Электроемкость – формула, определение

4

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 79.

4

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 79.

Важнейшей характеристикой многих элементов электрических цепей является электроемкость. Рассмотрим это понятие более подробно, дадим его определение, выясним, от чего зависит эта величина, выведем формулу электроемкости.

Электризация тел

Электризация тел заключается в том, что с помощью внешних воздействий телам сообщается некоторый электрический заряд.

Рис. 1. Электризация тел.

Если вещество, из которого состоит тело, является проводником, то его электризация обычно совершается с помощью источника электрического тока. Электризация диэлектриков совершается обычно с помощью трения.

В любом случае, наэлектризованное тело имеет некоторый избыток носителей заряда, и чтобы этот избыток создать, необходимо совершить некоторую работу. А это значит, что наэлектризованное тело имеет некоторый электрический потенциал.

(Напомним, что потенциал равен отношению работы, которую совершает электрическое поле, чтобы перенести заряд из бесконечности в данную точку, к величине этого заряда).

Наиболее интересные явления происходят, если электризуются два тела, каждое по-своему. Каждое тело имеет свой потенциал, а между этими телами образуется разность потенциалов – электрическое напряжение, которое будет прямо пропорционально заряду:

$$U \thicksim q$$

Электроемкость и конденсаторы

Напряжение, которое возникает между двумя по-разному заряженными телами, зависит от многих параметров – в первую очередь, от геометрических размеров тел, их электрических свойств, а также от свойств окружающей среды. Однако, пропорциональность этого напряжения заряду всегда сохраняется. Данное обстоятельство позволяет ввести специальную величину, характеризующую способность тел накапливать заряды – электроемкость (обозначается латинской буквой $C$).

Рис. 2. Электроемкость.

Как правило, в реальных электрических схемах для создания электроемкости в качестве заряженных тел используются проводящие пластины, а чтобы создаваемые на них заряды не смешивались и не компенсировали друг друга, пространство между пластинами заполняется диэлектриком (например, воздухом).

Такое устройство называется электрическим конденсатором. Пластины, из которых он состоит, называются «обкладками». Иногда конструкция позволяет двигать пластины друг относительно друга, при этом меняется емкость (приставка «электро-» зачастую опускается) такого конденсатора. Рис. 3. Переменный конденсатор с воздушным диэлектриком.

Конденсаторам, обладающим большой емкостью, легко передавать заряды, для этого требуется совершить мало работы. Конденсаторам с малой емкостью, наоборот, заряды передавать трудно, работы для этого требуется больше. Поскольку работа, совершаемая при переносе заряда, характеризуется потенциалом, то емкость конденсатора будет равна отношению переданного заряда к разности потенциалов (напряжению) между обкладками:

$$С ={q \over U}$$

Из данной формулы можно вывести единицу электроемкости – Фарад. Фарад – это емкость конденсатора, у которого при передаче ему заряда в 1 Кулон на обкладках возникнет напряжение 1 Вольт:

$$1Ф ={1 Кл \over 1В}$$

1 Фарад – это очень большая емкость. {-12}Ф$).

Что мы узнали?

Электроемкость – это способность тел накапливать электрические заряды. Единицей электроемкости является Фарад. В реальных схемах для создания электроемкости используются конденсаторы, состоящие из проводящих пластин, разделенных диэлектриком.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

4

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 79.

---

А какая ваша оценка?

Электроёмкость. Конденсаторы

Электроемкость проводников различной формы

Мы уже узнали, что в проводнике, помещенном в электрическое поле, происходит перераспределение зарядов до тех пор, пока внешнее поле внутри проводника не скомпенсируется собственным полем разделенных зарядов. Все заряды размещаются на внешней поверхности проводника, которая является эквипотенциальной. Потенциал любой точки этой поверхности считается потенциалом всего проводника.

Выясним, как будет меняться потенциал проводника при изменении его заряда. Возьмем проводник (например, металлический шар), изолированный от земли и других проводников, и, не меняя его положение относительно других проводников, будем его электризовать (увеличивать заряд). С помощью электрометра можно измерять соответствующие значения потенциала проводника. Во сколько раз увеличивается заряд шара, во столько же возрастает его потенциал, то есть заряд проводника прямо пропорционален потенциалу, q ~ φ. Вводя коэффициент пропорциональности, получаем q = Cφ, где С — коэффициент пропорциональности, постоянный для условий данного опыта. Если мы заменим проводник другим (например, шаром больших размеров) или изменим внешние условия опыта, то значение коэффициента С будет другим. Этот коэффициент пропорциональности называют емкостью (или электроемкость) проводника.

Электрометр, или электростатический вольтметр — прибор для измерения потенциала заряженного проводника относительно Земли или в отношении другого заряженного проводника.

Электроемкость С — скалярная физическая величина, характеризующая способность проводников накапливать и удерживать определенный электрический заряд. Она измеряется отношением заряда q, который предоставили изолированному проводнику, к его потенциалу φ,

Единица электроемкости — фарад, 1 Ф.

Электроемкость проводника правильной формы можно рассчитать. Например, вычислим емкость отдельной ведущей шара радиусом r. Потенциал заряженного шара

подставляя это выражение в формулу для емкости, получаем: C = 4πε₀εr.

Следует отметить, что емкость 1 Ф очень большая. Так, с помощью последней формулы можно показать, что в вакууме электроемкость в 1 Ф имеет шар радиусом 9 · 10⁹ м (что в 23 раза больше расстояния от Земли до Луны). Емкость Земли, радиус которой 6,4 · 10⁶ м, равна 7 · 10 ^-4 Ф.

Поэтому на практике чаще всего используют микро- и пикофарадами: 1 мкФ = 10

-6 Ф, 1 пФ = 10^-12 Ф.

Опыты показывают, что емкость проводника зависит от его размеров и формы. Однако она не зависит от материала, агрегатного состояния, формы и размеров полости внутри проводника (объясните самостоятельно почему). Выясним условия, от которых зависит электроемкость проводника.

Поскольку проводник электризуется через внешнее влияние, электроемкость проводника должно зависеть от размещения вблизи него других проводников и от окружающей среды. Покажем это на опыте. Возьмем два металлические диски, закрепленные на подставках из диэлектрика. Диск А соединим с электрометром, корпус которого заземлен, а диск В отодвинем от диска А. наэлектризует диск А, предоставив ему заряд, который в дальнейшем не будет меняться. Определив значение потенциала диска А по показаниям электрометра, начнем приближать к нему диск В, одновременно наблюдая за стрелкой прибора. Оказывается, что потенциал диска А при этом уменьшается.

Еще резче уменьшение потенциала диска А можно наблюдать, если заземлить диск В.  Принимая во внимание, что заряд на диске А при этом не меняется, делаем вывод, что уменьшение потенциала обусловлено увеличением электроемкости системы дисков. Заменив воздух между дисками другим диэлектриком, снова заметим увеличение электроемкости системы дисков.

Заземление предметов — это соединение их с землей (проводником) с помощью металлических листов, закопанных в землю, водопроводных труб и тому подобное.

Результаты опытов можно объяснить так. Когда диск В попадает в поле диска А, он электризуется и создает свое поле. Если соединить диск В с землей, на нем останутся только заряды противоположного знака по сравнению с зарядами на диске А. Это усиливает поле диска В, которое еще больше уменьшает потенциал диска А. Если внести между диски диэлектрик, то он поляризуется. Поляризационные заряды, расположенные вблизи поверхности диска А, компенсируют часть его заряда, следовательно, электроемкость диска возрастает.

Конденсатор. Электроемкость плоского конденсатора.

Рассмотренная система проводников является основой для устройств, которые называют конденсаторами. Конденсаторы широко используют в радиотехнике как устройства для накопления и удержания электрического заряда.

Самый простой конденсатор состоит из двух или более разноименно заряженных и разделенных диэлектриком проводников, которые называют обкладками конденсатора. Последние имеют одинаковые по абсолютному значению разноименные заряды и размещены относительно друг друга так, что поле в этой системе сконцентрировано в ограниченном пространстве между обкладками. Диэлектрик между обкладками играет двойную роль: во-первых, он увеличивает электроемкость, во-вторых — не дает зарядам нейтрализоваться. Поэтому диэлектрическая проницаемость и электрическая прочность на пробой (пробой диэлектрика означает, что он становится проводником) должны быть достаточно большими. Чтобы защитить конденсатор от механических внешних воздействий, его помещают в корпус.

Накопление зарядов на обкладках конденсатора называют его зарядкой. Чтобы зарядить конденсатор, его обкладки присоединяют к полюсам источника напряжения, например, к полюсам батареи аккумуляторов. Можно также соединить одну обкладку с полюсом батареи, второй полюс которой заземлен, а вторую обкладку конденсатора тоже заземлить. Тогда на заземленной обкладке останется заряд, противоположный по знаку, а по модулю он будет равен заряду другой обкладки. Такой же по модулю заряд уйдет в землю.

Под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из обкладок. Он прямо пропорционален разности потенциалов (напряжению) между обкладками конденсатора. В таком случае емкость конденсатора (в отличие от отдельного проводника) определяется по формуле

По форме обкладок конденсаторы бывают плоские, цилиндрические и сферические. Как диэлектрик в них используют парафиновый бумагу, слюду, воздух, пластмассы, керамику и тому подобное. Типичный плоский конденсатор состоит из двух металлических пластин площадью S, пространство между которыми разделено диэлектриком толщиной d.

Выведем формулу для емкости плоского конденсатора. Учитывая, что

подставим в эту формулу выражение U = Ed, где Е — напряженность поля, создаваемого двумя пластинами,

В результате получим:

Таким образом, электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади перекрытия пластин и относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Из формулы следует, что, уменьшая толщину диэлектрика между пластинами или увеличивая площадь перекрытия пластин, можно получить конденсатор большей емкости.

Соответственно можно вывести формулы для емкости конденсаторов других форм. Так, емкость сферического конденсатора вычисляется по формуле

где r и R- радиус внутренней и внешней сфер (в случае обособленной шара, когда R = ∞, имеем: C = 4пε ₀ εr).

Соединение конденсаторов

Во многих случаях, чтобы создать нужную электроемкость, конденсаторы соединяют в группу, которая называется батареей.

Последовательным называют такое соединение конденсаторов, при котором отрицательно заряженная обкладка предварительного конденсатора соединена с положительно заряженной обкладкой следующего. В случае последовательного соединения на всех обкладках конденсаторов будут одинаковые по модулю заряды, соответственно одинаковыми будут и потенциалы обкладок, соединенных между собой проводниками.

Учтя это, выведем формулу для вычисления электроемкости батареи последовательно соединенных конденсаторов. Напряжение на батарее U _бы равна сумме напряжений на последовательно соединенных конденсаторах, действительно (φ ₁ — φ ₂ ) + (φ ₂ — φ ₃ ) + … + (φ _n -1 — φ _n ) = φ ₁ — φ _n или U ₁ + U ₂ + … + U _n = U _бы . Использовав соотношение q = CU, получим

Сократив на q, получим

Следовательно, для последовательного соединение электроемкость батареи меньше наименьшей из электроемкости отдельных конденсаторов.

Параллельным называется соединение конденсаторов, при котором все положительно заряженные обкладки присоединены к одному проводнику, а отрицательно заряженные — к другому. В этом случае напряжения на всех конденсаторах одинаковы и равны U, а заряд на батареи равна сумме зарядов на отдельных конденсаторах, q _б = q ₁ + q ₂ + … + q _n , откуда C _бы U = C ₁ U + C ₂ U + … + C _n U. После сокращения получаем формулу для вычисления электроемкости батареи параллельно соединенных конденсаторов, С _б = C ₁ + C ₂ + … + C _n. Для параллельного соединения электроемкость батареи больше, чем самая большая из электроемкости отдельных конденсаторов (равна сумме емкостей всех конденсаторов).

Энергия заряженного конденсатора. Как и любая система заряженных тел, конденсатор обладает энергией. Для того чтобы зарядить конденсатор, нужно выполнить работу, затрачиваемое на разделение положительных и отрицательных зарядов.  Согласно закону сохранения энергии, эта работа равна энергии конденсатора A = W _эл .

Как известно, работа сил электрического поля по перемещению заряда на определенное расстояние равно A = qU, если напряжение постоянное (U = const). В случае подзарядки конденсатора напряжение на его обкладках растет от нуля до U, и, вычисляя работу поля, в этом случае нужно использовать ее среднее значение

соответственно энергия заряженного конденсатора

Поскольку q = CU, то получим еще две формулы для вычисления энергии конденсатора:

Калькулятор энергии конденсатора

Автор Wojciech Sas, PhD

Отзыв от Bogna Szyk и Jack Bowater

Последнее обновление: 13 февраля 2023 г.

Содержание:

• Какая энергия хранится в конденсаторе?
• Формула энергии конденсатора
• Электрическая энергия в конденсаторе – пример
• Преобразование энергии в LC-контуре

Это калькулятор энергии конденсатора, простой инструмент, который поможет вам оценить количество энергии, запасенной в конденсаторе. Также можно узнать, сколько заряда накопилось в конденсаторе. Читайте дальше, чтобы узнать, какая энергия хранится в конденсаторе и каково уравнение энергии конденсатора.

🙋 Вы можете быстро определить любую емкость, прочитав код конденсатора с помощью калькулятора конденсаторов Omni.

Какая энергия хранится в конденсаторе?

Конденсатор представляет собой электронный компонент, обычно используемый в цепях. Его функция заключается в хранении электрического заряда . В стандартных плоскопараллельных конденсаторах на соседних обкладках присутствуют заряды одинаковой, но противоположной величины (у сферического конденсатора вместо обкладок имеются концентрические сферы). Эти заряды создают между собой электрическое поле, состоящее из определенного количества энергии цепи. Поскольку мы говорим о накопленных зарядах, это пример потенциальной энергии. Однако в этом случае нельзя использовать стандартную формулу потенциальной энергии.

Формула энергии конденсатора

Как вы оцениваете энергию, E , запасенную в конденсаторе с емкостью C и приложенным напряжением В ? Это эквивалентно работе, выполняемой батареей для перемещения заряда Q в конденсатор. Получившееся уравнение:

E = ½ × C × V² .

Используя общую формулу для емкости C = Q / V , мы можем переписать уравнение энергии емкости в двух других аналогичных формах:

E = ½ × Q² / C или E = ½ × Q × V .

Электрическая энергия в конденсаторе – пример

Сколько энергии может храниться в конденсаторе емкостью C = 300 мкФ при подключении его к источнику напряжения В = 20 В ? Давайте работать вместе!

• Чтобы облегчить нашу жизнь, используйте научную запись для емкости:

  С = 3·10⁻⁴ Ф .

• Следуя формуле мощности мощности, мы можем оценить результат как:

  E = ½ × 3·10⁻⁴ F × (20 В)² = 6·10⁻² Дж .

• Энергия, накопленная в конденсаторе, также может быть записана как

  0,06 Дж или 60 мДж .

• Дополнительно можно оценить общий заряд, накопленный в конденсаторе:

  Q = C × V = 3·10⁻⁴ F × 20 В = 6·10⁻³ C = 6 мКл .

• … или вы можете просто сэкономить время, используя этот калькулятор энергии конденсатора, который автоматически вычисляет все вычисления для вас!

Кстати, если у вас есть система с более чем одним конденсатором, вам лучше проверить наши конденсаторы в последовательном или параллельном калькуляторе конденсаторов, чтобы быстро найти общую емкость, потому что это значение, которое вы должны использовать в формуле для конденсатора. энергия.

Преобразование энергии в LC-цепи

LC-цепь представляет собой систему, состоящую из катушки индуктивности и конденсатора. На практике его можно обобщить как цепь RLC из-за некоторого сопротивления в системе. Как только схема обрабатывает сигнал резонансной частоты, потенциальная энергия конденсатора непрерывно преобразуется в магнитную энергию, создаваемую током, протекающим через катушку . Такие схемы широко используются при обработке сигналов или при отправке и приеме радиоволн.

🔎 Как насчет того, чтобы проверить наш калькулятор накопления энергии индуктора, чтобы научиться рассчитывать магнитную энергию вручную?

Wojciech Sas, PhD

Емкость (C)

Напряжение (V)

Запас заряда (Q)

Запас энергии (E)

Ознакомьтесь с 49 похожими калькуляторами электроники и схем 💡

Размер выключателяМостовой выпрямительКод конденсатора… Еще 46

Важность формулы емкости в инженерных приложениях — производство печатных плат и сборка печатных плат

Конденсаторы специально разработаны для хранения энергии путем удержания заряды отдельно. Эти двухконтактные устройства способны накапливать энергию. С другой стороны, емкость измеряет способность конденсатора накапливать энергию.

Формула емкости необходима для расчета емкости. Кроме того, существуют различные приложения формулы емкости. Эта формула применяется в некоторых инженерных приложениях. Кроме того, формула емкости имеет решающее значение при расчете некоторых вещей, связанных с емкостью.

Что такое емкость?

Емкость относится к способности цепи поглощать и накапливать энергию в форме электрического заряда. Кроме того, емкость — это электрическое свойство, определяющее, сколько энергии хранится в конденсаторе. Единицей емкости является фарад (Ф).

Кроме того, емкость обычно выражается отношением электрического заряда на каждом проводнике к возможной разнице между ними. Фарады (F) представляют собой значение емкости конденсатора. Он был назван в честь английского физика Майкла Фарадея.

Фарада представляет собой большое количество емкости. В большинстве бытовых электроприборов есть конденсаторы, генерирующие лишь доли фарад, часто называемые микрофарадами. Микрофарад представляет собой тысячную часть фарада, а нанофарад — это единица измерения емкости, которая представляет собой миллиардную часть фарада. Пикофарад представляет собой триллионную часть фарада. Чтобы лучше понять, единицы измерения емкости включают в себя;

Пикофарад (пФ) 1 пФ = 1/1 000 000 000

Нанофарад (нФ) 1 нФ = 1/1 000 000 000

Микрофарад (мкФ) 1 мкФ = 1/1 000 000 Суперконденсаторы имеют высокую емкость, которая составляет около 2 кФ. Кроме того, эти конденсаторы способны накапливать большое количество энергии. Они обеспечивают передовые технологические возможности в таких приложениях, как рекуперативное торможение в автомобилях и электродвигателях.

Что такое конденсаторы?

Конденсаторы — это электронные компоненты, хранящие энергию. Они, как правило, доступны в широком диапазоне форм и размеров. Кроме того, они содержат две пластины из проводящего материала, которые обычно зажаты между изолятором из таких материалов, как стекло, пленка и керамика. Конденсатор может накапливать электрический заряд и электрическую энергию.

Изолятор — это электронный компонент, повышающий зарядную способность конденсатора. Он также известен как диэлектрик. В авиационной, автомобильной и морской промышленности конденсаторы иногда называют конденсаторами в автомобильной, морской и авиационной промышленности. Внутренние пластины конденсатора обычно подключаются к двум внешним выводам. Вы можете подключить эти клеммы к цепи.

Кроме того, батареи и конденсаторы накапливают энергию. Однако конденсаторы быстро разряжают энергию, в то время как батареи постепенно высвобождают энергию.

Как правило, конденсаторы имеют два электрических проводника, расстояние между которыми их разделяет. Эти электрические проводники иногда могут называться «электродами». Однако более правильно они известны как «пластины конденсатора».

Однако диэлектрик обычно заполняет пространство. Диэлектрик — это просто изоляционный материал. Емкость определяет, сколько энергии хранится в конденсаторе. Конденсаторы выполняют различные функции, начиная от радиоприема и заканчивая фильтрацией статического электричества и накоплением энергии в сердечных дефибрилляторах. Коммерческие конденсаторы обычно состоят из двух проводящих частей, расположенных близко друг к другу, но не соприкасающихся.

В большинстве случаев инженеры используют диэлектрик между двумя пластинами. Батарея перемещает некоторое количество заряда величины Q на отрицательную пластину, когда вы подключаете клеммы батареи к изначально незаряженному конденсатору.

Как работают конденсаторы?

Чтобы лучше понять, как работают конденсаторы, нам нужно будет принять во внимание самую основную структуру конденсатора. Конденсатор с параллельными пластинами можно описать как самую основную структуру конденсатора. Он состоит из двух параллельных пластин, в которых их разделяет диэлектрик.

Одна пластина (пластина I) соединяется с положительным концом, а другая пластина (пластина II) соединяется с отрицательным концом, когда к конденсатору подключен источник постоянного напряжения. Пластина I положительна по отношению ко второй пластине, когда вы прикладываете потенциал батареи к конденсатору. В этот момент ток пытается пройти через конденсатор с его положительной пластины на отрицательную. Однако он не может пройти, так как пластины разделены изоляционным материалом.

На конденсаторе присутствует электрическое поле. Пластина I будет накапливать положительные заряды от батареи, а пластина II, которая подключается к отрицательному концу, накапливает отрицательные заряды от батареи. В определенный момент времени конденсатор будет поглощать наибольшее количество заряда по отношению к его емкости в соответствии с этим напряжением. Этот промежуток времени обычно называют временем зарядки конденсатора.

Две пластины будут удерживать положительный и отрицательный заряд в течение определенного периода времени, когда вы вынете батарею из конденсатора. Следовательно, конденсатор функционирует как источник электрической энергии.

Каковы функции конденсаторов?

Конденсаторы выполняют различные функции. Поэтому они широко используются в различных приложениях и схемах, например, предотвращают протекание постоянного тока, позволяя при этом передавать аудиосигналы, импульсы или другие временные формы волны. Способность конденсаторов предотвращать протекание постоянного тока делает конденсаторы идеальными для сглаживания выходных напряжений источников питания.

Кроме того, конденсаторы позволяют избавиться от нежелательных пиков в сигналах, которые могут привести к повреждению компонентов. Эти нежелательные пики могут привести к ложному срабатыванию цифровых компонентов. Конденсаторы также могут помочь в настройке частотной характеристики аудиосхемы. Эти компоненты могут соединять вместе отдельные каскады усилителя, которые нуждаются в защите от передачи постоянного тока.

Конденсатор имеет бесконечный импеданс при подключении к источникам постоянного тока. Однако он не имеет импеданса при интегрировании на чрезвычайно высоких частотах. Кроме того, важно знать, что все конденсаторы имеют максимальное номинальное рабочее напряжение постоянного тока. Поэтому убедитесь, что вы выбрали конденсатор с более высоким номинальным напряжением, чем напряжение питания.

Конденсаторы работают как датчики. В этом случае они измеряют различные параметры, в том числе уровень топлива, влажность и механическую нагрузку. Кроме того, конденсаторы улучшают питание. Они обеспечивают прохождение сигналов переменного тока при зарядке, тем самым предотвращая прохождение сигналов постоянного тока. Конденсатор помогает разъединить различные части цепи. Это помогает минимизировать шум за счет повышения эффективности. В коммунальных подстанциях конденсаторы играют решающую роль, поскольку они противодействуют индуктивной нагрузке, вызванной линиями электропередачи.

Формула конденсатора

Конденсаторы имеют множество уравнений и вычислений. Чтобы получить значение емкости, нужно знать формулу конденсатора. Уравнения реактивного сопротивления конденсатора очень распространены. Однако вам необходимо выполнить дополнительные расчеты конденсаторов.

Расчет конденсатора и уравнение конденсатора имеют несколько аспектов работы конденсатора. Это включает в себя расчет реактивной емкости, заряд конденсатора и многое другое. Основное уравнение конденсатора или формула конденсатора очень полезны в нескольких областях проектирования электронных схем. Эти расчеты могут показаться полезными только для теоретических целей, но эти расчеты также могут быть полезны в практических сценариях.

Что такое основная формула емкости?

Основные уравнения конденсатора связывают емкость с зарядом, который удерживает конденсатор. Емкость — это просто способность электронного компонента поглощать и накапливать энергию в виде электрического заряда. Кроме того, это то, сколько электрического заряда может хранить проводник при определенной разности электрических потенциалов.

Основное уравнение для емкости C=Q/V

В этом уравнении:

• C обозначает емкость в фарадах
• Q представляет заряд на пластинах
• В представляет возможную разницу между пластинами

Крайне важно всегда знать основное уравнение для емкости. Это связано с тем, что он обычно интегрируется в широкий спектр электрических цепей. Вы всегда можете запомнить это уравнение, используя треугольник памяти.

Как рассчитать емкость плоскопараллельного конденсатора

Расчет емкости плоского конденсатора — еще один базовый расчет, связанный с емкостью. С помощью приведенной ранее формулы вы можете предсказать емкость конденсатора на основе площади пластин или диэлектрической проницаемости (Dk) между двумя пластинами.

Вы можете понять уровни паразитной емкости на печатных платах и ​​другие аспекты проектирования электронных схем, используя эту базовую теорию и уравнение. Поскольку скорости электронных схем продолжают быстро расти по мере развития технологии ИС, уровни паразитной емкости дорожек увеличиваются, и это может оказать значительное влияние на работу схемы. Поэтому важно учитывать этот фактор при разработке многих схем.

Мы можем вывести уравнение емкости ниже;

C = ε R ε 0 A/D

, где

C является капитализацией

ε . 0 — диэлектрическая проницаемость пространства

A — площадь одной пластины

d — расстояние между двумя пластинами

Важно рассчитать емкость пластинчатого конденсатора, если необходимо использовать плоские конденсаторы. Однако крайне важно рассчитать емкость трубчатого конденсатора.

Как рассчитать количество энергии, хранящейся в конденсаторе

Расчет энергии, запасенной в конденсаторе, является еще одним важным уравнением, связанным с конденсаторами. Количество энергии в конденсаторах равно работе, необходимой для поддержания заряда в конденсаторе.

Энергия, запасенная в конденсаторе, рассчитывается по формуле;

Вт =∫ Q 0 В   dQ  

Вт =∫ Q 0 qC   dQ  

Вт =12 CV 2

Эти формулы важны для определения уровня заряда в конденсаторе. Они широко используются в нескольких областях проектирования электронных схем. Кроме того, расчет количества энергии, хранящейся в конденсаторе, может быть очень полезен в различных сценариях, например при проектировании источника питания.

Уравнение емкости помогает рассчитать уровни емкости, а также запасенную в них энергию.

Номинальное напряжение в конденсаторах

Для всех конденсаторов существует максимальное номинальное напряжение. Поэтому при выборе конденсатора необходимо учитывать величину напряжения, подаваемого на конденсатор. Максимальное напряжение, которое вы можете приложить к конденсатору без какого-либо повреждения его диэлектрического материала, определяется как: WV DC (рабочее напряжение постоянного тока).

Если к конденсатору приложить высокое напряжение, произойдет пробой диэлектрика. Обычно это называют электрическим разрядом. Пробой приведет к возникновению дуги между обкладками конденсатора, что приведет к короткому замыканию. Толщина диэлектрического материала и тип диэлектрического материала определяют рабочее напряжение конденсатора.

Диэлектрическая утечка — еще один важный фактор, оказывающий непосредственное влияние на работу конденсатора. Кроме того, диэлектрическая утечка возникает, когда нежелательный ток утечки проходит через диэлектрический материал. Обычно предполагается, что сопротивление диэлектрика очень велико, а диэлектрик является хорошим изолятором, препятствующим прохождению постоянного тока через конденсатор с одной пластины на другую.

Если чрезмерная температура или напряжение вызывают повреждение диэлектрического материала, это приведет к протеканию через диэлектрик высокого тока утечки. Следовательно, это приводит к быстрой потере заряда пластин, а также к перегреву конденсатора, что приводит к его преждевременному выходу из строя в долгосрочной перспективе. Избегайте использования конденсатора в цепи, напряжение которой выше, чем у конденсатора, для которого он рассчитан. В противном случае конденсатор может взорваться из-за перегрева.

Часто задаваемые вопросы

Что такое переменный конденсатор?

Емкость переменного конденсатора может изменяться в определенном диапазоне значений в зависимости от необходимости. Переменный конденсатор имеет две пластины, у которых эти пластины выполнены из металлов.