Se calculează forța de atracție a plăcilor condensatoarelor. Constanta dielectrica relativa

Plăcile condensatorului, încărcate cu nume opuse, sunt atrase unele de altele.

Forțele mecanice care acționează asupra corpurilor încărcate macroscopice se numescponderomotiv .

Să calculăm forțele ponderomotoare care acționează asupra plăcilor condensator plat... În acest caz, sunt posibile două opțiuni:

Condensatorul este încărcat și deconectat de la bateria încărcată(în acest caz, numărul de încărcări de pe plăci rămâne constant q = const).

Când scoateți o placă a condensatorului de cealaltă, lucrul este gata

datorită căruia energia potențială a sistemului crește:

Mai mult, dA = dW. Echivalând părțile din dreapta ale acestor expresii, obținem

(12.67)

V în acest cazîn timpul diferențierii, distanța dintre plăci a fost desemnată cu x.

Condensatorul este încărcat, dar nu deconectat de la baterie(în acest caz, când una dintre plăcile condensatorului este mutată, tensiunea va rămâne constantă ( U = const). În acest caz, pe măsură ce o placă se îndepărtează de cealaltă, energia potențială a câmpului condensatorului scade, deoarece există o „scurgere” a sarcinilor din plăci, prin urmare

Dar
, atunci

Expresia rezultată se potrivește cu formula
... Poate fi prezentat sub o formă diferită dacă, în loc de sarcina q, introducem densitatea suprafeței:

(12.68)

Câmpul este uniform. Intensitatea câmpului condensatorului este
, unde x este distanța dintre plăci. Înlocuind în formulă
U 2 = E 2 x 2, obținem că forța de atracție a plăcilor unui condensator plat

(12.69)

Aceste forțe nu acționează numai asupra plăcilor. Deoarece plăcile, la rândul lor, apasă pe dielectricul plasat între ele și îl deformează, atunci apare o presiune în dielectric.

(S este aria fiecărei plăci).

Presiunea care apare în dielectric este

(12.70)

Exemple de rezolvare a problemelor

Exemplul 12.5. O diferență de potențial de 1,5 kV este aplicată plăcilor unui condensator de aer plat. Suprafata farfurii 150 cm 2 iar distanța dintre ele este de 5 mm. După deconectarea condensatorului de la sursa de tensiune, sticla (ε 2 = 7). Definiți:

1) diferența de potențial dintre plăci după introducerea dielectricului; 2) capacitatea condensatorului înainte și după introducerea dielectricului; 3) densitatea sarcinii de suprafață pe plăci înainte și după introducerea dielectricului.

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

Găsiți: 1) U 2; 2) C1C2; 3) σ 1, σ 2

Soluţie . pentru că
(σ este densitatea de sarcină la suprafață pe plăcile condensatorului), apoi înainte de introducerea dielectricului σd = U 1 ε 0 ε 1 și după introducerea dielectricului σd = U 2 ε 0 ε 2, deci

Capacitatea condensatorului înainte și după introducerea dielectricului

și

Sarcina plăcilor nu se modifică după deconectarea de la sursa de tensiune, adică. q = const. Prin urmare, densitatea de sarcină de suprafață pe plăci înainte și după introducerea dielectricului

Răspuns: 1) U 2 = 214V; 2) C1 = 26,5 pF; C2 = 186pF; 3) σ 1 = σ 2 = 2,65 μC / m2.

Exemplul 12.7. Intervalul dintre plăcile unui condensator plat este umplut cu un dielectric anizotrop, a cărui permitivitate ε se modifică în direcția perpendiculară pe plăci conform unei legi liniareε = α + βx de la ε 1 până la ε 2 , și ε 2 > ε 1 ... Suprafața fiecărei plăciS, distanța dintre eled... Aflați capacitatea condensatorului.

Dat: S; d; ε 1; ε 2

Găsi: CU.

Soluţie . Constanta dielectrică ε se modifică conform unei legi liniare, ε = α + βх, unde х se numără din placă, în care permeabilitatea este egală cu ε 1. Ținând cont de faptul că ε (0) = ε 1, ε (d) = ε 2, obținem dependența
... Să găsim diferența de potențial dintre plăci:

Capacitatea condensatorului va fi egală

Răspuns:

Exemplul 12.7. Între plăcile unui condensator plat încărcat la o diferență de potențial U , două straturi de dielectrici sunt așezate paralel cu plăcile sale. Grosimea stratului și constanta dielectrică dielectricii sunt, respectiv, egalid 1 , d 2 , ε 1 , ε 2 ... Determinați puterea câmpurilor electrostatice în straturile dielectricilor.

Dat: U; d 1 , d 2 , ε 1 , ε 2

Găsi: E 1, E 2.

Soluţie . Tensiunea pe plăcile condensatorului, având în vedere că câmpul din fiecare dintre straturile dielectrice este uniform,

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

Deplasarea electrică în ambele straturi ale dielectricului este aceeași, așa că putem scrie

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

Din expresiile (1) și (2) găsim necesarul

(3)

Din formula (2) rezultă că

Răspuns:
;

Exemplul 12.7. Zona farfurii S condensatorul plat este egal cu 100 cm 2 ... Spațiul dintre plăci este umplut îndeaproape cu două straturi de dielectrici - o placă de mică (ε 1 = 7) grosime d 1 = 3,5 mm și ceară de parafină (ε 2 = 2) grosime d 2 = 5 mm. Determinați capacitatea acestui condensator ..

Dat: S= 100 cm 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;

Găsi: CU.

Soluţie . Capacitatea condensatorului

unde = este sarcina de pe plăcile condensatorului (este densitatea de sarcină de suprafață pe plăci); = este diferența de potențial a plăcilor, egală cu suma tensiunilor de pe straturile dielectrice: U = U 1 + U 2. Atunci

(1)

Tensiunile U 1 și U 2 se găsesc prin formule

;
(2)

unde E 1 și E 2 - puterea câmpului electrostatic în primul și al doilea strat al dielectricului; D - deplasarea electrică în dielectrici (în ambele cazuri, la fel). Având în vedere că

Și ținând cont de formula (2), din expresia (1) găsim capacitatea necesară a condensatorului

Răspuns: C = 29,5 pF.

Exemplul 12.7. O baterie cu trei condensatoare conectate în serie C 1 = 1μF; CU 2 = 2μF și C 3 = 4μF conectat la sursa de EMF. Taxa de banca condensatorului q = 40μC. Precizați: 1) tensiuni U 1 , U 2 și U 3 pe fiecare condensator; 2) Sursa EMF; 3) capacitatea bancului de condensatori.

Dat : С 1 = 1mkF = 1 ∙ 10 -6 F; C 2 = 2mkF = 2 ∙ 10 -6 F și C 3 = 4mkF = 4 ∙ 10 -6 F; q = 40mkC = 40 ∙ 10 -6 F .

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

Soluţie . Atunci când condensatoarele sunt conectate în serie, sarcinile tuturor plăcilor sunt egale în valoare absolută, prin urmare

q 1 = q 2 = q 3 = q.

Tensiunea condensatorului

EMF-ul sursei este egal cu suma tensiunilor fiecăruia dintre condensatoarele conectate în serie:

ξ = U 1 + U 2 + U 3

Când sunt conectate în serie, se însumează valorile opuse capacităților fiecăruia dintre condensatori:

De unde provine capacitatea necesară a băncii de condensatoare?

Raspunsul 1) U 1 = 40V; U2 = 20V, U3 = 10V; 2) Ɛ = 70V; 3) C = 0,571 μF.

Exemplul 12.7. Două condensatoare cu aer plat de aceeași capacitate sunt conectate în serie și conectate la o sursă EMF. De câte ori și de câte ori se va schimba sarcina condensatoarelor dacă unul dintre ei este scufundat în ulei cu o constantă dielectrică ε = 2,2.

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

Găsi: .

Soluţie . Când condensatoarele sunt conectate în serie, încărcările ambelor condensatoare sunt egale ca mărime. Înainte de scufundarea într-un dielectric (în ulei), încărcarea fiecărui condensator

unde ξ = U 1 + U 2 (când condensatoarele sunt conectate în serie, EMF-ul sursei este egal cu suma tensiunilor fiecăruia dintre condensatori).

După scufundarea unuia dintre condensatori în dielectric, sarcinile condensatoarelor sunt din nou aceleași și, respectiv, pe primul și al doilea condensator sunt egale.

q = CU 1 = ε 2 CU 2

(se ține cont că ε 1 = 1), de unde, dacă ținem cont că ξ = U 1 + U 2, aflăm

(2)

Împărțind (2) la (1), găsim raportul necesar

Răspuns:
, adică sarcina condensatoarelor crește de 1,37 ori.

Exemplul 12.7. Condensatoarele cu capacități C sunt conectate fiecare așa cum se arată în fig.a. determinați capacitatea C total această conexiune a condensatoarelor. ...

Soluţie . Dacă deconectați condensatorul C 4 de la circuit, obțineți o conexiune a condensatoarelor, care este ușor de calculat. Deoarece capacitățile tuturor condensatoarelor sunt aceleași (C 2 = C 3 și C 5 = C 6), ambele ramuri paralele sunt simetrice, prin urmare potențialele punctelor A și B, situate egal în ramuri, trebuie să fie egale. Prin urmare, condensatorul C4 este conectat la puncte cu diferență de potențial zero. În consecință, condensatorul C4 nu este încărcat, adică. poate fi eliminată iar schema prezentată în enunţul problemei poate fi simplificată (Fig. b).

Acest circuit este format din trei ramuri paralele, dintre care două conțin doi condensatori conectați în serie

Răspuns: Cu total = 2C.

Exemplul 12.7. Condensator de aer plat cu capacitate C 1 = 4pF încărcat la diferența de potențialU 1 = 100V. După deconectarea condensatorului de la sursa de tensiune, distanța dintre plăcile condensatorului a fost dublată. Determinați: 1) diferența de potențialU 2 pe plăcile condensatorului după extinderea lor; 2) munca forțe externe plăci glisante.

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

Găsi: 1) U 2; 2) A.

Soluţie . Sarcina plăcilor condensatorului nu se modifică după deconectarea de la sursa de tensiune, adică. Q = const. De aceea

С 1 U 1 = С 2 U 2, (1)

unde C 2 și U 2 sunt, respectiv, capacitatea și diferența de potențial de pe plăcile condensatorului după extinderea acestora.

Având în vedere că capacitatea unui condensator plat
, din formula (1) obținem diferența de potențial necesară

(2)

După deconectarea condensatorului de la sursa de tensiune, sistemul a două plăci încărcate poate fi considerat închis, pentru care legea conservării energiei este îndeplinită: lucrul A al forțelor externe este egal cu modificarea energiei sistemului.

A = W 2 - W 1 (3)

unde W 1 și respectiv W 2 - energia de câmp a condensatorului în starea inițială și finală.

Având în vedere că
și
(q - const), din formula (3) se obține munca necesară forțelor externe

[se ține cont de faptul că q = C 1 U 1 și formula (2)].

Răspuns : 1) U2 = 200V 2) A = 40nJ.

Exemplul 12.7. Bilă solidă din dielectric cu razăR= 5cm încărcat uniform cu densitate în vrac ρ = 5nC / m 3 ... Determinați energia câmpului electrostatic, conținut în spațiul care înconjoară mingea.

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

Găsi: W.

Soluţie . Câmpul unei bile încărcate este simetric sferic; prin urmare, densitatea de încărcare a volumului este aceeași în toate punctele situate la distanțe egale de centrul bilei.

NS energie într-un strat sferic elementar (este ales în afara dielectricului, unde trebuie determinată energia) cu un volum dV (vezi figura)

unde dV = 4πr 2 dr (r este raza unui strat sferic elementar; dr este grosimea acestuia);
(ε = 1 - câmp în vid; E - intensitatea câmpului electrostatic).

Găsim intensitatea E după teorema Gauss pentru un câmp în vid, iar ca suprafață închisă alegem mental o sferă cu raza r (vezi figura). În acest caz, întreaga sarcină a mingii, care creează câmpul considerat, cade în interiorul suprafeței și, conform teoremei lui Gauss,

Unde

Înlocuind expresiile găsite în formula (1), obținem

Energia conținută în spațiul din jurul mingii,

Răspuns: W = 6,16 ∙ 10 -13 J.

Exemplul 12.7. Condensator plat cu suprafața plăciiSiar distanța dintre ele ℓ se imparte sarcinaq, după care condensatorul este deconectat de la sursa de tensiune. Determinați forța gravitațieiFîntre plăcile condensatorului, dacă constanta dielectrică a mediului dintre plăci este ε.

Dat : S; ℓ; q; ε .

Găsi: F.

Soluţie . Sarcina plăcilor condensatorului nu se modifică după deconectarea de la sursa de tensiune, adică. q = const. Să presupunem că sub acțiunea forței de atracție F, distanța dintre plăcile condensatorului se modifică cu d ℓ ... Atunci forța F face treaba

Conform legii conservării energiei, această muncă este egală cu pierderea de energie a condensatorului, adică.

. (3)

Înlocuind în formula energia unui condensator încărcat
expresie pentru capacitatea unui condensator plat
, primim

(4)

Răspuns:

Exemplul 12.7. Condensator plan cu suprafața plăciiSși distanța dintre ele ℓ conectate la sursă tensiune constantă U... Determinați forța gravitațieiFîntre plăcile condensatorului, dacă constanta dielectrică a mediului dintre plăci este ε.

Dat : S; ℓ; U; ε .

Găsi: F.

Soluţie . În funcție de starea problemei, pe plăcile condensatorului se menține o tensiune constantă, adică. U = const. Să presupunem că sub acțiunea forței de atracție F, distanța dintre plăcile condensatorului se modifică cu dℓ. Atunci forța F face treaba

Conform legii conservării energiei, această lucrare în acest caz duce la creșterea energiei condensatorului (comparați cu sarcina anterioară), adică.

de unde, pornind de la expresiile (1) si (2), obtinem

(3)

Înlocuind în formula energia condensatorului
expresie pentru capacitatea unui condensator plat
, primim

(4)

Înlocuind în formula (3) valoarea energiei (4) și efectuând diferențierea, găsim forța de atracție dorită între plăcile condensatorului.

.

unde semnul „-” indică faptul că forța F este forța gravitației.

Răspuns :

Fie potențialul plăcii condensatorului pe care se află sarcina este egal 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 atras 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 neomogen 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.

In toate dispozitive electronice se folosesc condensatori. Atunci când le proiectați sau le faceți cu propriile mâini, parametrii dispozitivelor sunt calculați folosind formule speciale.

Condensatoare

Calculul condensatorilor

Unul dintre principalii parametri ai unor astfel de dispozitive este capacitatea. O poți calcula folosind următoarea formulă:

• C - capacitate,
• q este sarcina uneia dintre plăcile elementului,
• U este diferența de potențial dintre plăci.

În inginerie electrică, în locul conceptului de „diferență de potențial între plăci”, se folosește „tensiunea condensatorului”.

Capacitatea unui element nu depinde de designul și dimensiunile dispozitivului, ci doar de tensiunea pe el și de încărcarea plăcilor. Dar acești parametri se pot schimba în funcție de distanța dintre ei și materialul dielectricului. Acest lucru este luat în considerare în formula:

С = Co * ε, unde:

• С - capacitatea reală,
• Co - ideal, cu condiția ca între plăci să existe vid sau aer,
• ε este constanta dielectrică a materialului dintre ele.

De exemplu, dacă mica este utilizată ca dielectric, din care „ε” este 6, atunci capacitatea unui astfel de dispozitiv este de 6 ori mai mare decât cea a unuia cu aer, iar atunci când cantitatea de dielectric se modifică, parametrii de proiectare se modifică. Funcționarea unui senzor de poziție capacitiv se bazează pe acest principiu.

Dispozitiv condensator

Unitatea SI pentru capacitate este 1 farad (F). aceasta valoare mare, prin urmare, microfaradele (1000000mkF = 1F) și picofaradele (1000000pF = 1mkF) sunt folosite mai des.

Calculul unei structuri plane

• ε este constanta dielectrică a materialului izolator,
• d este distanța dintre plăci.

Calculul unei structuri cilindrice

Un condensator cilindric este format din două tuburi coaxiale de diametre diferite introduse unul în celălalt. Există un dielectric între ele. Când raza cilindrilor este aproape una de alta și mult mai mare decât distanța dintre ele, forma cilindrică poate fi neglijată și calculul poate fi redus la o formulă similară cu cea folosită pentru a calcula un condensator plat.

Parametrii unui astfel de dispozitiv sunt calculați prin formula:

C = (2π * l * R * ε) / d, unde:

• l - lungimea dispozitivului,
• R este raza cilindrului,
• ε este constanta dielectrică a izolatorului,
• d este grosimea sa.

Calculul unei structuri sferice

Există dispozitive, ale căror plăci sunt două bile imbricate una în cealaltă. Formula pentru capacitatea unui astfel de dispozitiv:

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

• R1 - raza sferei interioare,
• R2 este raza sferei exterioare,
• ε este constanta dielectrică.

Formule de capacitate pentru condensatoare de diferite forme

Capacitate un singur conductor

Pe lângă condensatori, conductorii individuali au capacitatea de a stoca încărcătura. Un singur conductor este un conductor care este infinit departe de alți conductori. Parametrii unei celule încărcate sunt calculați prin formula:

• Q - taxa,
• φ este potențialul conductorului.

Cantitatea de încărcare este determinată de dimensiunea și forma dispozitivului, precum și mediu inconjurator... Materialul dispozitivului nu contează.

Metode de conectare a elementelor

Articole cu parametrii necesari... Trebuie să le conectăm căi diferite.

Conectarea condensatoarelor

Conexiune paralelă

Aceasta este o astfel de conexiune de părți, în care primele plăci ale fiecărui condensator sunt conectate la un terminal sau contact. În acest caz, cele doua plăci sunt conectate la un alt terminal.

Cu această conexiune, tensiunea la contactele tuturor elementelor va fi aceeași. Fiecare dintre ele este încărcat independent de celelalte, astfel încât capacitatea totală este egală cu suma tuturor cantităților. Se gaseste prin formula:

unde C1-Cn sunt parametrii pieselor implicate în conexiune paralelă.

Important! Condensatorii au o tensiune maximă admisă, depășirea acesteia va duce la defectarea elementului. Când dispozitivele cu tensiuni admisibile diferite sunt conectate în paralel, acest parametru al ansamblului rezultat este egal cu elementul cu cea mai mică valoare.

Conexiune serială

Aceasta este o conexiune în care doar o placă a primului element este conectată la terminal. A doua placă este atașată la prima placă a celui de-al doilea element, a doua placă a celui de-al doilea - la prima placă a celui de-al treilea și așa mai departe. Doar a doua placă a ultimului element este conectată la al doilea terminal.

Cu o astfel de conexiune, sarcina de pe plăcile de condensator din fiecare dispozitiv va fi egală cu restul, dar tensiunea de pe acestea va fi diferită: pentru a încărca dispozitive cu o capacitate mai mare cu aceeași sarcină, este necesară o diferență de potențial mai mică. Prin urmare, întregul lanț este o singură structură, a cărei diferență de potențial este egală cu suma tensiunilor de pe toate elementele, iar sarcina condensatorului este egală cu suma sarcinilor.

Conexiune serială crește tensiunea admisă și scade capacitatea totală, care este mai mică decât cel mai mic element.

Acești parametri se calculează după cum urmează:

• Tensiune admisă:

Utotal = U1 + U2 + U3 +... Un, unde U1-Un este tensiunea pe condensator;

• Capacitate totală:

1 / Сcount = 1 / С1 + 1 / С2 + 1 / С3 + ... 1 / Сn, unde С1-Сn sunt parametrii fiecărui dispozitiv.

Interesant. Dacă există doar două elemente în lanț, atunci puteți utiliza formula simplificată: Comun = (C1 * C2) / (C1 + C2).

Conexiune mixtă

Aceasta este o conexiune în care există părți conectate în serie și există părți conectate în paralel. Parametrii întregului circuit sunt calculați în următoarea secvență:

1. se determină grupuri de elemente conectate în paralel;
2. valorile echivalente sunt calculate pentru fiecare grup separat;
3. valorile rezultate sunt scrise lângă fiecare grup de părți conectate în paralel;
4. circuitul rezultat este echivalent cu schema secventialași se calculează folosind formulele adecvate.

Cunoașterea formulelor prin care puteți găsi capacitatea în fabricarea condensatoarelor sau conectarea acestora este necesară la proiectare circuite electronice.

Video

Elquanta.ru

Defecțiuni condensatoare - meandre - electronice distractive

Ca practica de reparare pt anul trecut, cel mai mare număr defecțiunile hardware se datorează condensatoare electrolitice... În același timp, există o scădere a numărului de defecțiuni din cauza defecțiunii altor componente.

Principalele tipuri de defecțiuni ale condensatorului vor fi enumerate aici și cum să le identificăm. Se crede că principalele tipuri de defecțiuni ale condensatorului sunt defecțiunile și spargerile, de fapt sunt mai multe.

1. Ruperea unui condensator electrolitic. Capacitate scazuta.

O pauză se caracterizează printr-o lipsă de capacitate. Dacă capacitatea nominală a condensatorului (cel care ar trebui să fie) este sub 20 μF, atunci singura cale verificarea va fi măsurarea capacității. În acest caz, este indicat să aveți un multimetru cu funcție de măsurare a capacității. De obicei, aceste multimetre sunt capabile să măsoare capacități de până la 20 μF. Un exemplu de multimetru cu măsurarea capacității din categoria " preț de buget„- DT9206A, dar sunt multe altele. Totul este clar aici - măsuram capacitatea cu un dispozitiv și tragem concluzii:

Dacă nu există capacitate, condensatorul este defect, trebuie doar să-l aruncați.

Dacă capacitatea este scăzută, condensatorul este defect și poate fi folosit, dar nu este de dorit, deoarece capacitatea poate scădea și mai mult.

În principiu, este posibil să se verifice prezența capacității unui condensator electrolitic cu o capacitate nominală mai mare de 20 μF folosind orice multimetru în modul de măsurare a rezistenței.

Selectăm limita de măsurare „200 kOhm”, mai întâi închidem cablurile condensatorului pentru a elimina sarcina posibilă existentă în acesta, apoi deschidem cablurile și conectăm sondele multimetrului la ele.

Pe display va apărea o anumită valoare a rezistenței, care va crește cu cât mai repede, cu atât capacitatea condensatorului va fi mai mică, iar după un timp va ajunge la „infinit”. Acest lucru se întâmplă deoarece, în procesul de încărcare a condensatorului, curentul prin condensator scade, iar rezistența, pe care multimetrul o determină în funcție de curentul invers, crește în consecință. Pentru un condensator complet încărcat, rezistența va tinde spre infinit.

Dacă exact asta se întâmplă, înseamnă că condensatorul are capacitate.

Dacă, totuși, imediat „infinit” - din păcate, condensatorul are un circuit deschis și poate fi doar aruncat.

Pentru a măsura capacitatea unui condensator electrolitic folosind un ohmmetru, în principiu, se poate face același lucru. Dar foarte într-un mod neobişnuit.

În plus față de un multimetru, acesta va necesita un cronometru, o foaie de hârtie, un creion și o grămadă mare de condensatoare de diferite capacități, evident utili.

Este necesar să aranjați acești condensatori în ordinea crescătoare a capacității și prin măsurarea rezistenței lor cu un ohmmetru, așa cum este descris mai sus, măsurați cu un cronometru cât timp durează fiecare dintre ei de la începutul măsurării până la „infinitul” rezistenței. Apoi, scrieți aceste date sub forma unui tabel. În același timp, fără a uita să indicați la ce limită de măsurare a rezistenței au fost obținute datele.

Acum, pentru a determina capacitatea unui condensator electrolitic, trebuie să măsurați rezistența acestuia cu un multimetru, să determinați cu un cronometru cât timp va dura pentru a ajunge la „infinit”. Și apoi, folosind acest tabel, determinați aproximativ capacitatea.

Nu uitați să descărcați condensatorul înainte de fiecare măsurătoare prin scurtcircuitarea temporară a cablurilor acestuia.

Aceasta metoda adecvat numai pentru condensatoare electrolitice cu o capacitate nominală mai mare de 20 μF. Pentru condensatoarele de capacitate mai mică, procesul de creștere a rezistenței la „infinit” va avea loc prea repede - pur și simplu nu îl veți observa.

1. Defectarea unui condensator electrolitic.

În practică, o defecțiune este un scurtcircuit în interiorul unui condensator. Defalcarea clasică se determină cu ușurință cu un ohmmetru, deoarece dispozitivul fie prezintă rezistență zero, fie o oarecare rezistență ușoară, care nu crește sau crește ușor, dar nu ajunge la „infinit”.

Defalcarea poate fi determinată fără instrumente prin aspectul exterior condensator. Faptul este că atunci când un condensator electrolitic se defectează în interiorul acestuia, electrolitul fierbe și se eliberează gaz. Pe partea superioară a carcasei condensatoarelor electrolitice moderne există crestături în formă de cruce, care se deschid și se umflă atunci când există un exces de presiune în interiorul condensatorului. În exterior, acest lucru este foarte vizibil, mai ales pe fundalul unui număr de condensatori funcționali.

Ambii condensatori sunt defecte. O picurare (vezi urmele de pe tablă), a doua s-a umflat.

Cu toate acestea, se întâmplă ca defecțiunea să aibă loc cumva ușor, iar „capul” condensatorului să nu se rupă.

În orice caz, o ruptură sau bombare a crestăturilor indică inadecvarea condensatorului și trebuie înlocuit.

1. Scăderea tensiunii maxime admisibile.

Există o defecțiune interesantă a condensatorului, în care are loc o defecțiune reversibilă cu acesta, care apare atunci când o anumită tensiune este depășită pe plăcile sale. De obicei, tensiunea maximă admisă pe plăcile condensatorului este indicată în marcajul acestuia.

Dar există o astfel de defecțiune în care valoarea tensiunii maxime admisibile scade. În același timp, condensatorul poate părea în stare bună de funcționare - contorul de capacitate va afișa rezultatul corect, iar rezistența în starea încărcată va fi „infinită”. Dar în circuit, condensatorul se comportă ca și cum ar fi spart.

Aici ideea este tocmai că tensiunea maximă admisă pe plăcile condensatorului a scăzut. Și acum condensatorul se defectează la o tensiune mult mai mică. Dar această defecțiune este reversibilă, iar atunci când este verificată cu un ohmmetru la o tensiune mai mică decât tensiunea care provoacă defecțiunea, condensatorul pare să fie în stare bună.

Pentru a testa condensatorul pentru tensiunea maximă, aveți nevoie sursa de laborator curent continuu... Setați tensiunea minimă la bornele sale, conectați condensatorul testat la acestea (respectând polaritatea) și creșteți treptat tensiunea la o valoare puțin mai mică decât cea indicată pe carcasa condensatorului.

De exemplu, există un condensator cu „40V” scris pe carcasă, ceea ce înseamnă că nu ar trebui să existe o defecțiune la o tensiune de la zero la 40V.

Și acum se dovedește că deja la o tensiune de 25V, acest condensator a început o defecțiune cu toate semnele - o creștere a curentului, încălzire, fierbere ... chiar și o tranziție este posibilă unitate de laborator alimentare la modul de protecție la scurtcircuit.

Toate acestea sugerează că condensatorul nu este potrivit, deoarece chiar dacă intenționați să-l utilizați într-un circuit în care tensiunea nu este mai mare de 25V, nu există nicio garanție că tensiunea de defectare a acestuia nu va scădea și mai mică în niciun moment. Un astfel de condensator se va comporta instabil - este mai bine să nu-l lipiți în circuit.

1. O creștere a rezistenței interne a condensatorului.

Din punct de vedere fizic, se pare că un rezistor a fost conectat în serie cu condensatorul. Odată cu creșterea acestui parametru, curentul de vârf prin condensator scade atunci când este încărcat sau descărcat, se introduce o întârziere în circuitul în care funcționează acest condensator.

Acest parametru numit ESR (Equivalent Series Resistance) sau ESR în engleză.

Pentru a determina rezistența echivalentă a seriei, aveți nevoie de un dispozitiv special - un contor ESR.

Ați putea fi interesat de acest lucru:

meandr.org

Cum să găsiți tensiunea unui condensator într-un circuit

Curentul continuu nu poate exista într-un circuit care conține un condensator. Circuitul este apoi deschis, deoarece plăcile condensatorului sunt separate printr-un strat de dielectric.Un curent alternativ este capabil să circule în circuitul care conține condensatorul. Acest lucru poate fi verificat cu ajutorul experienței simple.Să luăm sursele de constantă și tensiune alternativă, iar tensiunea constantă la bornele sursei va fi egală cu valoarea efectivă a tensiunii alternative. Circuitul este format dintr-un condensator și o lampă cu incandescență (Fig. 2.14), conectate în serie. Când este pornită cu comutatorul de tensiune constantă, lampa nu se aprinde. Dar când tensiunea alternativă este pornită, lampa începe să strălucească dacă capacitatea condensatorului este suficient de mare.Cum poate curge curentul alternativ printr-un circuit deschis? Aici, condensatorul este reîncărcat periodic sub acțiunea unei tensiuni alternative. Curentul care circulă în timpul reîncărcării încălzește filamentul lămpii Să aflăm cum se modifică în timp curentul dintr-un circuit care conține doar un condensator, dacă rezistența conductorilor și a plăcilor condensatorului poate fi neglijată (Fig. 2.15). + o¦o

CC Tensiunea pe condensator% -U. Este egală cu tensiunea la bornele circuitului. De aici sin cof. Sarcina condensatorului se modifică conform legii armonice: q = CUm sin cof. (2.7.1) Curentul este derivata în timp a sarcinii. Dacă sarcina q din formula (2.7.1) este sarcina plăcii condensatorului care este întâlnită mai întâi pentru direcția aleasă de ocolire a circuitului, atunci (vezi p. 64, § 2.3) i = Fig. 2.16 În consecință, fluctuațiile curentului sunt înaintea fluctuațiilor de tensiune în fază cu l / 2 (Fig. 2.16). Aceasta înseamnă că în momentul în care condensatorul începe să se încarce, curentul este la maxim, iar tensiunea este zero. După ce tensiunea atinge maximul, curentul devine egal cu zero etc. Amplitudinea curentului este egală cu: (2.7.3) I = U (аСтт т Dacă introducem denumirea (2.7.4) cu C LS și în locul amplitudinilor curentului și tensiunii folosim valorile efective ale acestora, atunci obținem: U / = (2.7.5) Valoarea lui Xc, reciproca produsului dintre frecvența ciclică și capacitatea condensatorului, se numește capacitate.Rolul acestei mărimi este similar cu rolul rezistență activă R în legea lui Ohm (2.6.3). Valoarea efectivă a puterii curentului este asociată cu valoare efectivă tensiunea pe condensator este exact aceeași cu puterea curentului și tensiunea pe circuitul DC sunt legate conform legii lui Ohm. Acest lucru ne permite să considerăm valoarea lui Xc ca rezistență a condensatorului la curent alternativ - rezistența capacitivă.Cu cât capacitatea condensatorului este mai mare, cu atât este mai mare, conform formulei (2.7.3), curentul de reîncărcare. Acest lucru este ușor de detectat prin creșterea incandescenței lămpii odată cu creșterea capacității. În timp ce rezistența unui condensator la curentul continuu este infinit de mare, rezistența sa la curentul alternativ are valoarea finală Xc. Acesta scade odată cu creșterea capacității și cu creșterea frecvenței.Acest lucru poate fi văzut dacă utilizați un generator pentru a alimenta circuitul prezentat în Figura 2.14. curent alternativ frecventa reglabila. Prin creșterea lină a frecvenței curentului alternativ, se poate observa o creștere a incandescenței lămpii. Este cauzata de o crestere a amperajului datorata unei scaderi rezistență capacitivă condensator. Dacă tensiunea de la un condensator este aplicată la o intrare a unui osciloscop cu fascicul dublu și tensiunea la cealaltă intrare, valoare instantanee care este proporțională cu curentul din circuit (această tensiune este îndepărtată din rezistența activă), apoi oscilogramele (măturări de timp) ale ambelor oscilații: tensiunea și curentul vor fi observate simultan pe ecran. Astfel de observații confirmă concluzia de mai sus că fluctuațiile curentului din circuitul condensatorului sunt defazate în raport cu fluctuațiile de tensiune per l / 2, așa cum se arată în Figura 2.16.

Să presupunem acum că secțiunea circuitului conține un condensator de capacitate C, iar rezistența și inductanța secțiunii pot fi neglijate și să vedem după ce lege se va schimba tensiunea de la capetele secțiunii în acest caz. Să notăm tensiunea dintre punctele a și b prin u și să presupunem că sarcina condensatorului q și curentul i sunt pozitive dacă corespund figurii 4. Atunci

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 Asamblați circuitul 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 cu o sarcină electrică de un coulomb cu o diferență de potențial de un volt între plăcile sale.

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 în acest caz), se folosește un coeficient care indică constanta dielectrică absolută a materialului și aceeași caracteristică, dar în vid, sau mai bine zis, de câte ori este prima mai mare decât al doilea. 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.

Conţinut:

Unul dintre elemente importante circuit electric este un condensator, ale cărui formule vă permit să calculați și să selectați cel mai mult varianta potrivita... Functie principala acest aparat este acumularea unei anumite cantități de energie electrică. Cel mai simplu sistem include doi electrozi sau plăci separate printr-un dielectric.

Cum se măsoară capacitatea?

Unul dintre caracteristici critice condensatorul este capacitatea sa. Acest parametru este determinat de cantitatea de energie electrică acumulată de acest dispozitiv. Acumularea are loc sub formă de electroni. Numărul lor, care se potrivește în condensator, determină valoarea capacității unui anumit dispozitiv.

Unitatea este folosită pentru a măsura capacitatea - farad. Capacitatea unui condensator în 1 farad îi corespunde incarcare electricaîn 1 coulomb, iar pe plăci diferența de potențial este egală cu 1 volt. Această formulare clasică nu este potrivită pentru calcule practice, deoarece nu sunt sarcini colectate în condensator, ci electroni. Capacitatea oricărui condensator este direct proporțională cu cantitatea de electroni care se poate acumula în condiții normale de funcționare. Pentru a desemna capacitatea, se folosește în continuare un farad, iar parametrii cantitativi sunt determinați prin formula: C = Q / U, unde C înseamnă capacitatea, Q este sarcina în pandantive și U este tensiunea. Astfel, interconectarea sarcinii și a tensiunii este vizibilă, ceea ce afectează capacitatea unui condensator de a acumula și de a păstra o anumită cantitate de electricitate.

Pentru calcule se utilizează formula:
în care ε 0 = 8,854187817 x 10 -12 f/m este o constantă. Alte mărimi: ε - este constanta dielectrică a dielectricului situat între plăci, S - înseamnă aria plăcii și d este spațiul dintre plăci.

Formula energiei condensatorului

Strâns legată de capacitate este o altă cantitate cunoscută ca. După încărcarea oricărui condensator, în el este generată o anumită cantitate de energie, care este ulterior eliberată în timpul procesului de descărcare. Plăcile condensatorului interacționează cu această energie potențială. Ele formează sarcini opuse care sunt atrase unele de altele.

Energia este consumată în timpul încărcării sursă externă a separa sarcinile cu pozitive şi valoare negativă, care sunt apoi amplasate pe plăcile condensatoarelor. Prin urmare, în conformitate cu legea conservării energiei, aceasta nu dispare fără urmă, ci rămâne în interiorul condensatorului sub forma unui câmp electric concentrat între plăci. Sarcinile opuse formează interacțiunea și atracția ulterioară a plăcilor între ele.

Fiecare placă a condensatorului, sub acțiunea unei sarcini, creează o intensitate a câmpului electric egală cu E/2. Câmpul comun va fi format din ambele câmpuri care apar în fiecare placă cu aceleași sarcini și valori opuse.

Astfel, energia condensatorului se exprimă prin formula: W = q (E / 2) d. La rândul său, stresul este exprimat folosind conceptele de tensiune și distanță și este reprezentat sub forma formulei U = Ed. Această valoare, înlocuită în prima formulă, afișează energia condensatorului sub această formă: W = qU / 2. Pentru a obține rezultatul final, este necesar să folosiți definiția capacității: C = q / U, iar în final energia unui condensator încărcat va arăta astfel: W el = CU 2/2.

Formula de încărcare a condensatorului

Pentru a efectua încărcarea, condensatorul trebuie să fie conectat la legătura DC. În acest scop, se poate folosi un generator. Fiecare generator are rezistență internă... Când circuitul este închis, condensatorul este încărcat. Între plăcile sale apare o tensiune, care este egală cu forța electromotoare a generatorului: U c = E.

Placa conectată la polul pozitiv al generatorului este încărcată pozitiv (+ q), iar cealaltă placă primește o sarcină echivalentă cu o valoare negativă (- q). Cantitatea de sarcină q este în relație direct proporțională cu capacitatea condensatorului C și tensiunea de pe plăcile Uc. Această dependență se exprimă prin formula: q = C x Uc.

În timpul încărcării, una dintre plăcile condensatorului câștigă, iar cealaltă pierde o anumită cantitate de electroni. Ele sunt transportate de-a lungul circuitului extern sub influența forței electromotoare a generatorului. Această mișcare este soc electric, cunoscut și sub numele de încărcător curent capacitiv(Isar).

Fluxul curentului de încărcare în circuit are loc în aproape miimi de secundă, până când tensiunea condensatorului devine egală cu forța electromotoare a generatorului. Tensiunea crește ușor și apoi încetinește treptat. În plus, valoarea tensiunii condensatorului va fi constantă. În timpul încărcării, circuitul curge Curent de încărcare... La început, atinge valoarea maximă, deoarece tensiunea condensatorului are valoare zero... Conform legii lui Ohm, I sarcina = E / R i, deoarece întregul EMF al generatorului este aplicat rezistenței Ri.

Formula curentului de scurgere a condensatorului

Curentul de scurgere al unui condensator poate fi comparat cu efectul unui rezistor conectat la acesta cu o anumită rezistență R. Curentul de scurgere este strâns legat de tipul de condensator și de calitatea dielectricului utilizat. In afara de asta, factor important devine structura carcasei şi gradul de contaminare a acestuia.

Unii condensatori au o carcasă cu scurgeri, ceea ce duce la pătrunderea umidității din aer și la o creștere a curentului de scurgere. În primul rând, acest lucru se aplică dispozitivelor în care hârtia unsă este folosită ca dielectric. Curenții de scurgere semnificativi apar din cauza scăderii rezistență electrică izolare. Ca rezultat, funcția principală a unui condensator este întreruptă - capacitatea de a primi și menține o sarcină de curent electric.

Formula de bază pentru calcul este următoarea: I ut = U / R d, unde I ut este curentul de scurgere, U este tensiunea aplicată condensatorului și R d este rezistența de izolație.