Содержание
Конденсаторы
Конденсатор представляет собой электрическое устройство для накопления заряда. Как правило, конденсаторы состоят из двух или более пластин из проводящего материала, разделенных слоем или слоями изоляторов. Конденсатор может накапливать энергию, которая при необходимости передается в цепь.
Емкость
Емкость (C) определяется как отношение накопленного заряда (Q) к разности потенциалов (В) между проводниками:
Емкость измеряется в фарадах (F) и 1 фарад
Конденсатор с параллельными пластинами
В своей простейшей форме конденсатор представляет собой набор противоположно заряженных параллельных пластин, разделенных расстоянием (d) . Из уравнения для разности потенциалов параллельных пластин и определения емкости емкость параллельных пластин равна
Строго говоря, это уравнение справедливо только при наличии вакуума между пластинами.
Когда непроводящий материал помещается между пластинами конденсатора, может накапливаться больше заряда из-за индуцированного заряда на поверхности электрического изолятора. Отношение емкости с изолятором к емкости вакуума называется диэлектрической проницаемостью (κ, греческая буква каппа). Значения диэлектрической проницаемости можно найти в таблицах свойств материалов. Уравнение для плоского конденсатора с диэлектриком, заполняющим пространство между пластинами, равно 9.0005
Энергия, запасенная в конденсаторе, может быть найдена с помощью любого из следующих трех уравнений, каждое из которых основано на разных переменных:
Конденсаторы параллельные и последовательные
Конденсаторы могут быть соединены параллельно или последовательно. Два конденсатора в параллельны , если соединены отрицательные и положительные пластины, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1
Два конденсатора соединены параллельно.
Рисунок (а) аналогичен схеме (б).
Можно составить уравнение для емкости одного конденсатора, которое будет иметь эквивалентную емкость этих двух конденсаторов. Общий заряд двух конденсаторов равен · = ···1· + ····2·. Напряжение на каждом конденсаторе одинаково и равно напряжению батареи (В) ; следовательно, Q 1 = C 1 V и Q 2 = C 2 V , или для эквивалентного конденсатора Q = C eq 9 V . Substituting into the equation for total charge yields C eq V = C 1 V + C 2 V , or C eq = С 1 + С 2 . Этот результат можно обобщить, заявив, что эквивалентная емкость для набора параллельных емкостей представляет собой просто сумму отдельных емкостей.
Конденсаторы соединены в серии , если положительная пластина одного соединена с отрицательной пластиной, как показано на рисунке 2.
Рисунок 2
Два последовательно соединенных конденсатора. Рисунок (а) аналогичен схеме (б).
При последовательном соединении все конденсаторы имеют одинаковый заряд. Разность потенциалов на конденсаторах в сумме равна разности потенциалов между клеммами батареи; следовательно,
Подстановка этих уравнений в уравнение для разности потенциалов дает
Отмена заряда дает следующее выражение для эквивалентной емкости для последовательных комбинаций:
Примечание : Распространенная ошибка при расчете последовательной емкости состоит в том, что после сложения обратных величин отдельных конденсаторов забывают взять обратную величину, чтобы найти эквивалентную емкость.
Емкость
Google Реклама
- • Что такое емкость?
- • Диэлектрик.
- • диэлектрическая проницаемость.
- • Диэлектрическая прочность и максимальное рабочее напряжение.
- • Расчет заряда конденсатора.
Емкость
Количество энергии, которое может хранить конденсатор, зависит от значения ЕМКОСТЬ конденсатора. Емкость (символ C) измеряется в основных единицах ФАРАДА (символ F). Один фарад — это емкость, которая может хранить 1 кулон (6,24 х 10 18 электронов) при зарядке до напряжения 1 вольт. Однако фарада слишком велика для использования в электронике, поэтому более полезными являются следующие единицы измерения емкости.
| Подблок | Аббревиатура | Стандартное обозначение |
|---|---|---|
| микрофарад | мкФ | x 10 -6 |
| нанофарад | нФ | х 10 -9 |
| пико Фарады | пФ | x 10 -12 |
Помните, однако, что при решении задач, связанных с емкостью, формулы, используемые значения должны быть выражены в основных единицах Фарады, Вольты и т.
д. ) его следует вводить в фарадах, используя версию стандартной формы в инженерной записи, как: 0,47 x 10 -9 (Для получения дополнительной информации загрузите нашу брошюру «Советы по математике»).
Емкость зависит от четырех факторов;
1. Площадь пластин
2. Расстояние между пластинами
3. Тип диэлектрического материала
4. Температура
большинство конденсаторов достаточно стабильны в «нормальном» диапазоне температур.
Значения конденсаторов могут быть фиксированными или переменными. Большинство переменных конденсаторов имеют очень маленькое значение в несколько десятков или сотен пФ. Значение варьируется либо:
- •Изменение площади пластин.
- •Изменение толщины диэлектрика.
Емкость (C) ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА ПЛОЩАДИ ДВУХ ПЛАСТИН , которые непосредственно перекрываются, чем больше площадь перекрытия, тем больше емкость.
Емкость ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА РАССТОЯНИЮ МЕЖДУ ПЛАСТИНАМИ.
т.е. если пластины раздвигаются, то емкость уменьшается.
Диэлектрик
Электроны на одной пластине конденсатора воздействуют на электроны на другой пластине, вызывая искажение орбит электронов внутри диэлектрического материала (изолирующего слоя между пластинами). Величина искажения зависит от природы диэлектрического материала и измеряется диэлектрической проницаемостью материала.
Диэлектрическая проницаемость
Диэлектрическая проницаемость указывается для любого конкретного материала как ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ, которая является мерой эффективности диэлектрического материала. Это число без единиц измерения, которое указывает, насколько больше диэлектрическая проницаемость материала, чем диэлектрическая проницаемость воздуха (или вакуума), для которого задана диэлектрическая проницаемость 1 (один). Например, если диэлектрический материал, такой как слюда, имеет относительную диэлектрическую проницаемость 6, это означает, что конденсатор будет иметь диэлектрическую проницаемость и, следовательно, емкость в шесть раз больше, чем у конденсатора с такими же размерами, но диэлектриком которого является воздух.
Диэлектрическая прочность
Другим важным аспектом диэлектрика является ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ. это указывает на способность диэлектрика выдерживать приложенное к нему напряжение, когда конденсатор заряжен. В идеале диэлектрик должен быть как можно тоньше, чтобы обеспечить максимальную емкость для данного размера компонента. Однако чем тоньше диэлектрический слой, тем легче разрушаются его изоляционные свойства. Следовательно, диэлектрическая прочность определяет максимальное рабочее напряжение конденсатора.
Максимальное рабочее напряжение (VDCwkg max)
При использовании конденсаторов очень важно, чтобы максимальное рабочее напряжение, указанное производителем, не превышалось. В противном случае возникнет большая опасность внезапного пробоя изоляции внутри конденсатора. Поскольку вполне вероятно, что в это время на конденсаторе существовало максимальное напряжение (отсюда пробой), большие токи будут протекать с реальным риском возгорания или взрыва в некоторых цепях.