Емкость конденсатора определение: Емкость конденсатора, теория и примеры задач

Емкость конденсатора, теория и примеры задач

Емкость в Международной системе единиц (СИ) измеряется в фарадах (Ф). Фарад – это большая емкость, поэтому на практике часто применяют пико фарады (пФ), нано фарады (нФ), микро фарады (мкФ).

Емкость плоского конденсатора

Получим формулу для расчета ёмкости плоского конденсатора, который состоит из двух параллельных проводящих пластин, площадь которых равна S (каждая). Пластины расположены на расстоянии d друг от друга. Одна пластина имеет заряд а другая . Будем считать, что расстояние между пластинами конденсатора много меньше, чем их линейные размеры. В таком случае краевые эффекты можно не принимать в расчет и электрическое поле между обкладками будем считать однородным. Поле (E), которое создают две бесконечные плоскости, несущие одинаковый по модулю и противоположный по знаку заряд, разделенные диэлектриком с диэлектрической проницаемостью , можно определить при помощи формулы:

где — плотность распределения заряда по поверхности пластины. В таком случае, разность потенциалов между рассматриваемыми обкладками конденсатора, находящимися на расстоянии d будет равна:

Подставим правую часть выражения (3) вместо разности потенциалов в (1) и учитывая, что , получаем:

Емкости цилиндрического и сферического конденсаторов получают по аналогичной схеме.

Емкости цилиндрического и сферического конденсаторов

Цилиндрическим называют конденсатор, который представляет собой две соосные цилиндрические поверхности из проводника, разного радиуса, пространство между которыми заполнено диэлектриком. Емкость такого конденсатора находят как:

где l – высота цилиндров; – радиус внешнего цилиндра; – радиус внутреннего цилиндра. По формуле (5) вычисляют емкость коаксиального кабеля.

Сферическим конденсатором является конденсатор, обкладки которого две концентрические сферические поверхности из проводника, пространство между ними заполняет диэлектрик. Емкость сферического конденсатора определяют как:

где – радиусы обкладок конденсатора.

Примеры решения задач

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАСЛА МЕТОДОМ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ЗАРЯДКИ И РАЗРЯДКИ КОНДЕНСАТОРА Методические указания к выполнению лабораторной работы № 23 по физике для студентов всех форм обучения

Министерство образования и науки
Российской Федерации

Федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального
образования

«Тихоокеанский государственный
университет»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА

И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ
МАСЛА

МЕТОДОМ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ЗАРЯДКИ
И РАЗРЯДКИ
КОНДЕНСАТОРА

Методические указания

к выполнению лабораторной работы
№ 23 по физике

для студентов всех форм обучения

Хабаровск

Издательство ТОГУ

2011

УДК
539. 16(076.5)

Определение емкости
конденсатора и диэлектрической
проницаемости масла методом периодической
зарядки и разрядки конденсатора :
методические указания к выполнению
лабораторной работы № 23 по физике для
студентов всех форм обучения / сост. В.
И. Нестеров. – Хабаровск : Изд-во Тихоокеан.
гос. ун-та, 2011. – 11 с.

Методические указания
составлены на кафедре «Физика». Включают
общие сведения о емкости конденсатора,
методику эксперимента, порядок выполнения
работы, контрольные вопросы и задания.
Объем выполнения лабораторной работы
– 2 часа.

Печатается
в соответствии с решениями кафедры
«Физика» и методического совета
факультета компьютерных и фундаментальных
наук.

© Тихоокеанский
государственный университет, 2011

Цель работы.
Ознакомиться с понятием емкости
конденсатора и методом определения
емкости конденсаторов.

Задача.
Определить емкость конденсаторов.
Проверить формулы параллельного и
последовательного соединения конденсаторов
и определить диэлектрическую проницаемость
жидкого диэлектрика.

Приборы и принадлежности.
Установка для определения емкости
конденсатора и диэлектрической
проницаемости масла, содержащая следующие
элементы: автоматический переключатель,
потенциометр (делитель напряжения),
источник постоянного тока, вольтметр,
микроамперметр, измеряемые емкости
(конденсаторы), конденсатор в исследуемом
диэлектрике (масло), воздушный конденсатор.

1. ЕМКОСТЬ КОНДЕНСАТОРА. ОБЩИЕ
СВЕДЕНИЯ

Одной из важнейших
характеристик проводника является его
электрическая емкость (или просто
емкость), т. е. величина, численно равная
заряду, который необходимо сообщить
уединенному проводнику для повышения
его потенциала на единицу:

где С – электроемкость
уединенного проводника; q
– заряд, сообщенный проводнику; φ –
потенциал проводника.

В единицах СИ емкость
измеряется в фарадах (Ф). Один фарад (1
Ф) – емкость такого уединенного
проводника, при сообщении которому
заряда в один кулон (1 Кл) получим
изменение потенциала на один вольт (1
В).

Электроемкость проводника
зависит от формы и размеров проводника.
Это связано с тем, что избыточные заряды
распределяются на внешней поверхности
проводника. Емкость не зависит также
ни от заряда проводника, ни от его
потенциала.

Потенциал уединенного
шара радиуса R,
находящегося в однородной среде с
диэлектрической проницаемостью :

Тогда получим формулу для расчета
емкости уединенного шара

.

Уединенный проводник обладает
малой емкостью (емкость земного шара
около 640 мкФ). Емкость уединенного
проводника существенно увеличивается
при приближении к нему других проводников
и зависит от диэлектрических свойств
среды, в которой он находится.

Для того чтобы проводник
обладал большой емкостью, он должен
иметь очень большие размеры. На практике
часто необходимы устройства, обладающие
способностью при малых размерах и
небольших относительно окружающих тел
потенциалах накапливать значительные
по величине заряды, т. е. обладать большой
емкостью. Эти устройства получили
название конденсаторов.

Конденсатором называется
система, состоящая из двух проводников,
форма и взаимное расположение которых
таковы, что электрическое поле этих
проводников при сообщении им равных по
абсолютному значению и противоположных
по знаку электрических зарядов полностью
или почти полностью локализовано в
ограниченной области пространства.

Если к заряженному
проводнику приближать другие тела, то
на них возникают индуцированные (на
проводнике) или связанные (на диэлектрике)
заряды, причем ближайшими к наводящему
заряду
будут заряды противоположного знака.
Эти заряды ослабляют поле, создаваемое
зарядом ,
т. е. понижают потенциал проводника, что
приводит к повышению его электроемкости.

Конденсатор состоит из
двух проводников (обкладок), разделенных
диэлектриком. Чтобы емкость проводников
не зависела от окружающих тел, нужно
обеспечить наличие поля только между
этими проводниками. Достигается это
путем придания проводникам формы либо
двух близко расположенных параллельных
пластин, либо двух коаксиальных цилиндров,
либо двух концентрических сфер и
сообщения им равных по величине и
противоположных по знаку зарядов. Форма
обкладок определяет название (плоский,
цилиндрический, сферический и т. п.)
конденсатора.

Так как поле сосредоточено
внутри конденсатора, то линии напряженности
начинаются на одной обкладке и кончаются
на другой, поэтому свободные заряды,
возникающие на разных обкладках, являются
равными по модулю разноименными зарядами.

Емкость конденсатора
равна отношению заряда Q
к разности
потенциалов ₂
– ₁
или к напряжению U
между проводниками, вызванному этим
зарядом:

При соединении двух
(нескольких) конденсаторов в батарею
ее емкость зависит от способа соединения
конденсаторов. При параллельном
соединении двух конденсаторов емкостями
С₁ и С₂
общая емкость

а при последовательном соединении

2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Существует несколько методов
определения емкости конденсаторов: с
помощью баллистического гальванометра,
мостовой метод и т. д.

Баллистическим гальванометром
называют электроизмерительный прибор,
отличающийся высокой чувствительностью
к току и сравнительно большим периодом
колебаний подвижной системы (рамки).
Баллистическим гальванометром можно
измерять как постоянный ток (стационарный
режим), так и заряд, протекший через
рамку за некоторое время (баллистический
режим). В баллистическом режиме
гальванометр может работать, если время,
в течение которого через него протекает
токовый импульс, оказывается во много
раз меньше периода собственных колебаний
подвижной рамки гальванометра. Период
колебаний рамки поэтому делают большим
(до 15 с). В баллистических гальванометрах
применяют сильные постоянные магниты
и рамки с большим количеством витков,
подвешенные на тонких нитях с малой
упругостью.

Если заряженный конденсатор
разрядить через баллистический
гальванометр, то по первому отклонению
его подвижной системы можно определить
величину заряда конденсатора. Но если
разряд осуществить через гальванометр
с малым моментом инерции подвижной
системы, то величину заряда можно
определить лишь в том случае, когда
известна сила тока в гальванометре для
всех моментов времени разряда. Тогда,
учитывая, что

получим

откуда

что
соответствует заштрихованной площади
на рис. 1, а.

Периодически заряжая и
разряжая конденсатор через обычный
гальванометр-микроамперметр, обладающий
периодом колебаний во много раз больше,
чем время разряда конденсатора, получим
отклонение микроамперметра,
не
изменяющееся со временем (постоянное
отклонение). Это отклонение соответствует
силе тока i₀,
представляющей среднее значение тока
за все время, пока идет процесс перезарядки
конденсатора (рис. 1, б).

Так как i₀
численно равно количеству электричества,
протекающему через микроамперметр за
1 с, то за время t
заряд, протекающий через микроамперметр:

г
де
q
– заряд, полученный конденсатором за
один цикл зарядки-разрядки;
Т
– время одного цикла зарядки-разрядки;
N
– число циклов за время
t.

Рис.
1. График тока, проходящего через
микроамперметр при периодической
зарядке
и разрядке конденсатора

Выражая
q
через емкость конденсатора С и напряжение
на конденсаторе U,
получим

где

– число разрядов за 1 с. Таким образом,

,

.
(1)

Полученное соотношение
(1) может быть использовано для определения
одной из величин, входящих в него. В этой
работе оно применяется для определения
неизвестных емкостей конденсаторов,
емкости при их параллельном и
последовательном соединении.

Плоский конденсатор
состоит из двух параллельных металлических
пластин площадью S
каждая, расположенных на близком
расстоянии d
одна от другой и имеющих заряды, равные
по величине, но противоположные по
знаку. Электрическая емкость плоского
конденсатора

где

– относительная диэлектрическая
проницаемость среды, заполняющей
конденсатор.

Если между обкладками
конденсатора находится воздух (
= 1), тогда емкость такого конденсатора

(2)

где С
– емкость конденсатора, между пластинами
которого находится исследуемый
диэлектрик;

– емкость этого же конденсатора при
отсутствии диэлектрика между пластинами;

– диэлектрическая проницаемость
диэлектрика.

Следовательно, диэлектрическая
проницаемость диэлектрика, находящегося
между пластинами:

.
(3)

Приведем схему измерительной
установки (рис. 2).

Рис. 2. Схема установки

Исследуемый конденсатор
заряжается от источника постоянного
напряжения, а затем автоматически
действующий переключатель АП отсоединяет
одну из обкладок от источника и замыкает
обкладки конденсатора на микроамперметр.
При замыкании контактов 1 – 2 происходит
зарядка конденсатора, а при замыкании
2 – 3 конденсатор разряжается. Цикл
«зарядка-разрядка» повторяется с
частотой работы переключателя (частота
работы переключателя равна частоте
тока, питающего переключатель, в нашем
случае f
= 50 Гц). Сопротивление
микроамперметра и емкость конденсатора
выбраны столь малыми, что конденсатор
успевает зарядиться или разрядиться
менее чем за 0,01 с. Период собственных
колебаний подвижной системы микроамперметра
значительно больше этой величины.

Напряжение U
устанавливается с помощью потенциометра
R и
измеряется вольтметром. Зная напряжение
на конденсаторе, ток, текущий через
микроамперметр, и частоту работы
автоматического переключателя, можно
определить неизвестную емкость
конденсатора по формуле (1).

В качестве автоматического
переключателя используется поляризованное
реле (рис. 3).

Рис. 3. Схема автоматического
переключателя

На ферромагнитном сердечнике М
помещена катушка В, по которой пропускают
переменный ток с частотой 50 Гц. Между
концами сердечника помещен намагниченный
стержень – якорь Я. При отсутствии в
катушке тока якорь располагается точно
посередине между наконечниками P
и Q.
Когда в катушке В идет ток, то он создает
магнитное поле и якорь притягивается
к одному из полюсов P
или Q
в зависимости от направления тока в
катушке В. При этом клемма 1 соединяется
через якорь, контакты К и L
– поочередно с клеммами
2 и 3. Тем
самым конденсатор то заряжается, то
разряжается 50 раз в секунду.

Передняя панель установки
для измерения емкостей конденсатора и
диэлектрической проницаемости масла
изображена на рис. 4.

Рис.
4. Передняя панель установки

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Тумблер
   «Сеть» установить в положение «Вкл»
   (рис. 4).

2. Переключатель 1
   установить в положение «С_и»
   (известный конденсатор).

3. Вращая потенциометр 2,
   добиться, чтобы отклонение стрелки
   микроамперметра было равно 6–10 мкА.

4. Снять показания вольтметра
   и микроамперметра. Используя выраже-
   ние
   (1), вычислить емкость С_и
   известного конденсатора. Полученное
   значение емкости конденсатора сравнить
   со значением, указанным на конденсаторе.

5. Переключатель 1
   перевести в положение «С₁»
   и аналогично предыдущему определить
   его емкость С₁.

6. Переключатель 1
   перевести в положение «С₂»
   и определить емкость С₂.

7. Переключатель 1
   перевести в положение «С_пар»
   (при этом конденсаторы С₁
   и С₂
   соединяются параллельно) и измерить
   емкость полученной батареи конденсаторов.

8. Рассчитать емкость С_пар
   теоретически и сравнить со значением
   С_пар,
   полученным экспериментально.

9. Переключатель 1
   перевести в положение «С_пос»
   (при этом конденсаторы С₁
   и С₂
   соединяются последовательно) и измерить
   емкость полученной батареи конденсаторов.

10. Рассчитать емкость С_пос
    теоретически и сравнить со значением
    С_пос,
    полученным экспериментально.

11. Переключателем 1
    включить в схему конденсатор переменной
    емкости С_в.
    Измерить его емкость, когда между
    пластинами находится воздух (
    воздуха принять равной 1).

12. Переключателем 1
    включить в схему конденсатор переменной
    емкости С_м
    , находящийся в масле. Измерить емкость
    конденсатора С_м.

13. Определить диэлектрическую
    проницаемость масла по формуле (3).

14. Все измерения проводить
    не менее трех раз, результаты измерений
    занести в таблицу.

15. Рассчитать средние
    значения всех емкостей и результаты
    занести в клеточки, отмеченные крестиком.

Таблица результатов
измерений

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Что такое электроемкость
   уединенного проводника и какими
   единицами она измеряется?

2. От чего зависит электроемкость
   уединенного проводника?

3. Что такое конденсатор? Какие
   типы конденсаторов существуют?

4. От чего зависит емкость
   конденсатора?

5. От чего зависит энергия
   и плотность энергии электростатического
   
   поля?

6. Вывести формулу электроемкости
   плоского конденсатора?

7. Вывести формулу последовательного
   соединения конденсаторов.

8. Вывести формулу параллельного
   соединения конденсаторов.

9. Как будет изменяться потенциал
   изолированного заряженного мыльного
   пузыря при уменьшении его объема?

10. Как изменится электроемкость
    конденсатора при увеличении заряда на
    пластинах в 3 раза?

11. Что называется
    диэлектрической проницаемостью и как
    она влияет на емкость конденсатора?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Трофимова
   Т. И. Курс физики / Т. И.
   Трофимова. – М. : Academia,
   2010. – 560 с.

2. Детлаф
   А. А. Курс физики / А. А.
   Детлаф, Б. М. Яворский. – М. : Academia,
   2010. – 720 с.

3. Савельев
   И. В. Курс общей физики. В
   3 т. Т. 2. Электричество и магнетизм.
   Волны. Оптика / И. В. Савельев. – СПб. :
   Лань, 2008. – 496 с.

4. Терентьев Н. Л.
   Электричество. Электромагнетизм : учеб.
   пособие
   / Н. Л. Терентьев. – Хабаровск
   : Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2003. – 120
   с.

Оглавление

1. Емкость конденсатора. Общие
сведения 3

2. Методика эксперимента и
экспериментальная установка 5

3.
Порядок выполнения работы 9

4.
Контрольные вопросы и задания 10

Библиографический
список 11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА

И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ
МАСЛА

МЕТОДОМ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ЗАРЯДКИ
И РАЗРЯДКИ
КОНДЕНСАТОРА

Методические указания

к выполнению лабораторной работы
№ 23 по физике

для студентов всех форм обучения

Владимир Ильич Нестеров

Главный редактор Л.
А. Суевалова

Редактор Е.
Н. Ярулина

Подписано в печать
22.09.11. Формат 60 × 84 ¹/₁₆.
Бумага писчая. Гарнитура «Таймс».
Печать
цифровая. Усл. печ. л. 0,7. Тираж 150 экз.
Заказ .

Издательство Тихоокеанского
государственного университета.

680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская,
136.

Отдел
оперативной полиграфии издательства

Тихоокеанского государственного
университета.

680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская,
136.

Емкость конденсатора — Справочник химика 21

    I. Приготовить несколько разбавленных растворов полярного вещестьа в неполярном растворителе. 2. Измерить емкость конденсатора, заполненного растворителем и каждым из приготовленных растворов. 3. Рассчитать диэлектрическую проницаемость каждого из растворов, используя табличное значение диэлектрической проницаемости растворителя, взятое из справочника при той же температуре, при которой производились измерения емкости. 4. Измерить плотности растворов всех концентраций при той же температуре, при которой были измерены емкости. 5. Рассчитать по уравнению (И,22) поляризацию растворенного веш,ества. 6. Построить график зависимости поляризации растворенного вещества от концентрации раствора и экстраполировать завпсимость до предельного разбавления. 7. Определить показатель преломления растворенного вещества и вычис лить молярную рефракцию. 8. Рассчитать по уравнению (И, 17) ди польный момент растворенного вещества. [c.99]









    Один из методов установления электрического момента диполя молекул основан на измерении диэлектрической проницаемости веществ при разных температурах. Для этого вещество в виде газа или разбавленного раствора в неполярном растворителе помещают между обкладками конденсатора. При этом емкость конденсатора увеличивается в е раз (е—диэлектрическая проницаемость). Если емкость конденсатора в вакууме обозначить С , а емкость с веществом С, то [c. 156]

    Возрастание емкости конденсатора (за счет уменьшения силы электрического поля в е раз) обусловливается тем, что энергия тратится на деформационную поляризацию молекул и их ориентацию в поле. [c.156]

    Здесь Л/ —мольная масса р —плотность е —диэлектрическая постоянная (равна отношению емкости конденсатора С, между пластинами которого находится данное вещество, к емкости Со того же конденсатора, когда между его пластинами — глубокий вакуум). [c.68]

    Емкость конденсатора связывает его заряд с разностью потенциалов между обкладками. Мы рассматриваем двойной электрический слой на поверхности электрода как конденсатор и относим емкость двойного слоя и его заряд к 1 поверхности электрода Тогда связь между С — удельной емкостью двойного слоя, в — плотностью его заряда и скачком потенциала получает такой вид  [c.538]

    Генератор А р к у с — обеспечивает широкий интервал электронно-управляемых режимов дуги переменного и униполярного тока с частотой следования разрядов 20 33,3 и 100 с (для дуги переменного тока) и 10 12,5 16,6 25 и 50 С (для униполярной дуги). Фаза поджига имеет три фиксированные значения — 60, 90 и 120°. Сила тока дуги может изменяться от 1 до 16 А при наличии внутреннего реостата и до 30 А с внешним реостатом. Емкость конденсатора в режиме низковольтной искры равна 40 мкф. [c.63]

    Тела, которые совсем не проводят электрического тока (воздух, стекло, смола, сера, резина, эбонит и т. д.) или проводят его слабо, называются непроводниками электричества, или диэлектрическими. Опыты показывают, что при употреблении какого-либо твердого или, жидкого диэлектрика в качестве изолирующего вещества емкость конденсатора при прочих равных условиях больше, нежели при изоляторе — воздухе. [c.56]

    Диэлектрическая проницаемость характеризует электромагнитные свойства среды. В численном выражении величина диэлектрической проницаемости определяется отношением емкостей конденсатора в диэлектрике с и вакууме Со [c.75]

    Величина С выражает емкость конденсатора, который при разности потенциалов между обкладками Va несет заряд, равный заряду двойного слоя.  [c.167]

    Жидкость II газ после продувки технологической аппаратуры и все другие сбросы газа и жидкости при работе и остановке оборудования должны собираться в продувочную емкость-конденсатор, соединенную с факелом для сжигания газа. При наличии в аппаратах и трубопроводах газового конденсата проводить продувку непосредственно в атмосферу не допускается. [c.100]

    Принцип действия датчика давления следующий. Давление на выходе исследуемого образца фиксируется уровнем жидкости в пьезометрической трубке. С изменением давления меняется уровень жидкости, что приводит к изменению емкости цилиндрического конденсатора, образованного электродами 3 -а 6. Изменение емкости конденсатора вызывает расстройку анодного контура частотного преобразователя 2, на выходе которого изменяется сигнал постоянного тока, поступающего на выход самопишущего прибора 1. В качестве самопишущего прибора использован самопишущий миллиамперметр типа Н37 с классом точности 0,5.  [c.133]

    Со — емкость конденсатора в вакууме. [c.530]

    Измерение диэлектрической проницаемости растворов сводится к определению емкости конденсатора, заполненного воздухом или другим веществом с известной диэлектрической проницаемостью и исследуемым веществом. Как известно из курса физики, емкость плоского или цилиндрического конденсатора при площади обкладок 5 и расстоянии между ними с1 выражается соотношением [c.332]

    Iq — зарядный ток, обусловленный емкостью конденсатора, чисто реактивный ток  [c.532]

    Возможно и другое определение понятия диэлектрическая проницаемость , вполне равноценное приведенному определению. Именно диэлектрическую проницаемость вещества можно определить как число, выражающее отношение величины емкости конденсатора, заполненного данным веществом, [c.398]

    Определение диэлектрической проницаемости проводили в растворах криоскопического бензола. Непосредственно измеряемой величиной была емкость конденсатора, наполненного криоско-пическим бензолом — Со и наполненного раствором асфальтенов в криоскопическом бензоле — С. Диэлектрическую проницаемость рассчитывали по формуле [c.34]

    Емкость конденсатора, заполненного жидкостью, измеряли автоматическим мостом переменного тока Р-589. Во всех случаях наблюдали следующее распределение диэлектрических проницаемостей (по убыванию) раствор металлопорфириновых комплексов, извлеченных из асфальтенов раствор асфальтенов раствор асфальтенов, лишенных порфиринов. Сравнение величины Ае/С асфальтенов (рис. 14) с этой же величиной самых полярных фракций смол, изученных автором [169], показывает, что полярность асфальтенов гораздо выше. Этим можно объяснить высокую меж-фазную активность асфальтенов. [c.34]

    Диэлектрическую проницаемость рассчитывают, исходя из электростатической емкости конденсатора, а не по величине индуцированного заряда Р. [c. 316]

    Кроме величин ей или момента е /4л = е8 двойной слой можно также характеризовать его электрической емкостью С, которая эквивалентна емкости конденсатора плош адью 1 см и определяется соотношением [c.151]

    Эту величину можно сравнительно легко и точно измерить методом, подобным тому, который используют при измерении емкости конденсаторов. Теория Гуи—Чепмена позволяет рассчитать С путем дифференцирования поверхностного заряда по потенциалу диффузного слоя, исходя, например, из (5.31). Для оценки С можно воспользоваться более простым выражением (5.32), справедливым для малых Фо- Это дает [c.151]

    Таким образом, емкость конденсатора пропорциональна диэлектрической проницаемости [c.332]

    Затем опускают конденсатор в исследуемую жидкость, обеспечивая достаточную глубину погружения, и фиксируют бюкс с жидкостью с помощью поворотного столика и крепежного винта. Измеряют емкость конденсатора. [c. 333]

    Второй эффект, обусловливающий возрастание емкости конденсатора, проявляется для полярных молекул, т. е. молекул, обладающих постоянным дипольным моментом [г. Электрическое поле стремится ориентировать молекулы соответствующими концами диполя в направлении положительной и отрицательной обкладок конденсатора. Этот эффект называют ориентационной поляризацией Р . Она тем значительнее, чем больше р,. Ориентационная поляризация зависит от температуры, так как нагревание, усиливая тепловое движение молекул, препятствует их ориентации. [c.189]

    Возрастание емкости конденсатора определяется полярностью и поляризуемостью молекул, т. е. зависит от постоянного ц и наведенного р, д дипольных моментов молекул. Изменение Р с температурой обусловлено изменением Р , т. е. в конечном счете величиной х. [c.189]

    Оно выражает линейную зависимость поляризации вещества от абсолютной температуры. Если измерить емкость конденсатора с изучаемым веществом (а следовательно, и е) при разных температурах п построить график зависимости Р от 1/Т, то получится прямая. По наклону прямой (В) можно найти дипольный момент (в О) из выражения [c.190]

    Для определения диэлектрической проницаемости среды можно воспользоваться измерением емкости конденсатора, которая ирямо пропорциональна диэлектрической проницаемости. Емкость конденсатора с плоскопараллельными электродами определяется по уравнению [c.95]

    Соотношение емкостей конденсатора, заполненного разными диэлектриками, равно соотношению их диэлектрических проницаемостсп [c.95]

    Добиться максимального отклонения стрелки вращением лимба отсчет по стрелочному прибору. 6. Увеличить чувствительность прибора поворотом рукоятки Чувствительность по часовой стрелке. При этом показание миллиамперметра должно уменьшаться, а чувствительность возрастать. 7. Вновь настроить рукояткой отсчег Сд иа максимальное иоказание миллиамперметра. 8. Увеличить по возможности отклонение стрелки прибора и опять добиться максимального отклонения стрелки прибора рукояткой компенсация потерь . 9. Произвести отсчет по барабану и лимбу. Измеряемая емкость равна сумме показаний на лимбе и на барабане. Полученную величину умножить на показание переключателя множитель . 10. Измерить емкость конденсатора (в пикофарадах), заполненного эталонной жидкостью с известным значением диэлектрической проницаемости и исследуемой. И. Измерить емкость конденсатора с эталонной и с исследуемой жидкостью нри четырех-няти температурах. 12. Вычислить дипольный момент по уравнениям (И,15) и (11,16). [c.96]

    К рассматриваемому классу относятся также зонды, состоящие из двух небольших металлических пластин, образующих конденсатор и соединенных с наружным регистрирующим устройством Так как твердые частицы и ожижающий агент имеют различные диэлектрические свойства, то емкость конденсатора зависит от концентрации твердых частиц между пластинами. В отличие от описанного выше светового датчика, являющегося, по существу, двухпоаициопным устройством, мощность сигнала от емкостного датчика связана (хотя и несколько неопределенно) с массой твердых частиц между пластинами, что позволяет непрерывно измерять их концентрацию.  [c.124]

    Дипольные моменты обычно определяют экспериментально, измеряя диэлектрическую проницаемость е веществ при различных температурах. Если вещество поместить в электрическое поле, создаваемое конденсатором, то емкость последнего возрастает в г раз, т. е. г = с1со (где Со и с — емкость конденсатора в вакууме и в среде вещества). [c.71]

    На пилотной установке непрерывного действия колонного типа (рис. 97) можно получать дорожные, строительные, кровельные и специальные битумы разных марок, изучать влияние природы сырья и параметров режима окисления на свойства битумов. Ее основные аппараты резервуары для сырья емкостью 2 л (диаметр 210 мм, высота 260 мм) трубчатый подогреватель из стальных труб длиной 1500 мм, внутренним диаметром 6 мм с электрообогревом окислительная колонна диаметром 80 мм, высотой 1000 мм с тремя боковыми отводами для отбора проб битума, ])асположепными па выоте 300, 600 и 900 мм от днища колонны напорная емкость конденсатор-холодильник для конденсации и охлаждения паров и газообразных продуктов окисления приемник для конденсата (отдува) приемник для битума (на схеме пе показан).  [c.277]

    Во время проведения эксперимента контролируется изменение толщины пленки нефти на поверхности металлической сферы, опущенной ниже границы раздела нефть — вода. Исследуемые жидкости помещены в металлический стакан. Измерение емкости конденсатора, одной обкладкой которого служит поверхность сферы, а другой — граница раздела нефть — вода, производится емкостным мостом. Течение пленки возникает под действием архимедовых сил и отражается в изменении средней толщины пленки при выдавливании ее в основной объем нефти. При малом зазоре между обкладками конденсатора связь измеряемой величины емкости со средней толщиной пленки выражается следующей формулой [10]  [c.52]

    Величину Сд можно найти с помощью уравнения (ХХУП1. 16) путем измерения емкости конденсатора с воздухом (Свозд) и со стандартной жидкостью, точное значение диэлектрической проницаемости которой известно. [c.332]

    Таким образом, определение диэлектрической проницаемости сводится к измерению емкости конденсатора с воздухом (Свозд), со стандартной жидкостью (С]) (например, бензолом, диэлектрическая проницаемость которого составляет 2,27 при 25 °С) и, наконец, с исследуемой жидкостью (раствором) — С.  [c.332]

    После настройки контуров присоединяют параллельно анодному контуру конденсатор, емкость которого необходимо измерить (Сх). Условие резонанса будет нарушено, и миллиамперметр покажет отсутствие переменного тока. Вращая ручку настройки переменного конденсатора, вновь восстанавливают состояние резонанса. Тогда, зная емкость переменного конденсатора до и после присоединения С , по разности находят емкость исследуемого конденсатора. Обычно для этой цели специально градуируют переменный конденсатор и строят градуировочную кривую зависимости емкости конденсатора от угла поворота ручки настройки. По этому графику находят измеряемую емкость. В качестве индикатора резонанса в таком приборе может быть использован оптический индикатор настройки, (например лампа 6Е5С). Наименьшая ширина теневого сектора на светящемся экране индикатора отвечает максимальному току в колебательном контуре (резонанс). [c.334]

Определение емкости и энергии конденсатора

ПГУПС

Кафедра физики

Лабораторная работа №201

Задание 3

«Определение емкости и
энергии конденсатора»

   Выполнила Воронина М.

П.

        Группа ПВТ-011.

  Проверил Кытин Ю.А.

Санкт-Петербург

2001 год.

Цель работы:

           Определить емкость и энергию данного
конденсатора.

Краткое теоретическое обоснование:

Емкость конденсатора определяется отношением заряда на нем к
разности потенциалов:

Единица емкости в СИ – 1 Фарада (1 Ф=1 Кл/В) – емкость такого
конденсатора, разность потенциалов которого изменяется на 1 В при сообщении ему
заряда в 1 Кл.

Конденсатор в электрических цепях может использоваться для
накопления энергии. Энергия заряженного конденсатора:

Конденсатор характеризуется двумя параметрами: значение
емкости С и рабочего напряжения , на которое
рассчитана изоляция между пластинами конденсатора. Тогда максимальная энергия,
которую может запасти конденсатор, равна:

Чтобы увеличить энергию, которую можно накопить при заданном
напряжении источника, используют батарею конденсаторов, включенных параллельно.
При параллельном включении конденсаторов их емкости складываются:

Если ЭДС источника превышает,
конденсаторы соединяют последовательно. При таком включении складываются
обратные величины емкостей:

Рабочее напряжение батареи конденсаторов равно сумме рабочих
напряжений, на которые рассчитаны конденсаторы:

Определение емкости конденсатора

Конденсатор заряжают до известной разности потенциалов и
измеряют ее заряд Q путем разрядки
конденсатора через амперметр.

Если известна цена деления прибора по заряду , то, измеряя отклонение стрелки
прибора  при разрядке конденсатора,  можно
определить заряд Q на пластинах
конденсатора.

Емкость конденсатора можно измерить методом сравнения. Два
конденсатора (известной емкостью  и неизвестной — ) заряжаются до одинаковой разности
потенциалов U. Если эти емкости поочередно
разрядить через прибор, измеряющий заряд, то отклонения стрелки прибора a будут пропорциональны емкостям
конденсаторов:

      и      .

2

Вольтметр

(0-20)В

0.01В

Пост

®

Электроёмкость плоского конденсатора | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Плоским конденсатором обычно называ­ют систему плоских проводящих пластин — обкладок, разделенных диэлектриком. Про­стота конструкции такого конденсатора по­зволяет сравнительно просто рассчитывать его электроемкость и получать значения, совпадающие с результатами эксперимента.

Укрепим две металлические пластины на изоляционных подставках и соединим с электрометром так, что одна из пластин будет присоединена к стержню электромет­ра, а вторая — к его металлическому кор­пусу (рис. 4.71). При таком соединении электрометр будет измерять разность по­тенциалов между пластинами, которые об­разуют плоский конденсатор из двух пла­стин. Проводя исследования, необходимо пом­нить, что

при постоянном значении заряда пластин уменьшение разности потенциалов свидетельствует об увеличении электроем­кости конденсатора, и наоборот.

Сообщим пластинам разноименные заря­ды и отметим отклонение стрелки электро­метра. Приближая пластины друг к другу (уменьшая расстояние между ними), заме­тим уменьшение разности потенциалов. Та­ким образом, при уменьшении расстояния между пластинами конденсатора его элект­роемкость увеличивается. При увеличении расстояния показания стрелки электрометра увеличиваются, что является свидетельст­вом уменьшения электроемкости.

Электроемкость плоского конденсатора об­ратно пропорциональна расстоянию между его обкладками.

C ~ 1 / d,

где d — расстояние между обкладками.

Эту зависимость можно изобразить гра­фиком обратной пропорциональной зависи­мости (рис. 4.72).

Будем смещать пластины одну относи­тельно другой в параллельных плоскостях, не изменяя расстояния между ними.

При этом площадь перекрытия пластин будет уменьшаться (рис. 4.73). Увеличение разности потенциалов, отмеченное электрометром, будет свидетельствовать об умень­шении электроемкости.

Увеличение площади перекрытия пластан приведет к увеличению емкости.

Электроемкость плоского конденсатора про­порциональна площади пластин, которые пере­крываются.

C ~ S,

где S — площадь пластин.

Эту зависимость можно представить гра­фиком прямой пропорциональной зависи­мости (рис. 4.74). 

Возвратив пластины в начальное поло­жение, внесем в пространство между ними плоский диэлектрик. Электрометр отметит уменьшение разности потенциалов между пластинами, что свидетельствует об увели­чении электроемкости конденсатора. Если между пластинами поместить другой диэлек­трик, то изменение электроемкости будет иным.

Электроемкость плоского конденсатора за­висит от диэлектрической проницаемости ди­электрика.

C ~ ε,

где ε — диэлектрическая проницаемость ди­электрика. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Такая зависимость показана на графике рис. 4.75.

Результаты опытов можно обобщить в ви­де формулы ёмкости плоского конденсатора:

C = εε₀S / d,

где S — площадь пластины; d — расстояние между ними; ε — диэлектрическая прони­цаемость диэлектрика; ε₀ — электрическая постоянная.

Конденсаторы, которые состоят из двух пластин, в практике применяются очень редко. Как правило, конденсаторы имеют много пластин, соединенных между собой по определенной схеме.

На этой странице материал по темам:

• При увеличении площади перекрывания пластин заряд на обкладках конденсатора

• Самостоятельная работа по теме электроемкость плоского конденсатора

• Физика 10 класс . рассчитать площадь и электроемкость плоского конденсатора.

• Простые задачи энергия плоского конденсатора скачать

• Электроемкость конденсатора зависит от расстояния

Вопросы по этому материалу:

• Какое строение плоского конденсатора?

• По изменению какой величины в опыте можно делать заключение об изменении электроемкости?

• В какой последовательности проводится опыт, в котором устанавли­валась зависимость электроемкости конденсатора от его параметров?

• Как зависит электроемкость плоского конденсатора от активной площади пластин?

• Как зависит электроемкость плоского конденсатора от расстояния между пластинами?

• Как влияет диэлектрик на электроемкость конденсатора?

Конденсатор и емкость — определение, типы и применение

Конденсатор — это электрический компонент, обладающий способностью накапливать энергию в виде электрических зарядов, создающих разность потенциалов, представляющую собой статическое напряжение, подобно небольшой перезаряжаемой батарее. .

Самая простая конструкция конденсатора состоит из двух параллельных проводников (металлических пластин), разделенных диэлектрическим материалом. Когда к конденсатору подключается источник напряжения, пластина конденсатора заряжается.Металлическая пластина, прикрепленная к положительной клемме, будет заряжена положительно, а пластина, прикрепленная к отрицательной клемме, будет заряжена отрицательно.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Символы конденсаторов

Типы конденсаторов

1. Пленочные конденсаторы: В пленочных конденсаторах в качестве диэлектрической среды используется пластиковая пленка. Они доступны практически любого номинала и напряжения до 1500 вольт. Они варьируются от 10% до 0,01% при любом допуске.Кроме того, пленочные конденсаторы бывают разных форм и стилей корпуса. Существует два типа пленочных конденсаторов: вывод радиального типа и вывод осевого типа.

2. Керамические конденсаторы. В керамических конденсаторах в качестве диэлектрического материала используется керамика. Он используется в высокочастотных цепях, таких как аудио в РЧ. В керамических конденсаторах можно получить как высокую, так и низкую емкость, изменяя толщину керамического диска.

3. Электролитические конденсаторы: Электролитические конденсаторы используют оксидный слой в качестве диэлектрического материала.Обладает широкой толерантностью. Существуют в основном два типа электролитических конденсаторов: танталовые и алюминиевые. Они доступны с рабочим напряжением примерно до 500 В, но максимальные значения емкости недоступны при высоком напряжении, а блоки с более высокой температурой доступны, но встречаются редко.

4. Переменный конденсатор: Переменные конденсаторы в основном используют воздух в качестве диэлектрической среды. Переменный конденсатор — это конденсатор, емкость которого можно механически регулировать несколько раз.Например, эта форма конденсатора используется для установки резонансной частоты в LC-цепях, чтобы изменить радио для согласования импеданса в устройствах настройки антенны.

Определение емкости конденсатора

Накопление зарядов в проводниках вызывает разность потенциалов на конденсаторе. Количество накопленного заряда называется зарядоемкостью конденсатора. Эта емкость удержания заряда называется емкостью. Накопленный заряд в конденсаторе прямо пропорционален напряжению, развиваемому на конденсаторе:

Q ∝V

Q = C/V

C = Q/V

C — коэффициент пропорциональности, также называемый емкостью конденсатор.Единицей емкости является фарад (Ф) — 1 кулон на вольт.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Значение емкости зависит от физических характеристик, площади пластин конденсатора «A», расстояния между пластинами «d» и диэлектрической проницаемости диэлектрической среды «ε».

\[C = \varepsilon \times \frac{A}{d}\]

Энергия конденсатора

Энергия хранится в джоулях и равна половине емкости, умноженной на квадрат напряжения конденсатора.2}{2}\]

Конденсатор в серии

Суммарная емкость конденсаторов, соединенных последовательно C1, C2, C3,.. :

\[\frac{1}{C_{Total}}\] = \[\frac{1}{C_{1}}\] + \[\frac{1}{C_{2}}\] + \[\frac{1}{C_{3}}\] + …

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Конденсатор в параллельном соединении

Суммарная емкость конденсаторов, соединенных параллельно C1, C2, C3,.. :

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

CTotal = C1+C2+ C3+…

Факторы, влияющие на емкость

• Площадь поверхности: Площадь поверхности двух пластин влияет на значение емкости. Чем выше значение площади поверхности, тем выше емкость.

• Расстояние: Расстояние между пластинами влияет на значение емкости. Чем меньше значение расстояния, тем выше емкость.

• Диэлектрическая среда: тип материала, разделяющего две пластины, называемого «диэлектриком». Чем выше диэлектрическая проницаемость диэлектрика, тем выше значение емкости.

Использование конденсатора

Конденсаторы используются как в электрических, так и в электронных устройствах.Они используются для нескольких вещей, таких как фильтры, системы накопления энергии, пускатели двигателей, устройства обработки сигналов и т. д. 

• Конденсаторы используются для хранения энергии, которая может использоваться устройством для временных отключений электроэнергии, когда им требуется дополнительная мощность. .

• Конденсаторы используются для блокировки постоянного тока после полной зарядки, но позволяют переменному току проходить через цепь цепи.

• Конденсаторы используются в качестве датчиков для нескольких вещей, таких как измерение влажности, уровня топлива, механического напряжения и т. д.

• Конденсаторы могут использоваться во времязависимой цепи. Это может быть подключено к любой светодиодной или акустической системе, и вполне вероятно, что любой мигающий свет / регулярный звуковой сигнал использует времязадающий конденсатор.

Интересные факты

• Конденсаторы с высокой емкостью изготовлены из материала с высокой диэлектрической проницаемостью.

• Конденсатор может принимать и временно накапливать энергию из цепи. Затем конденсатор вернет энергию в цепь позже.

Как подготовиться к экзаменам по этой теме?

Подготовка к экзамену не завершена без Vedantu. Нужно просто зарегистрироваться в Vedantu или загрузить приложение Vedantu. В Vedantu можно найти заметки и другие практические вопросы с решениями, которые являются одними из лучших ресурсов, доступных для первоклассных экзаменов. Учебные ресурсы обеспечивают полное понимание темы.

Что такое емкость? — Определение, уравнение и примеры — Видео и стенограмма урока

Емкость Правда или Ложь Упражнение

Проверьте свои знания урока об определении и примерах емкости, определив, верны или нет следующие утверждения.

Направления

Напечатайте следующие вопросы на чистом листе бумаги и подчеркните или округлите ответ.

1. Емкость обратно пропорциональна напряжению и выражается в кулонах.

Правда | Ложь

2. Конденсатор на 10 фарад, подключенный к 12-вольтовой батарее, может хранить заряд в 100 Кл.

Правда | Ложь

3. В организме человека диэлектриком служит клеточная мембрана.

Правда | Ложь

4.Протоны текут к положительной клемме батареи и от отрицательной клеммы.

Правда | Ложь

5. Каучук является хорошим примером диэлектрического материала.

Правда | Ложь

6. Нервная клетка может накапливать электрическую энергию и выделять ее в виде импульса.

Правда | Ложь

7. Проводящий материал, зажатый между двумя пластинами конденсатора, известен как диэлектрик.

Правда | Ложь

8. Две металлические пластины конденсатора будут заряжены положительно при подключении к батарее.

Правда | Ложь

9. Источник напряжения, такой как батарея, может генерировать электрическое поле в конденсаторе.

Правда | Ложь

10. Конденсатор, хранящий заряд 12 кулонов, подключенный к 3-вольтовой батарее, может дать емкость 4 фарад.

Правда | Ложь

Ключ ответа

1. Неверно, потому что правильное утверждение: «Емкость прямо пропорциональна напряжению и выражается в фарадах».

2.Неверно, потому что правильное утверждение: «Конденсатор на 10 фарад, подключенный к 12-вольтовой батарее, может хранить заряд в 120 кулонов».

3. Правда

4. Неверно, потому что правильное утверждение: «Электроны текут к положительному выводу батареи и от отрицательного вывода».

5. Правда

6. Правда

7. Неверно, потому что правильное утверждение: «Изоляционный материал, зажатый между двумя проводящими пластинами конденсатора, известен как диэлектрик».

8. Неверно, потому что правильное утверждение: «Одна пластина конденсатора заряжена положительно, а другая отрицательно заряжена при подключении к батарее».

9. Верно

10. Правда

Определение

в кембриджском словаре английского языка

Рабочие также заменили двигатели насосов для конденсата и ряд печатных плат, конденсаторов и инверторных плат. Это концептуальная иллюстрация того, как магнетизм меняется на противоположный (см. компас) при приложении электрического поля (синие точки), приложенного к золотым конденсаторам.

Тем не менее, он не хочет указывать какие-либо сроки, когда мы увидим такие конденсаторы в продуктах, и предостерегает от каких-либо немедленных больших ожиданий.Точно так же, как ультраконденсаторы сгладили разницу между электролитическими конденсаторами и батареями, псевдоконденсаторы еще больше стирают грань между ультраконденсаторами и батареями.

На самом деле, единственный способ получить такой высокий ток — это использовать конденсаторную батарею типа типа , которая может очень быстро разряжаться. Материалы, известные как сопряженные полимеры, рассматривались как многообещающие кандидаты для применения в электронике, включая конденсаторы, фотодиоды, датчики, органические светоизлучающие диоды и термоэлектрические устройства.

Они находятся в погоне за идеальным «суперконденсатором», своего рода конденсатором , который накапливает энергию с помощью угольных электродов, погруженных в раствор электролита.Но конденсатор — это не обычная пара металлических пластин.

Эти примеры взяты из корпусов и из источников в Интернете. Любые мнения в примерах не отражают мнение редакторов Кембриджского словаря, издательства Кембриджского университета или его лицензиаров.

Электрические поля и емкость | Конденсаторы

Введение

Всякий раз, когда между двумя отдельными проводниками существует электрическое напряжение, в пространстве между этими проводниками присутствует электрическое поле. В базовой электронике мы изучаем взаимодействия напряжения, тока и сопротивления, поскольку они относятся к цепям, которые представляют собой проводящие пути, по которым могут перемещаться электроны. Однако когда мы говорим о полях, мы имеем дело с взаимодействиями, которые могут распространяться на пустое пространство.

Следует признать, что понятие «поле» несколько абстрактно. По крайней мере, с электрическим током не так уж сложно представить крошечные частицы, называемые электронами, движущимися между ядрами атомов внутри проводника, но «поле» даже не имеет массы и вообще не должно существовать внутри материи. .

Несмотря на его абстрактный характер, почти каждый из нас имеет непосредственный опыт работы с полями, по крайней мере, в виде магнитов. Вы когда-нибудь играли с парой магнитов, замечая, как они притягиваются или отталкиваются друг от друга в зависимости от их взаимной ориентации? Между парой магнитов существует неоспоримая сила, и эта сила не имеет «субстанции».Он не имеет ни массы, ни цвета, ни запаха, и если бы не физическая сила, действующая на сами магниты, он был бы совершенно неощутим для нашего тела. Физики описывают взаимодействие магнитов с точки зрения магнитных полей в пространстве между ними. Если железные опилки поместить рядом с магнитом, они ориентируются по линиям поля, визуально указывая на его присутствие.

Электрические поля

Предметом этой главы являются электрические поля (и устройства, называемые конденсаторами, которые их используют), а не магнитные поля, но есть много общего.Скорее всего, вы тоже сталкивались с электрическими полями. Глава 1 этой книги началась с объяснения статического электричества и того, как такие материалы, как воск и шерсть, при трении друг о друга вызывают физическое притяжение. Опять же, физики описали бы это взаимодействие с точки зрения электрических полей, создаваемых двумя объектами в результате дисбаланса их электронов. Достаточно сказать, что всякий раз, когда между двумя точками существует напряжение, в пространстве между этими точками будет проявляться электрическое поле.

Полевая сила и полевой поток

Поля имеют две меры: поле сила и поле поток . Поле сила — это количество «толчка», которое поле оказывает на определенном расстоянии . Поле поток является полной величиной или эффектом поля в пространстве . Сила поля и поток примерно аналогичны напряжению («толчок») и току (потоку) через проводник соответственно, хотя поток поля может существовать в совершенно пустом пространстве (без движения частиц, таких как электроны), тогда как ток может иметь место только где есть свободные электроны для движения. Потоку поля можно противодействовать в пространстве так же, как потоку электронов можно противодействовать сопротивлением. Величина потока поля, который будет развиваться в космосе, пропорциональна величине приложенной силы поля, деленной на величину противодействия потоку. Точно так же, как тип проводящего материала определяет удельное сопротивление проводника электрическому току, тип изоляционного материала, разделяющего два проводника, определяет конкретное сопротивление потоку поля.

Обычно электроны не могут войти в проводник, если не существует пути выхода равного количества электронов (помните аналогию с шариком в трубе?).Вот почему проводники должны быть соединены вместе по круговой траектории (цепи) для возникновения постоянного тока. Однако, как ни странно, лишние электроны могут быть «втиснуты» в проводник без пути к выходу, если позволить электрическому полю развиться в пространстве относительно другого проводника. Количество дополнительных свободных электронов, добавляемых к проводнику (или удаляемых свободных электронов), прямо пропорционально величине потока поля между двумя проводниками.

Электрическое поле конденсаторов

Конденсаторы — это компоненты, предназначенные для использования преимущества этого явления путем размещения двух проводящих пластин (обычно металлических) в непосредственной близости друг от друга.Существует множество различных типов конструкций конденсаторов, каждый из которых подходит для определенных номиналов и целей. Для очень маленьких конденсаторов будет достаточно двух круглых пластин, зажатых между изоляционным материалом. Для конденсаторов большей емкости «пластины» могут представлять собой полоски металлической фольги, зажатые вокруг гибкого изолирующего материала и скрученные для компактности. Самые высокие значения емкости достигаются при использовании слоя изолирующего оксида микроскопической толщины, разделяющего две проводящие поверхности. В любом случае, однако, общая идея та же: два проводника, разделенных изолятором.

Схематическое обозначение конденсатора довольно простое и представляет собой немногим более двух коротких параллельных линий (представляющих пластины), разделенных промежутком. Провода прикрепляются к соответствующим пластинам для подключения к другим компонентам. Старое, устаревшее схематическое обозначение конденсаторов изображало чередующиеся пластины, что на самом деле является более точным способом представления реальной конструкции большинства конденсаторов:

.

Когда к двум пластинам конденсатора приложено напряжение, между ними создается концентрированный поток поля, что позволяет создать значительную разницу свободных электронов (заряд) между двумя пластинами:

Поскольку электрическое поле создается приложенным напряжением, лишние свободные электроны вынуждены собираться на отрицательном проводнике, в то время как свободные электроны «отбираются» у положительного проводника.Этот дифференциальный заряд соответствует запасу энергии в конденсаторе, представляющему собой потенциальный заряд электронов между двумя пластинами. Чем больше разница электронов на противоположных пластинах конденсатора, тем больше поток поля и тем больший «заряд» энергии будет хранить конденсатор.

Поскольку конденсаторы хранят потенциальную энергию накопленных электронов в виде электрического поля, они ведут себя в цепи совершенно иначе, чем резисторы (которые просто рассеивают энергию в виде тепла).Накопление энергии в конденсаторе зависит от напряжения между пластинами, а также от других факторов, которые мы обсудим позже в этой главе. Способность конденсатора накапливать энергию в зависимости от напряжения (разность потенциалов между двумя выводами) приводит к стремлению поддерживать напряжение на постоянном уровне. Другими словами, конденсаторы имеют тенденцию сопротивляться изменениям напряжения. Когда напряжение на конденсаторе увеличивается или уменьшается, конденсатор «сопротивляется» изменению, потребляя ток или подавая ток к источнику изменения напряжения в противовес изменению.

Чтобы накопить больше энергии в конденсаторе, необходимо увеличить напряжение на нем. Это означает, что больше электронов должно быть добавлено к (-) пластине и больше отведено от (+) пластины, что требует наличия тока в этом направлении. И наоборот, чтобы высвободить энергию из конденсатора, необходимо уменьшить напряжение на нем. Это означает, что некоторые из избыточных электронов на (-) пластине должны быть возвращены на (+) пластину, что требует наличия тока в другом направлении.

Подобно тому, как первый закон движения Исаака Ньютона («объект в движении имеет тенденцию оставаться в движении; объект в состоянии покоя стремится оставаться в состоянии покоя») описывает тенденцию массы сопротивляться изменениям скорости, мы можем сформулировать тенденцию конденсатора противодействовать изменениям напряжения как таковым: «Заряженный конденсатор имеет тенденцию оставаться заряженным; разряженный конденсатор имеет тенденцию оставаться разряженным.Гипотетически, конденсатор, оставленный нетронутым, будет неопределенно долго поддерживать любое состояние заряда напряжения, в котором он был оставлен. Только внешний источник (или сток) тока может изменить заряд напряжения, хранящийся в идеальном конденсаторе:

Однако с практической точки зрения конденсаторы в конечном итоге потеряют накопленный заряд напряжения из-за внутренних путей утечки электронов, перетекающих с одной пластины на другую. В зависимости от конкретного типа конденсатора время, необходимое для саморассеяния заряда накопленного напряжения, может составлять долгих времени (несколько лет с конденсатором, лежащим на полке!).

Когда напряжение на конденсаторе увеличивается, он потребляет ток от остальной цепи, действуя как силовая нагрузка. Говорят, что в этом состоянии конденсатор заряжается , потому что в его электрическом поле накапливается все больше энергии. Обратите внимание на направление электронного тока относительно полярности напряжения:

И наоборот, когда напряжение на конденсаторе уменьшается, конденсатор подает ток на остальную часть цепи, действуя как источник питания.Говорят, что в этом состоянии конденсатор разряжается . Его запас энергии, удерживаемый в электрическом поле, теперь уменьшается по мере того, как энергия передается остальной части цепи. Обратите внимание на направление тока относительно полярности напряжения:

Если к незаряженному конденсатору внезапно подается источник напряжения (внезапное повышение напряжения), конденсатор будет потреблять ток от этого источника, поглощая из него энергию, пока напряжение конденсатора не сравняется с напряжением источника. Как только напряжение на конденсаторе достигает этого конечного (заряженного) состояния, его ток спадает до нуля. И наоборот, если сопротивление нагрузки подключено к заряженному конденсатору, конденсатор будет подавать ток на нагрузку до тех пор, пока он не высвободит всю накопленную энергию и его напряжение не упадет до нуля. Как только напряжение на конденсаторе достигает этого конечного (разряженного) состояния, его ток спадает до нуля. По своей способности заряжаться и разряжаться конденсаторы можно рассматривать как нечто вроде аккумуляторов с вторичными элементами.

Выбор изоляционного материала между пластинами, как упоминалось ранее, оказывает большое влияние на то, какой поток поля (и, следовательно, сколько заряда) будет развиваться при любой заданной величине напряжения, приложенного к пластинам. Из-за роли этого изоляционного материала в воздействии на поток поля он имеет специальное название: диэлектрик . Не все диэлектрические материалы одинаковы: степень, в которой материалы препятствуют или способствуют формированию потока электрического поля, называется диэлектрической проницаемостью диэлектрика.

Мера способности конденсатора накапливать энергию при заданном падении напряжения называется емкостью . Неудивительно, что емкость также является мерой интенсивности сопротивления изменениям напряжения (то есть, сколько тока она будет производить при заданной скорости изменения напряжения). Емкость символически обозначается заглавной «С» и измеряется в единицах Фарада, сокращенно «Ф».

Конвенция

по какой-то странной причине отдает предпочтение метрической приставке «микро» при измерении больших емкостей, и так много конденсаторов оцениваются в терминах сбивающих с толку больших значений в микрофарадах: например, один большой конденсатор, который я видел, был рассчитан на 330 000 микрофарад. !! Почему бы не указать это как 330 мФ? Я не знаю.

Устаревшее имя конденсатора

Устаревшее название конденсатора конденсатор или конденсатор . Эти термины не используются ни в каких новых книгах или принципиальных схемах (насколько мне известно), но они могут встречаться в старой литературе по электронике. Возможно, наиболее известное использование термина «конденсатор» относится к автомобильной технике, где небольшой конденсатор, названный этим именем, использовался для уменьшения чрезмерного искрения на контактах переключателя (называемых «точками») в электромеханических системах зажигания.

ОБЗОР:

• Конденсаторы реагируют на изменения напряжения, подавая или потребляя ток в направлении, необходимом для противодействия изменению.
• Когда конденсатор сталкивается с возрастающим напряжением, он действует как нагрузка : потребляет ток по мере накопления энергии (ток идет в положительную сторону и выходит из отрицательной стороны, как резистор).
• Когда конденсатор сталкивается с уменьшающимся напряжением, он действует как источник : подает ток по мере того, как высвобождает накопленную энергию (ток выходит с положительной стороны и с отрицательной стороны, как батарея).
• Способность конденсатора накапливать энергию в виде электрического поля (и, следовательно, противостоять изменениям напряжения) называется емкостью . Измеряется в единицах фарад (F).

Конденсаторы

• раньше были широко известны под другим термином: конденсатор (альтернативно пишется «конденсатор»).

Конденсатор: определение, схема, характер, типы, работа

В электротехнике компонент, используемый для хранения электрической энергии в электрическом поле, известен как «конденсатор».Это пассивное устройство, которое может накапливать электрический заряд на своих пластинах при подключении к источнику напряжения. Конденсаторы содержат две клеммы, и их эффект известен как емкость. Их можно найти во всех электроприборах, что делает их применение таким широким.

Сегодня вы познакомитесь с определением, характеристиками, схемой, типами и работой конденсатора. Вы также узнаете следующее:

• Диэлектрик конденсатора
• Емкость и заряд
• Стандартные единицы измерения емкости
• Конденсатор параллельно и последовательно
• Энергия в конденсаторе и
• Цветовой код конденсатора.

Что такое конденсатор?

Конденсатор — это компонент, обладающий способностью или способностью накапливать энергию в виде электрического заряда, создающего разность потенциалов (статическое напряжение) на своих пластинах. Электрический компонент работает как небольшая перезаряжаемая батарея. Проще говоря, конденсатор — это устройство, которое накапливает электрическую энергию в электрическом поле.

Результат конденсатора называется емкостью, которая может существовать между любыми двумя электрическими проводниками вблизи цепи.Устройство предназначено для добавления емкости в цепь. Конденсаторы изначально известны как конденсатор . В настоящее время доступны различные типы конденсаторов, от очень маленьких конденсаторных шариков, используемых в резонансных цепях, до больших конденсаторов для коррекции коэффициента мощности. Однако все они выполняют одну и ту же задачу — накапливать заряд.

Кроме того, конденсатор состоит из двух или более параллельных проводящих (металлических) пластин, которые не соединены и не соприкасаются друг с другом. Однако они электрически разделены либо воздухом, либо какой-либо формой хорошего изолирующего материала, например керамикой, вощеной бумагой, слюдой, пластиком или какой-либо формой жидкого геля.Изолирующий слой между пластинами конденсатора известен как диэлектрик .

Характеристики конденсатора

Характеристики конденсатора можно определить по его температуре, номинальному напряжению, диапазону емкости и использованию в конкретном приложении. Конденсаторы бывают разных типов и имеют свой уникальный набор характеристик и системы идентификации. Хотя некоторые из них легко распознать, некоторые из них могут ввести в заблуждение из-за букв, цветов или символов.

Лучший способ узнать характеристики конденсатора — выяснить, к какой группе относится конденсатор: керамической, пленочной, пластиковой или электролитической. Большинство конденсаторов имеют одинаковое значение емкости, они могут иметь разное номинальное напряжение. Таким образом, если вместо конденсатора с более высоким номинальным напряжением заменить конденсатор с меньшим номинальным напряжением, повышенное напряжение может повредить меньший конденсатор.

Конденсатор с любым другим электронным компонентом может быть разработан с учетом его ряда характеристик.Эти характеристики можно найти в технических паспортах, которые предоставляет производитель конденсаторов. Ниже приведены важные, которые нужно знать.

Подробнее: Что такое заряд конденсатора

Номинальная емкость, (в)

Номинальное значение емкости измеряется в пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ) или микрофарадах (мкФ). Он нанесен на корпус конденсатора цифрами, буквами или цветными полосами. Емкость конденсатора может изменяться в зависимости от частоты цепи (Гц) y в зависимости от температуры окружающей среды.Керамические конденсаторы меньшего размера могут иметь номинальную емкость всего один пикофарад (1 пФ), в то время как более крупные электролитические конденсаторы могут иметь номинальную емкость до одного фарад (1 Ф).

Рабочее напряжение, (WV)

Рабочее напряжение — еще одна важная характеристика конденсатора, которую следует учитывать. Он определяет максимальное постоянное напряжение постоянного или переменного тока, которое может безотказно прикладываться к конденсатору в течение всего срока его службы. Как правило, рабочее напряжение напечатано на корпусе конденсатора с указанием рабочего напряжения постоянного тока (WVDC).

Допуск, (±%)

Так же, как и резисторы, конденсаторы также имеют допуск, выраженный в виде положительного или отрицательного значения либо в пикофарадах (± пФ) для конденсаторов малой емкости. Обычно она составляет менее 100 пФ или в процентах (±%) для конденсаторов более высокой емкости, как правило, выше 100 пФ. Значение допуска — это степень, в которой фактическая емкость может отличаться от номинального значения, и может варьироваться от -20% до +80%. Таким образом, конденсатор емкостью 100 мкФ с допуском ±20 % будет законно варьироваться от 80 мкФ до 120 мкФ и оставаться в пределах допуска.

Ток утечки

Диэлектрик, содержащийся в конденсаторе для разделения проводящих пластин, не является идеальным изолятором. Это приводит к протеканию или «утечке» очень небольшого тока через диэлектрик из-за влияния мощных электрических полей, создаваемых зарядом на пластинах при подаче на них постоянного напряжения питания. Небольшой поток постоянного тока в области наноампер (нА) известен как конденсаторы, ток утечки. Этот ток утечки возникает из-за того, что электроны физически находят свой путь через диэлектрическую среду, вокруг ее краев или через ее выводы и со временем полностью разряжают конденсатор.

Рабочая температура, (Т)

Изменения рабочей температуры вокруг конденсатора могут повлиять на значение емкости из-за изменений диэлектрических свойств. Слишком горячий и слишком холодный воздух или температура окружающей среды повлияют на значение емкости конденсатора, что может изменить правильную работу схемы. Нормальный рабочий диапазон для большинства конденсаторов составляет от 30 ^o C до +125 ^o C при номинальном напряжении. Рабочая температура не должна быть выше +70 ^o C, особенно для пластиковых типов конденсаторов.

Температурный коэффициент, (TC)

Это максимальное изменение емкости конденсатора в заданном диапазоне температур. Температурный коэффициент конденсатора обычно может быть выражен линейно как части на миллион на градус Цельсия (PPM/C) или как процентное изменение в определенном диапазоне температур. Хотя некоторые конденсаторы являются нелинейными (конденсаторы класса 2), их стоимость увеличивается с повышением температуры, что дает им температурный коэффициент, который выражается как положительный «P».Некоторые конденсаторы уменьшают свое значение по мере повышения температуры, что дает им температурный коэффициент, который выражается как отрицательный «N».

Поляризация

Поляризация конденсатора обычно относится к электролитическому типу, но в основном к алюминиевому электролитическому, что касается их электрического соединения. Большинство электролитических конденсаторов являются полярными, то есть напряжение, подаваемое на клеммы конденсатора, должно иметь правильную полярность, то есть положительное к положительному и отрицательное к отрицательному. Неправильная поляризация может привести к разрушению оксидного слоя внутри конденсатора, что приведет к протеканию очень больших токов через устройство. Таким образом, в результате разрушения.

Эквивалентное последовательное сопротивление, (ESR)

Эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора представляет собой импеданс конденсатора по переменному току при использовании на высоких частотах и ​​включает сопротивление диэлектрического материала. Кроме того, сопротивление постоянному току клеммных выводов, сопротивление постоянному току соединений с диэлектриком и сопротивление обкладки конденсатора измеряются при определенной частоте и температуре.

В некотором смысле ESR является противоположностью сопротивления изоляции, которое представлено как чистое сопротивление (без емкостного или индуктивного сопротивления) параллельно конденсатору. Идеальный конденсатор будет иметь только емкость, но ESR представлено как чистое сопротивление (менее 0,1 Ом) последовательно с конденсатором (отсюда и название эквивалентного последовательного сопротивления), и оно зависит от частоты, что делает его ДИНАМИЧЕСКОЙ величиной.

Схема конденсатора:

Типы конденсаторов

Существуют различные типы конденсаторов, они варьируются от очень маленьких тонких подстроечных типов, используемых в осцилляторах или радиосхемах, до конденсаторов металлического корпуса большой мощности, используемых в высоковольтных схемах коррекции мощности и сглаживания.Ниже приведены различные типы конденсаторов, используемых в различных приложениях.

Диэлектрический конденсатор

Эти типы конденсаторов обычно относятся к переменному типу, когда требуется постоянное изменение емкости для настройки передатчиков, приемников и транзисторных радиоприемников. Конденсаторы с переменной диэлектрической проницаемостью представляют собой многопластинчатые конденсаторы с воздушным зазором, имеющие набор неподвижных пластин (лопасти статора) и набор подвижных пластин (лопасти ротора). Эти лопасти перемещаются между неподвижными пластинами.

Положение подвижных пластин относительно неподвижных пластин определяет общее значение емкости. Емкость обычно максимальна, когда два набора пластин полностью сцеплены друг с другом.

Символ переменного конденсатора

Помимо бесступенчатых конденсаторов, переменные конденсаторы предустановленного типа также называются триммерами. Как правило, это небольшие устройства, которые можно отрегулировать или «предварительно настроить» на определенное значение емкости с помощью небольшой отвертки, они доступны с очень малой емкостью 500 пФ или меньше и неполяризованы.

Пленочный конденсатор типа

Наиболее распространены пленочные конденсаторы.Они состоят из относительно большого семейства конденсаторов с различиями в их диэлектрических свойствах, таких как полиэстер (майлар), полистирол, полипропилен, поликарбонат, металлизированная бумага, тефлон и т. д. Эти типы конденсаторов доступны в диапазонах емкости от 5 пФ. до 100 мкФ в зависимости от фактического типа конденсатора и его номинального напряжения. Они также поставляются в ассортименте форм и стилей корпусов, включая обертывание и заливку (овальные и круглые), эпоксидные корпуса (прямоугольные и круглые), герметичные металлические корпуса (прямоугольные и круглые).

Пленочные конденсаторы, в которых в качестве диэлектрика используется полистирол, поликарбонат или тефлон, иногда называют «пластиковыми конденсаторами».

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы

обычно называют конденсаторами DISC. Они изготавливаются путем покрытия двух сторон небольшого фарфорового или керамического диска серебром и складываются вместе, образуя конденсатор. Когда требуется очень низкое значение емкости, следует использовать один керамический диск диаметром около 3-6 мм. Керамические конденсаторы имеют высокую диэлектрическую проницаемость (High-K) и доступны, так что можно получить относительно высокую емкость при небольшом физическом размере.

Эти типы конденсаторов могут демонстрировать большие нелинейные изменения емкости в зависимости от температуры и в результате используются в качестве развязывающих или шунтирующих конденсаторов, поскольку они также являются неполяризованными устройствами.

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы обычно используются, когда требуются очень большие значения емкости. Полужидкий раствор электролита в виде желе или пасты используется вместо использования очень тонкого слоя металлической пленки для одного из электродов.Полужидкий раствор электролита служит вторым электродом (обычно катодом).

Диэлектрик представляет собой очень тонкий слой оксида, выращенного электрохимическим способом в производстве с толщиной пленки менее десяти микрон. Изолирующий слой настолько тонкий, что можно изготавливать конденсаторы с большим значением емкости при малых физических размерах, так как расстояние между обкладками d очень мало.

Большинство электролитических типов конденсаторов поляризованы, то есть постоянное напряжение, подаваемое на выводы конденсатора, должно иметь правильную полярность, т.е.е., положительный к положительной клемме и отрицательный к отрицательной клемме.

Принцип работы конденсатора

Работа конденсатора менее сложна и ее легко понять. Физическая форма и конструкция практичных конденсаторов сильно различаются, и существует множество доступных типов. Большинство конденсаторов имеют как минимум два электрических проводника, часто в виде металлических пластин или поверхностей, разделенных диэлектрической средой. Проводником может быть фольга, тонкая пленка, спеченный шарик металла или электролит.Непроводящий диэлектрик увеличивает зарядную емкость конденсатора.

Конденсаторы широко используются как части электрических цепей во многих распространенных электрических устройствах. Идеальный конденсатор не рассеивает энергию, как резистор. Хотя в реальных условиях конденсаторы рассеивают небольшое количество энергии, когда к клеммам конденсатора прикладывается разность электрических потенциалов (напряжение). Например, когда конденсатор подключен к батарее, на диэлектрике возникает электрическое поле, в результате чего положительный заряд накапливается на одной пластине, а отрицательный — на другой.

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать больше о работе конденсатора:

Диэлектрик конденсатора

Помимо общего размера проводящих пластин и их расстояния или расстояния друг от друга, тип диэлектрического материала, используемого в конденсаторе, является еще одним фактором, который может повлиять на общую емкость. Это также известно как диэлектрическая проницаемость (ε) диэлектрика. Проводящие пластины конденсатора обычно изготавливаются из металлической фольги или металлической пленки, обеспечивающей поток электронов и заряд, но в качестве диэлектрика всегда используется изоляционный материал.В качестве диэлектрика в конденсаторе могут использоваться различные типы изоляционных материалов. Они отличаются своей способностью блокировать или пропускать электрический заряд.

Как упоминалось ранее, диэлектрический материал может быть изготовлен из нескольких изоляционных материалов или комбинаций этих материалов. Наиболее распространенными типами являются воздух, бумага, полиэстер, полипропилен, майлар, керамика, стекло, масло или множество других материалов.

Процесс, при котором диэлектрический материал или изолятор увеличивает емкость конденсатора по сравнению с воздухом, известен как диэлектрическая проницаемость, K.Диэлектрик с высокой диэлектрической проницаемостью является гораздо лучшим изолятором, чем диэлектрический материал с более низкой диэлектрической проницаемостью. Диэлектрическая проницаемость является безразмерной величиной, поскольку она относится к свободному пространству.

Заключение

Это все, что касается этой статьи, в которой обсуждались определение, характеристики, схема, типы и работа конденсатора. Я надеюсь, что вы многому научитесь, прочитав, если да, поделитесь с другими студентами. Спасибо за чтение, увидимся!

Конденсаторы

Конденсатор — это устройство, используемое для хранения электрической энергии.

Обкладки конденсатора заряжены и между ними существует электрическое поле. Конденсатор разрядится, если пластины соединить вместе через резистор.

Заряда конденсатора

Заряд на конденсатор можно выразить как

Q = I T (1)

, где

q = заряд конденсатора (кулонов, C, MC)

I = ток (ампер, А)

t = время (с)

Количество заряда (число электронов) измеряется в единицах Кулон — Кл — 1

1 кулон = 6.24 10 ¹⁸ электронов

Наименьший существующий заряд – это заряд, переносимый электроном, равный -1,602 10 ^-19 кулон .

Пример — количество переданной электроэнергии

Если ток 5 ампер протекает в течение 2 минут, количество электричества — кулонов — может быть рассчитано как

Q = (5 А) (2 мин ) (60 с/мин)

   = 600 Кл

или, в электронах:

(600 Кл) ( 6. 24 10 ¹⁸ Электроны / C)

= 3.744 10 ²¹ Электроны

Прочность электрического поля (диэлектрическая прочность)

Если две заряженные пластины разделены изолирующей средой — диэлектрический —  напряженность электрического поля (градиент потенциала) между двумя пластинами может быть выражена как

E = U / d                       (2)

, где

, где

E = напряженность электрического поля

U = электрический потенциал (вольт)

d = толщина диэлектрика, расстояние между пластинами (м)

Пример — напряженность электрического поля

их 5 мм .Напряженность электрического поля можно рассчитать как

E = (230 В) / ((5 мм) (10 ^-3 м/мм))

   = 46000 вольт/м

кВ =  / M

Плотность электрического потока

30

Электрическая плотность потока — это соотношение между зарядом конденсатора и площади поверхности конденсаторных пластин:

D = Q / A (3)

, где

D = плотность электрического потока (кулон/м ² )

A = площадь поверхности конденсатора (м ² )

Заряд и приложенное напряжение в конденсаторе

9 9 приложенное напряжение и может быть выражено как

Q = CU                       (4)

, где

C = константа пропорциональности или 0 Fad2 емкость 510 мкФ )

емкости

от (4) емкость может быть выражена как

C = Q / U (5)

Одна фарада определяется как емкость конденсатора, когда существует разность потенциалов между пластинами в один вольт при заряде в один кулон.

Обычно используется мкФ (10 ^-6 F) .

Пример. Напряжение на конденсаторе

Конденсатор 5 мкФ заряжается 10 мКл . Напряжение на конденсаторе можно рассчитать, изменив (4) на

U = Q / C

  = (10 мКл) (10 ^-3 Кл/мКл) / ((5 мкФ) ( 10 ^-6 F / μF) F / мкФ)

= 2000 V

= 2 кВ

= 2 кВ

Абсолютная диэлектрическая проницаемость

Соотношение плотности электрического потока к электрическому полю называется абсолютной диэлем — ε — Диэлектрический и может быть выражен как

ε = D / E (6)

, где

ε = абсолютная диэлектрическая проницаемость (F / м)

Абсолютная проницаемость свободного пространства или вакуума — также называется электрической постоянной — ε ₀ — это 8.85 10 ^-12 В/м .

Относительная диэлектрическая проницаемость

Относительная диэлектрическая проницаемость, также называемая диэлектрической проницаемостью ε _r — это отношение между плотностью потока поля в реальном диэлектрике — ε — и плотностью потока поля в абсолютном выражении вакуум — ε ₀ .

ε _R = ε / ε ₀ (7a)

Фактическая диэлектрическая проницаемость может быть рассчитана на преобразования (7а) до

ε = ε _R ε ₀ ( 7b)

Параллельный пластинчатый конденсатор

Емкость пластинчатого конденсатора, как показано на рисунке выше, пропорциональна площади A пластины.Емкость может быть выражена как

C = ε _R ε _r ε ₀ A / D (8)

где

A = площадь пластины (M ² )

d = толщина диэлектрика, расстояние между пластинами (м)

Для многопластинчатого конденсатора емкость может быть выражена как (8b)

, где

N = количество плит

Пример — емкость тарелки конденсатор

емкость на конденсатор тарелки с площадью 5 см ² , 10 Плиты расстояние 0. 1 мм между пластинами — с керамическим диэлектриком с относительной диэлектрической проницаемостью 30 между пластинами — можно рассчитать как 2 ) (10 ^-4 м ² /см ² ) (10 — 1) / ((0,1 мм) (10 ^-3 м/мм))

1 — 904 1 0 = 11 11 9 F

= 11 PF

Типичные обычно используемые конденсаторы

Типичные конденсаторы

• Carian CaviCitors

160329 слюда конденсаторы

• Бумажные конденсаторы
• Керамические конденсаторы
• Пластиковые конденсаторы
• Оксид титана
• электролитические конденсаторы

Brilliant Math & Science Wiki

Слева: обозначение конденсатора на принципиальной схеме.Справа: конденсатор последовательно с аккумулятором.

Если к конденсатору, проводники которого больше не изолированы, а скорее соединены (например, проводом), приложено напряжение, заряды будут перемещаться через разность потенциалов, заряжая каждый отдельный проводник. Например, рассмотрим батарею, каждая клемма которой подключена к противоположным сторонам плоского конденсатора. Напряжение батареи вызывает ток, который создает отрицательный заряд на одной стороне конденсатора. Результирующее электрическое поле заставляет отрицательные заряды удаляться от противоположной стороны конденсатора, оставляя на нем чистый положительный заряд.Это перераспределение заряда создает напряжение в противоположном направлении, которое изменяет ток, протекающий в цепи, и, следовательно, изменяет скорость, с которой заряжается конденсатор. Ниже этот эвристический анализ проводится количественно.

Рассмотрим цепь, показанную на приведенной выше схеме, состоящую из конденсатора емкостью ССС, включенного последовательно с батареей напряжением ВВВ. Провод, соединяющий батарею с конденсатором, действует как резистор с сопротивлением RRR. Найти ток, протекающий в функции, как функцию времени, считая, что конденсатор находится в незаряженном состоянии.

---

Напряжение на конденсаторе зависит от количества заряда, накопленного на пластинах конденсатора. Этот заряд переносится на пластины конденсатора током, то есть:

I(t)=dQdt.I(t) = \frac{dQ}{dt}.I(t)=dtdQ​.

По закону Ома падение напряжения на резистивном проводе как функция времени V(t)=RI(t)V(t) = RI(t)V(t)=RI(t). Кроме того, напряжение на конденсаторе равно V(t)=Q(t)/CV(t) = Q(t)/CV(t)=Q(t)/C из определения емкости.Следовательно, согласно закону напряжения Кирхгофа (замкнутые контуры), сумма напряжений в цепи равна

.

V-IR-Q/C=0,V — IR — Q/C = 0,V-IR-Q/C=0.

Обратите внимание на знаки в приведенном выше уравнении: на резисторе есть падение напряжения, а напряжение на конденсаторе противоположно приложенному напряжению. Таким образом, подставив ток в , получим дифференциальное уравнение для заряда Q (t): Q (t): Q (t):
RdQdt+1CQ(t)=V.R\frac{dQ}{dt} + \frac{1}{C} Q(t) = V.RdtdQ​+C1​Q(t)=V.

Неоднородное уравнение решается как Q=CV(t)Q = CV(t)Q=CV(t). {\ frac {t} {RC}}.I (t) = RV​ eRCt​.

Сначала конденсатор заряжается быстро, но со временем замедляется. Это согласуется с ожиданием: заметьте, что Q(t→∞)→CVQ(t\to\infty) \to CVQ(t→∞)→CV. То есть в устойчивом состоянии конденсатор заряжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе полностью не станет противоположным напряжению батареи, которая управляет током, поэтому ток больше не течет в устойчивом состоянии: полностью заряженный конденсатор действует как разомкнутая цепь. □_\квадрат□​

Лампы-вспышки, используемые в фотографии, работают, заряжая конденсатор от батареи, а затем быстро разряжая этот конденсатор через лампу-вспышку.2.U=21CV2.

Подставляя 10 J10 \text{ Дж}10 Дж для запасенной энергии и 15 В15 \text{ В}15 В для равновесного напряжения на конденсаторе, находим емкость:

C=0,089 F. □C = 0,089 \text{F}.\ _\squareC=0,089 F. □​

Это массивный конденсатор — маленькие конденсаторы, используемые в цепях, имеют шкалу от микрофарад до миллифарад.

Наиболее важные области применения конденсаторов не в цепях постоянного тока (DC), а в цепях переменного тока (AC).{i \omega t}V(t)=eiωt. В этих рамках закон Ома преобразуется в комплексное уравнение:

V~=I~Z~,\tilde{V} = \tilde{I} \tilde{Z},V~=I~Z~,

, где тильды обозначают комплексные величины. Физические величины извлекаются путем взятия действительной части уравнения. Величина Z~\tilde{Z}Z~, указанная выше, представляет собой импеданс элемента схемы. Конденсаторы имеют импеданс

Z~C=1iωC.\tilde{Z}_C = \frac{1}{i \omega C}.Z~C​=iωC1​.

При высоких частотах ω\omegaω импеданс конденсатора стремится к нулю.Таким образом, конденсаторы практически прозрачны для высокочастотного переменного тока. Это связано с тем, что высокочастотный переменный ток быстро меняет заряжаемую пластину конденсатора, поэтому конденсатор никогда не заряжается полностью, а напряжение на конденсаторе всегда остается незначительным. Это свойство конденсаторов позволяет им отфильтровывать частоты и настраивать цепи переменного тока на определенные частоты.

Конденсаторы серии и параллельные конденсаторы:

Основная статья: последовательные и параллельные конденсаторы

Если несколько конденсаторов расположены в цепи параллельно или последовательно, их соответствующие емкости складываются , а не так же, как сопротивления, а наоборот.Общая емкость CCC для двух конденсаторов C1C_1C1 и C2C_2C2, соединенных последовательно или параллельно, составляет

.

Серия

: 1C=1C1+1C2, параллельная:C=C1+C2.
\begin{массив}{cccc}
\textbf{серия:} &\frac{1}{C} &=& \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} \\
\textbf{параллельно:} &C &=& C_1 + C_2.
\конец{массив}
ряд:параллельный:​C1​C​==​C1​1​+C2​1​C1​+C2​.​

Существует простой геометрический эвристический вывод этих фактов. Сначала рассмотрим два плоскопараллельных конденсатора в параллельной цепи:

Параллельное соединение конденсаторов в один больший конденсатор с удвоенной площадью пластины.

Параллельно независимость электрического потенциала от пути означает, что потенциал на обоих конденсаторах одинаков. Следовательно, как указано выше, конденсаторы могут быть размещены рядом друг с другом, не влияя на ток или напряжение на них. По сути, это создает один большой конденсатор с плоскими пластинами и большей площадью пластин. Так как емкость плоского конденсатора равна

C=Aϵ0d,C = \frac{A\epsilon_0}{d},C=dAϵ0​​,

, и фактически новый конденсатор имеет площадь A1+A2A_1 + A_2A1​+A2​, новая емкость равна C1+C2C_1 + C_2C1​+C2​, в соответствии с правилом суммы для параллельного соединения.

В последовательном выводе аналогично. Рассмотрите возможность исключения провода, соединяющего нижнюю и верхнюю пластины каждого конденсатора:

.

Объединение конденсаторов последовательно в один конденсатор большей емкости с удвоенным расстоянием между пластинами.

Поскольку внутренние пластины нейтрализуют друг друга, по существу создается один конденсатор большего размера с большим расстоянием между пластинами. Из формулы для емкости плоского конденсатора, если новый конденсатор имеет расстояние между пластинами d1+d2d_1 + d_2d1​+d2​, новая емкость CCC удовлетворяет

1C=d1+d2Aϵ0=d1Aϵ0+d2Aϵ0=1C1+1C2.\frac{1}{C} = \frac{d_1 + d_2}{A\epsilon_0} = \frac{d_1} }{A\epsilon_0}+\frac{ d_2}{A\epsilon_0} = \frac{1}{ C_1} + \frac{1}{C_2}.C1​=Aϵ0​d1​+d2​=Aϵ0​d1​​+Aϵ0​d2​​= C1​1​+C2​1​.

C2\frac{C}{2}2C​

2C2C2C

2C3\фракция{2C}{3}32C​

3C3C3C

Конденсаторы последовательно и параллельно

Каждый конденсатор на приведенной выше схеме имеет емкость CCC. {-\frac{t}{RC}}-1)Q0​(e−RCt​−1)

Конденсатор емкостью ССС заряжается до тех пор, пока на его обкладках не появится заряд ±Q0\pm Q_0±Q0​. Затем он подключается в цепи к резистору сопротивления RRR и позволяет разряжаться, начиная с момента времени t=0t=0t=0. Найдите зависимость заряда конденсатора от времени Q(t)Q(t)Q(t).

.