Jaká je kapacita kondenzátoru: definice a vzorce

Kondenzátor je elektrický prvek, který vám umožní nahromadit náboj. Jeho nejjednodušší formou jsou dvě desky oddělené dielektrickou vrstvou. Je-li deska k použití napětí, pak to po nějakou dobu zůstane po jeho odstranění. Je důležité vědět, jaká kapacita kondenzátoru je měřena, aby se správně konstruovaly obvody s těmito prvky.

Aplikace v technologii

Kondenzátory se používají v různých elektrických a rádiových zařízeních. Tyto prvky jsou schopny akumulovat náboj a udržovat napětí (například síť) na správné úrovni během menších výpadků. Vysokokapacitní kondenzátory jsou samy o sobě použity jako podavače malých mobilních zařízení. Jsou také nazývány ionizory. Jejich nevýhodou je potřeba častého dobíjení.

Velký význam mají tyto prvky ve filtračním zařízení, spotřebičů, které problém nechat ujít rušení požadovaného signálu, nebo k zachycení požadovaného signálu při konstantním napětí vysoké úrovni.

Bez kondenzátorů to nemůže udělat žádný generátor střídavých signálů. Jejich účelem je nastavit frekvenci generování, časové a jiné časové parametry. Zde se používají velmi přesné prvky s tolerancí ne více než 1%.

Kondenzátory mohou mít buď konstantní nebo proměnnou kapacitu. Prvky proměnné kapacity se používají v zařízeních, které vyžadují ladění na různé frekvence. Například je široce používán při ladění rádiových frekvencí v FM přijímačích.

Vzorce pro výpočet kondenzátorů

K vyřešení problémů inženýrství a aplikovaných teoretických výpočtů je nutné znát zákony, podle kterých vzájemně souvisejí elektrické veličiny. Tyto zákony jsou vyjádřeny vzorci. Například napětí na kondenzátoru závisí na jeho kapacitě a náboji, které se akumuluje.

Stanovení kapacity

Tato hodnota závisí na několika parametrech. Chcete-li jej vypočítat, musíte vědět, jak se měří kondenzátor. Tato hodnota je ekvivalentní tomu, kolik je hromadě náboje nahromaděna prvkem při napětí 1 voltu, které je na něj naneseno. Měří se ve faradách. Kapacita těchto prvků závisí také na jejich tvaru.

• Rovinné kondenzátory jsou nejjednodušším druhem nabíječů. Jak zjistit kapacitu kondenzátoru s plochým tvarem, zjistěte, zda zjistíte všechny parametry, které ho ovlivňují. Ve své funkci ovlivňuje vzdálenost mezi jeho deskami (vodivá deska) d, čtvercových desek se s, dielektrické konstanty materiálu mezi elektrodami £ a dielektrickou konstantou ε0, která se rovná 8,85 ⋅ 10-12 farads na metr. Vzorec kondenzátoru je:

C = ε ⋅ ε0 ⋅ S / d

• Válcový kondenzátor se skládá také ze dvou nabitých krycích obalů, oba jsou ve formě válců uspořádaných uvnitř druhého. Vnitřní válec je jednodílný, vnější je dutý. Vzdálenost mezi deskami se rovná rozdílu v poloměru těchto válců. Vzorec kondenzátor mohou představovat stejné, jako v předchozím případě, s tím, že elektrody oblast se vypočítá na základě jejich výšku a poloměr:

C = 2 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ h ⋅ R ext / (R nar - R ext) = ε ⋅ ε0 ⋅ S / d

kde h je výška elektrody,

Rvn - vnitřní poloměr, R nár - vnější poloměr,

π = 3,14.

• Nabíjení může mít nejen tělo se dvěma deskami, ale také vodivý sférický předmět. Použijete-li napětí a pak změřit potenciál mezi ním a zemí, potenciál bude nenulový. Vzorec pro výpočet akumulátoru náboje:

C = 4 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ R

kde R je poloměr koule.

Pokud vzorec nahradí poloměr Země a dielektrickou konstantu vzduchu, můžete získat hodnotu zemské kapacity ve faradách. Po výpočtech:

C (Země) = 700 mikrofarad

Tato kapacita může mít moderní elektrolytické kondenzátory.

Pokud umístíte jeden míček do druhého a použijete napětí mezi nimi, výsledný návrh také hromadí náboj mezi plochami kuliček. Stanovení kapacity takové konstrukce může být provedeno pomocí vzorce:

C = ε ⋅ ε0 ⋅ 4⋅π ⋅ R1 ⋅ R2 / (R2 - R1)

kde R2 a R1 jsou poloměry odpovídajících sférických povrchů.

Kapacita kondenzátoru závisí také na typu použitého dielektrika. Nejběžnější jsou keramické, elektrolytické, papírové, vzdušné a slídové plnidla.

Výpočet energie

Nabíjecí akumulátory mají další parametry. Jedním z nich je energie. Při nabíjení kondenzátoru na deskách se akumuluje potenciální energie.

Vytváří sílu, která přitahuje na rozdíl od nabitých desek, stejně jako proud, který napájí elektrické spotřebiče, pokud používáte ionizátor jako zdroj energie. Energii lze vyjádřit jako závislost na napětí desek a kapacitance:

W = C ⋅ U 2/2

Svodový proud přes dielektrikum

Svodový proud se objeví v prvku, jestliže existují cesty proudění elektrického proudu z jedné desky do druhé. Čím méně izolačních vlastností má dielektrika, tím větší je únikový proud. To platí zejména pro kondenzátory s dielektrikem ve formě oleje. Tento parametr závisí na konstrukci prvku a na kontaminaci jeho skříně. Pokud prvek uniká, svodový proud se může zvýšit, když vlhkost pronikne do krytu. Tento proud lze vypočítat podle Ohmova zákona:

I ut = U / Rd

kde Im je svodový proud,

U je napětí na deskách,

R d je izolační odpor dielektrika.

Připojovací prvky

Při vytváření schémat se používá různé spojení prvků. Prvky okruhu mohou být připojeny:

• Souběžně;
• Důsledně;
• Souběžně - důsledně (smíšené).

Jak zjistit kapacitu paralelně připojených prvků? Je nutné pochopit, co je společné s tímto typem připojení. Protože napětí je aplikováno současně na všechny desky, je to běžné. Poplatek bude pro každého vlastní. Podle vzorce:

q = C ⋅ U, zde q je celkový náboj,

q = ΣC i ⋅ U = U ⋅ ΣC i

C se bude rovnat součtu všech C.

Když jsou prvky zapojeny do série, bude to společné pro všechny. Současně bude napětí pro každou z nich odlišné a celková bude složena ze všech samostatně.

U = q / C, zde U je součet namáhání všech prvků

U celkem = q ⋅ Σ (1 / C i)

1 / C celkem = 1 / C 1 + 1 / C 2 + ... + 1 / C i

Při tomto připojení bude hodnota celkové kapacity menší než nejmenší hodnota této hodnoty ve skupině.

V případě použití smíšeného připojení je nutné samostatně vypočítat celkovou kapacitu pro paralelní a samostatně pro sériové připojení. Pak pomocí vzorce pro sériové připojení zjistěte společnou hodnotu obou získaných hodnot.