Astfel, valoarea tensiunii poate fi obținută ca rădăcină a valorii de două ori a energiei împărțită la capacitate. Adică va fi egal cu: U = √ (2 ∙ W / C).
Energia stocată de condensator poate fi calculată și pe baza valorii sarcinii (cantității) pe care o conține și a tensiunii dintre plăci. Formula care definește corespondența dintre acești parametri este: W = q ∙ U / 2 (unde q este sarcina). Prin urmare, cunoscând energia și, puteți calcula tensiunea dintre plăcile sale prin formula: U = 2 ∙ W / q.
Deoarece sarcina condensatorului este proporțională atât cu tensiunea aplicată plăcilor sale, cât și cu capacitatea dispozitivului (este determinată de formula q = C ∙ U), atunci, cunoscând sarcina și capacitatea, puteți găsi și tensiunea . În consecință, pentru a efectua calculul, utilizați formula: U = q / C.
Pentru a obține valoarea tensiunii pe un condensator cu parametri și geometrii cunoscuți, calculați mai întâi capacitatea acestuia. Pentru un condensator plat simplu, format din două plăci conductoare separate, distanța dintre care este neglijabilă față de dimensiunea lor, capacitatea poate fi calculată prin formula: C = (ε ∙ ε0 ∙ S) / d. Aici d este distanța dintre plăci, iar S este aria lor. Valoarea lui ε0 este o constantă electrică (o constantă egală cu 8,8542 10 ^ -12 F / m), ε este permisivitatea relativă a spațiului dintre plăci (se poate găsi din cărțile de referință fizice). După calcularea capacității, calculați tensiunea folosind una dintre metodele prezentate la pașii 1-3.
Notă
Pentru a obține rezultate corecte la calcularea tensiunilor dintre plăcile condensatorului, înainte de a efectua calculele, dați valorile tuturor parametrilor sistemului SI.
Pentru a ști dacă un condensator poate fi utilizat într-un loc sau altul în circuit, ar trebui să îl determinați. Modul de a găsi acest parametru depinde de modul în care este indicat pe condensator și dacă este indicat deloc.
Vei avea nevoie
- Contor de capacitate
Instrucțiuni
Pe mare condensatoare capacitate de obicei indicat în text simplu: 0,25uF sau 15uF. În acest caz, modul de a-l defini este banal.
Pe mai mici condensatoare(inclusiv SMD) capacitate două sau trei cifre. În primul caz, este indicat în picofarade. În al doilea caz, primele două cifre capacitate, iar al treilea - în ce unități se exprimă: 1 - zeci de picofarade;
2 - sute de picofarade;
3 - nanofarade;
4 - zeci de nanofaradi;
5 - acțiuni microfarad.
Există, de asemenea, un sistem de desemnare a containerelor care utilizează combinațiile litere latine si numere. Literele reprezintă următoarele numere: A - 10;
B - 11;
C - 12;
D - 13;
E - 15;
F - 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;
W - 68;
X - 75;
Y - 82;
Z - 91. Numărul rezultat trebuie înmulțit cu numărul 10, ridicat anterior la puterea egală cu cifra următoare. Rezultatul va fi exprimat în picofaradi.
Sunt condensatori capacitate pe care nu este indicat deloc. Probabil i-ai întâlnit, în, în pornitoare de lămpi fluorescente. În acest caz, măsurați capacitate este posibil doar cu un dispozitiv special. Ele sunt digitale și punte. În orice caz, dacă condensatorul este lipit în acest sau acel dispozitiv, ar trebui să fie scos de sub tensiune, condensatorii de filtru și condensatorul însuși ar trebui să fie descărcate în el, capacitate care ar trebui măsurat și abia apoi evaporați-l. Apoi trebuie conectat la dispozitiv. contor digital selectați mai întâi limita cea mai grosieră, apoi comutați-o până când arată suprasarcină. După aceea, comutatorul este mutat înapoi cu o limită și citirile sunt citite, iar poziția comutatorului determină unitățile în care sunt exprimate.Pe contorul punte, comutând secvențial, pe fiecare dintre ele, derulați regulatorul de la un capăt. a scalei la celălalt până când sunetul din difuzor dispare... După ce a obținut dispariția, rezultatul este citit pe scara regulatorului, iar unitățile în care este exprimat sunt, de asemenea, determinate de poziția comutatorului.Apoi condensatorul este instalat înapoi în dispozitiv.
Notă
Nu conectați niciodată condensatoare încărcate la contor.
Surse:
- Referință sisteme de etichetare a rezervoarelor
Aflați valoarea electricității încărca se poate face în două moduri. Primul este de a măsura puterea interacțiunii necunoscutului încărca cu cunoscută și folosind legea lui Coulomb pentru a-i calcula valoarea. Al doilea este de a introduce o sarcină într-un câmp electric cunoscut și de a măsura forța cu care acționează asupra acesteia. Pentru măsurare încărca care curge prin sectiunea transversala a conductorului pt anumit timp Măsurați amperajul și înmulțiți-l cu timpul.
Vei avea nevoie
- dinamometru sensibil, cronometru, ampermetru, contor de câmp electrostatic, condensator de aer.
Instrucțiuni
Măsurare încărca cu el cu o sarcină cunoscută Dacă se cunoaște un corp, aduceți-i sarcina necunoscută și măsurați între ele în metri. Acuzațiile vor începe să interacționeze. Utilizați un dinamometru pentru a măsura puterea interacțiunii lor. Calculați valoarea necunoscutului încărca- pentru aceasta, pătratul distanței măsurate, se înmulțește cu valoarea forței și se împarte la sarcina cunoscută. Împărțiți rezultatul la 9 10 ^ 9. Rezultatul va fi valoarea încărcaîn Pandantive (q = F r² / (q0 9 10 ^ 9)). Dacă acuzațiile se resping, atunci sunt cu același nume, dar dacă atrag, sunt diferite.
Valoarea de măsurare încărca aplicat câmpului electric Măsurați valoarea câmpului electric constant cu un dispozitiv special (contor de câmp electric). Dacă nu există un astfel de dispozitiv, luați un condensator de aer, încărcați-l, măsurați tensiunea de pe plăcile sale și nu împărțiți distanța dintre plăci - aceasta va fi valoarea câmpului electric din interiorul condensatorului în volți pe metru. Injectați o încărcătură necunoscută în câmp. Utilizați un dinamometru sensibil pentru a măsura forța care acționează asupra acestuia. Măsoară la. Împărțiți puterea la intensitatea câmpului electric. Rezultatul va fi valoarea încărcaîn pandantive (q = F / E).
Măsurare încărca care curge prin conductorul transversal circuit electric cu conductoare și conectați ampermetrul la acesta în serie. Scurtificați-l la o sursă de curent și măsurați curentul cu un ampermetru în amperi. În același timp, utilizați un cronometru pentru a detecta unde a existat curent electric în circuit. Înmulțind valoarea puterii curentului cu timpul obținut, aflați sarcina prin secțiunea transversală a fiecăruia în acest timp (q = I t). Când măsurați, asigurați-vă că conductorii nu se supraîncălzi și că scurt circuit.
Un condensator este un dispozitiv capabil să stocheze sarcini electrice. Cantitatea acumulată energie electricaîn condensator se caracterizează prin sa capacitate... Se măsoară în faradi. Se crede că o capacitate de un farad corespunde unui condensator încărcat incarcare electricaîntr-un pandantiv cu o diferență de potențial de un volt pe plăci.
Instrucțiuni
Determinați capacitatea apartamentului condensator conform formulei С = S e e0 / d, unde S este aria suprafeței unei plăci, d este între plăci, e este permisivitatea relativă care umple spațiul dintre plăci (în vid este egal cu), e0 este constanta electrică egală cu 8,854187817 10 (-12) F / m Pe baza formulei de mai sus, valoarea capacității va depinde de aria conductorilor, dintre aceștia și de materialul dielectricului. Mica poate fi folosită ca dielectric.
Calculați capacitatea unei sferice condensator conform formulei С = (4П e0 R²) / d, unde П este numărul "pi", R este raza sferei, d este dimensiunea spațiului dintre sferele sale. condensator direct proporțional cu sfera concentrică și invers proporțional cu distanța dintre sfere.
Calculați capacitatea cilindricului condensator conform formulei С = (2П e e0 L R1) / (R2-R1), unde L este lungimea condensator, P este numărul „pi”, R1 și R2 sunt razele plăcilor sale cilindrice.
Dacă condensatoarele din circuit sunt conectate în paralel, calculați capacitatea lor totală cu formula C = C1 + C2 +... + Cn, unde C1, C2,... Cn sunt capacitățile condensatoarelor conectate în paralel.
Calculați capacitatea totală a condensatoarelor conectate în serie după formula 1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 +… + 1 / Cn, unde C1, C2,... Cn sunt capacitățile condensatoarelor conectate în serie.
Notă
Orice condensator trebuie să aibă un marcaj, care poate fi alfanumeric sau color. Marcajul reflectă parametrii săi.
Surse:
- Rezistori, condensatori și inductori cu coduri de culori
Capacitatea este o valoare SI exprimată în faradi. Deși, de fapt, se folosesc doar derivate din acesta - microfarade, picofarade și așa mai departe. În ceea ce privește capacitatea electrică a unui condensator plat, aceasta depinde de distanța dintre plăci și zona acestora, de tipul dielectricului situat în acest spațiu.
Instrucțiuni
În cazul în care plăcile condensatorului au aceeași zonă și sunt situate strict una deasupra celeilalte, calculați aria uneia dintre plăci - oricare. Dacă unul dintre ele este deplasat față de celălalt sau este diferit, trebuie să calculați aria zonei în care plăcile se suprapun.
În condițiile acestei sarcini, poate fi indicată ca o constantă dielectrică absolută a acestui material, care este situat între plăcile condensatorului și relativ. Permeabilitatea absolută este exprimată în F/m (faradi pe metru), în timp ce relativă este o mărime adimensională.
În cazul constantei dielectrice relative a mediului (dielectric in în acest caz), se folosește un coeficient care indică constanta dielectrică absolută a materialului și aceleași caracteristici, dar în vid, sau mai bine zis, de câte ori prima este mai mare decât a doua. Convertiți permisivitatea relativă în absolută și apoi înmulțiți rezultatul cu constanta electrică. Este 8,854187817 * 10 ^ (- 12) F / m și este, de fapt, constanta dielectrică a vidului.
Fie potențialul plăcii condensatorului pe care se află sarcina este egal cu și potențialul plăcii pe care se află sarcina este egal. Atunci fiecare dintre sarcinile elementare în care poate fi împărțită sarcina este într-un punct cu potențial și fiecare dintre sarcinile în care sarcina poate fi împărțită se află într-un punct cu potențial...
Conform formulei (28.1), energia unui astfel de sistem de sarcini este
Folosind relația (27.2), putem scrie trei expresii pentru energia unui condensator încărcat:
Formulele (29.2) diferă de formulele (28.3) doar prin înlocuirea lor cu
Folosind expresia pentru energia potențială, se poate găsi forța cu care plăcile unui condensator plat se atrag reciproc. Să presupunem că distanța dintre plăci poate varia. Să conectăm începutul axei x de placa din stânga (fig. 29.1). Apoi coordonata x a celei de-a doua plăci va determina distanța d dintre plăci. Conform formulelor (27.3) și (29.2)
Să diferențiem această expresie în raport cu x, presupunând că sarcina de pe plăci este neschimbată (condensatorul este deconectat de la sursa de tensiune). Ca rezultat, obținem o proiecție pe axa x a forței care acționează pe placa dreaptă:
Modulul acestei expresii dă valoarea forței cu care plăcile se atrag reciproc:
Acum să încercăm să calculăm forța de atracție dintre plăcile unui condensator plat ca produs al intensității câmpului creat de una dintre plăci de sarcina concentrată pe cealaltă. Conform formulei (14.3), intensitatea câmpului creat de o placă este egală cu
Dielectricul slăbește câmpul din decalaj de timpi, dar acest lucru are loc numai în interiorul dielectricului (vezi formula (20.2) și textul asociat acestuia). Sarcinile de pe plăci sunt situate în afara dielectricului și deci sunt sub acțiunea câmpului de putere (29.4).
Înmulțind sarcina plăcii q cu această tensiune, obținem expresia forței
Formulele (29.3) și (29.5) nu coincid. Valoarea forței (29.3), care se obține din expresia energiei, este de acord cu experiența. Acest lucru se datorează faptului că, pe lângă forța „electrică” (29.5), forțe mecanice acționează asupra plăcilor din partea dielectricului, străduindu-se să le împingă separat (vezi § 22; rețineți că ne referim la un lichid sau dielectric gazos). La marginea plăcilor există un câmp împrăștiat care scade în mărime odată cu distanța de la margini (Fig. 29.2). Moleculele dielectrice, care posedă un moment dipol, experimentează acțiunea unei forțe care le trage în regiunea unui câmp mai puternic (vezi formula (9.16)). Ca urmare, presiunea dintre plăci crește și apare o forță care slăbește de ori acțiunea forței (29.5).
Dacă un condensator încărcat cu un spațiu de aer este scufundat parțial într-un dielectric lichid, dielectricul este tras în spațiul dintre plăci (Fig. 29.3). Acest fenomen este explicat după cum urmează. -Constanta dielectrica a aerului este practic egala cu unitatea. Prin urmare, înainte ca plăcile să fie scufundate în dielectric, capacitatea condensatorului poate fi considerată egală și energia este egală.cu un spațiu de aer are o suprafață a plăcii egală cu conexiune paralelă se adaugă condensatori de capacitate:
Deoarece energia va fi mai mică decât (se presupune că sarcina q este neschimbată - înainte de scufundarea în lichid, condensatorul a fost deconectat de la sursa de tensiune). În consecință, umplerea golului cu un dielectric se dovedește a fi favorabilă din punct de vedere energetic. Prin urmare, dielectricul este atras în condensator și nivelul său în spațiu crește. Aceasta, la rândul său, duce la o creștere a energiei potențiale a dielectricului în câmpul gravitațional. În cele din urmă, nivelul dielectricului din gol se va stabili la o anumită înălțime corespunzătoare minimului energiei totale (electrică și gravitațională). Fenomenul luat în considerare este similar cu ascensiunea capilară a unui lichid într-un spațiu îngust între plăci (vezi § 119 din volumul I).
Desenarea unui dielectric în golul dintre plăci poate fi înțeleasă și din punct de vedere microscopic. Există un câmp neuniform la marginile plăcilor condensatorului. Moleculele dielectrice au propriul moment dipol sau îl dobândesc sub acțiunea unui câmp; prin urmare, acestea sunt acționate de forțe care tind să le mute în regiunea unui câmp puternic, adică în interiorul condensatorului. Sub acțiunea acestor forțe, lichidul este atras în gol până când forte electrice care acţionează asupra lichidului de la marginea plăcilor nu va fi echilibrată de greutatea coloanei de lichid.
