Электроемкость формулы: параллельное, последовательное соединение, батарея. Виды проводника, формулы. тесты, схема — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

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 · 10

6 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:

Комбинированный урок по теме «Электроемкость. Единицы электроемкости. Конденсаторы». 10-й класс

Образовательные цели: сформировать понятия электрической ёмкости, единицы ёмкости; изучить зависимость ёмкости от размеров проводника, диэлектрической проницаемости среды и расстояния между пластинами конденсатора.
Воспитательные цели: продолжить формирование представления о строении вещества; о частицах, входящих в состав молекул и атомов; показать реальность электрического поля.

Развивающие цели: формировать умения сравнивать результаты опытов, формулы, а также величины характеризующие электроёмкость; научиться использовать знания формул в решении задач.

Оборудование: 2 электрометра, металлические пластины на изолирующих подставках, электростатическая машина, соединительные провода, конденсаторы переменной и постоянной ёмкости.

Демонстрации:

Зависимость электроёмкости от расстояния между пластинами.

Зависимость ёмкости плоского конденсатора от площади пластины.
Зависимость электроёмкости от диэлектрической проницаемости среды.

План урока.

Физический диктант.
Изучение нового материала.

Понятие о конденсаторе.
Электроёмкость конденсатора.
Единица электроёмкости
Формула электроёмкости плоского конденсатора.
Виды конденсаторов.

Закрепление. Решение задач. Беседа по вопросам.
Итог урока.

Ход урока

Физический диктант- проверка раннее изученного (вариант 1- нечётные вопросы; вариант 2- чётные вопросы)

В каких единицах измеряется напряжённость электрического поля?
В каких единицах измеряется электрический заряд?
Записать формулу закона Кулона для вакуума в СИ.
Записать формулу закона Кулона для среды в СИ.
Что такое электрическое поле?
Как называют поле неподвижных зарядов?
Каким образом связаны напряжение и напряжённость в однородном электрическом поле?
От каких величин зависит работа сил электрического поля?
Чему равна напряжённость поля точечного заряда?
Чему равна разность потенциалов между двумя точками заряженного проводника?

Изучение нового материала.

Слово »конденсатор» происходит от латинского слова condensare, что означает »сгущение». В учении об электрических явлениях этим словом обозначают устройства, позволяющие сгущать электрические заряды и связанное с этими зарядами электрическое поле.

Простейший конденсатор состоит из двух проводников, разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами проводника.

Свойство конденсатора сгущать электрические заряды и связанное с ним электрическое поле можно наблюдать на опыте.

Опыт 1. Две металлические пластины, укреплённые на изолирующих подставках, располагаем параллельно друг другу и присоединяем к электрометру. Одну из пластин соединяем с землёй.

(рис.1)

Одной из пластин сообщаем положительный заряд q. Другая при этом получит через влияние отрицательный заряд- q. Электрометр покажет разность потенциалов между пластинами.

Сообщим первой пластине дополнительно заряд q тем же способом, прикоснувшись наэлектризованным шаром. Теперь на пластинах находятся заряды 2 q и -2 q. Показания электрометра при этом увеличились в двое.

Не меняя зарядов, начнём сближать пластины. Напряжение между пластинами будет уменьшаться. При некотором расстоянии оно станет таким, каким оно было при зарядах q и –q. Прекратим сближение пластин и вновь первой пластине передадим дополнительный заряд q. Показания электрометра вновь увеличатся.

При дальнейшем сближении пластин, замечаем, что при некотором, ещё меньшем расстоянии между ними электрометр вновь покажет прежнюю разность потенциалов. Следовательно, сдвигая пластины конденсатора, можно при одном и том же напряжении накапливать на одной пластине положительные заряды q, 2q, 3q,…, а на другой- равные по модулю отрицательные заряды. т.о, конденсатор накапливает заряды: поверхностная плотность зарядов увеличивается по мере сближения пластин.

Свойство конденсатора накапливать и сохранять электрические заряды и связанное с ними электрическое поле характеризуется особой величиной, называемой электроёмкостью.

Чтобы выяснить смысл этой величины, обратимся к исследованиям.

Опыт 2. Касаясь одинаково заряженными шарами внешней стороны пластины конденсатора, передаём этой пластине последовательно по заряду q. При этом заметим, что по мере увеличения заряда растёт напряжение между пластинами. Причём при зарядах q, 2q, 3q,… напряжение принимает значение U, 2U, 3U,…, возрастая пропорционально заряду. (рис.2) Но отношение заряда к напряжению остаётся постоянным:

рис.2

Проведём такие же опыты с конденсатором, пластины которого имеют большую площадь; при этом расстояние между пластинами сделаем таким же. Увеличивая заряд одной из пластин на q, т.е. делая его равным 2q, 3q,…, заметим, что напряжение между пластинами принимает значения U₁, U₂, 3U₁…, где U₁ < U. Но .

Для того чтобы второй конденсатор зарядить до такого же напряжения, как и первый, ему надо сообщить больший заряд. Второй конденсатор обладает большей электрической ёмкостью, т.е. второму конденсатору соответствует большее значение отношения заряда к напряжению. Следовательно, величина С характеризует электрическую ёмкость конденсатора.

Электрической ёмкостью конденсатора называется скалярная величина, характеризующая его свойство накапливать и сохранять электрические заряды и связанное с этими зарядами электрическое поле. Электроёмкость конденсатора равна отношению заряда одной из пластин к напряжению между ними:

За единицу электроёмкости в СИ принимается электроёмкость конденсатора, напряжение между обкладками конденсатора которого равно 1В, когда на его обкладках имеются разноимённые заряды по 1Кл. Эта единица названа фарад в честь М.Фарадея: . На практике применяются:

Из рассмотренных исследований делаем вывод, что С конденсатора зависит от площади S пластин и расстояния d между ними: .

Опыт 3. Кроме того, электрическая ёмкость конденсатора зависит от рода диэлектрика, находящегося между пластинами. Внесём в пространство между пластинами заряженного конденсатора лист какого-либо диэлектрика. Мы видим, что напряжение между пластинами уменьшилось.(рис. 3,4) Значит, электрическая ёмкость конденсатора увеличилась

Выведем формулу для расчёта электроёмкости плоского конденсатора. По определению . Учитывая, что U = Ed, а , получаем:

Полученная формула согласуется с результатами рассмотренных опытов.

рис. 3

рис.4

Выслушаем два заранее подготовленных сообщения учащихся о различных типах конденсаторов (о конденсаторах переменной ёмкости, технических бумажных и электролитических конденсаторах), их сравнительной характеристике, устройстве и применении.

1.Сообщение.

В зависимости от назначения конденсаторы имеют различное устройство. Технический бумажный конденсатор состоит из двух полосок алюминиевой фольги, изолированных друг от друга и от металлического корпуса бумажными лентами, пропитанными парафином. Алюминиевая фольга и бумажные ленты туго свёрнуты в пакет небольшого размера. Бумажный конденсатор, имея размеры спичечного коробка, обладает электроёмкостью до 10 мкФ (металлический шар такой же ёмкости имел бы радиус 90 км).

В радиотехнике широко применяют конденсаторы переменной электроёмкости. Такой конденсатор состоит из двух систем металлических пластин, которые при вращении рукоятки могут входить одна в другую. При этом меняется площадь перекрывающейся части пластин и, следовательно, их электроёмкость. Диэлектриком в таких конденсаторах служит воздух.

2.Сообщение.

Значительного увеличения электроёмкости за счёт уменьшения расстояния между обкладками достигают в так называемых электролитических конденсаторах. Диэлектриком в них служит очень тонкая плёнка оксидов, покрывающих одну из обкладок. Второй обкладкой служит бумага, пропитанная раствором специального вещества (электролита). При включении электролитических конденсаторов надо обязательно соблюдать полярность.

В слюдяных конденсаторах в качестве диэлектрика используют слюду, а обкладками служит металлическая фольга или тонкий слой металла, нанесённый непосредственно на слюду. Слюдяные конденсаторы устанавливают, главным образом, в электрических цепях высокой частоты.

В радиотехнике широкое распространение получили керамические конденсаторы, имеющие небольшие размеры, но обладающие хорошими электрическими свойствами. Конструктивно их выполняют в виде трубок или дисков из керамики, а обкладками служит слой металла, нанесённый на керамику.

Закрепление изученного материала.

Решение задач с помощью учителя.

Какова электроёмкость (в микрофарадах) конденсатора, если при напряжении на его обкладках 300В заряд равен1,5 *10^-5кл?

Какую площадь должны иметь пластины плоского воздушного конденсатора для того, чтобы его электроёмкость была равна 1пФ? Расстояние между пластинами q =0,5мм.

Беседа по вопросам.

Что называют ёмкостью двух проводников? (электроёмкостью двух проводников называют физическую величину, характеризующую свойство проводников накапливать электрические заряды; она равна отношению заряда одного из проводников к напряжению между проводниками.)
Назовите единицы ёмкости. (Ф, мкФ, пФ.)
Какая система проводников называется конденсатором?(Конденсатор- эта система двух или более обкладок, разделённых диэлектриком. Заряженный конденсатор содержит на пластинах (обкладках) равные по величине, но противоположные по закону заряды.)
Как зависит электроёмкость плоского конденсатора от его геометрических размеров? (Ёмкость тем больше, чем больше площадь обкладок и чем меньше расстояние между ними.)

Итог урока.

Учитель: Что нового узнали сегодня на уроке?

Ученик: Узнали, что такое электроёмкость и от чего она зависит; что такое конденсатор, какие бывают конденсаторы; где применяются конденсаторы; научились решать задачи на расчёт электроёмкости плоского конденсатора.

Оценки. Домашнее задание: g 101, 102.

3.3. Электрическая емкость проводников





					Выделим на поверхности проводника малый элемент площади dS, полагая, что заряд этого элемента является точечным. В другой точке поверхности этого же проводника, отстоящей от элемента dS на расстояние r, этот заряд создает электрическое поле, потенциал которого равен ,где — относительная диэлектрическая проницаемость среды, в которой находится проводник. Интегрируя это выражение по всей поверхности проводника S, найдем потенциал, создаваемый в рассматриваемой точке всем проводником: Так как в различных точках на поверхности проводника поверхностная плотность заряда имеет разные значения, то будем полагать, что , где k — некоторая функция координат выбранного элемента поверхности dS. Тогда выражение для потенциала проводника имеет вид . (3.1) В полученном выражении интеграл зависит от размеров и формы поверхности проводника, а также от расположения точки, для которой определяется потенциал. Значения этого интеграла не зависят от величины заряда, сообщенного проводнику, т. е. одинаковы при различных значениях заряда q. Из формулы (3.1) следует, что потенциал уединенного проводника прямо пропорционален его заряду и отношение заряда q к потенциалу для данного проводника есть величина постоянная. Это отношение называется электрической емкостью, или электроемкостью, проводника: Электрическая емкость уединенного проводника зависит от его формы и размеров, а также от величины относительной диэлектрической проницаемости среды, в которой он находится. Электроемкость не зависит от материала проводника, его агрегатного состояния, от формы и размеров возможных полостей внутри проводника. Электроемкость не зависит также ни от заряда проводника, ни от его потенциала. В качестве примера найдем электроемкость уединенного проводящего шара радиуса R, покрытого слоем диэлектрика с относительной проницаемостью и толщиной d. Пусть шар имеет заряд q. Тогда напряженность поля, создаваемого шаром внутри диэлектрического слоя, За пределами слоя напряженность поля определяется выражением: Потенциал поверхности шара: Таким образом, электроемкость шара, покрытого слоем диэлектрика, есть В случае, если толщина диэлектрического слоя , емкость шара равна . При d=0 она равна . Из приведенных соотношений следует, что потенциалы одинаково заряженных и геометрически подобных проводников должны быть обратно пропорциональны их линейным размерам, а их электрические емкости прямо пропорциональны этим размерам. Электроемкость проводника численно равна заряду, который нужно сообщить этому проводнику для изменения его потенциала на единицу. В СИ единица измерения электрической емкости 1 фарада (Ф). Это емкость такого проводника, потенциал которого изменяется на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл: 1 Ф = 1 Кл / 1 В. Если вблизи проводника есть другие проводящие незаряженные тела, то при сообщении проводнику некоторого электрического заряда его потенциал будет меньше, чем потенциал уединенного проводника таких же формы и размеров. Это обусловлено тем, что на поверхностях тел, обращенных к заряженному проводнику, будут индуцироваться электрические заряды противоположного знака. Для наглядности поясним это явление на примере. Пусть на некотором расстоянии от проводящего шара радиуса R расположен незаряженный металлический стержень длиной l так, что его ближний конец находится на расстоянии r от центра шара, а дальний — на расстоянии (r + l). Если шару сообщить положительный электрический заряд Q, то создаваемое шаром поле будет индуцировать на ближнем конце стержня заряд -q, а на дальнем заряд +q. Потенциал шара при этом будет равен Следовательно, электроемкость проводника возрастает, если недалеко от него находятся другие проводящие тела. В этом случае принято говорить о взаимной электроемкости проводников. Наибольший интерес представляет взаимная электроемкость системы из двух проводников с равными по величине и противоположными по знаку электрическими зарядами: \|+q\| = \|- q\| = q. Их взаимная электрическая емкость определяется как отношение заряда к разности потенциалов ,где разность потенциалов между проводниками. Вопросы 1) От чего зависит электроемкость проводника 2) Изобразите качественно изменения Е и в плоском, цилиндрическом и сферическом конденсаторах с изменением расстояния от центра симметрии указанных систем 3) Как изменяется емкость проводника, если недалеко от него находятся другие проводящие тела. наверх

3 Конденсаторы. Расчет электроемкостей конденсаторов

Конденсаторы – это приборы, обладающие большой электроемкостью, которые способны накапливать большие заряды. Простейший конденсатор состоит из двух проводников (обкладок), расположенных на малом расстоянии друг от друга. Практически очень важно, чтобы электрическое поле было сосредоточено внутри конденсатора. Для этого заряды на обкладках должны быть одинаковы по модулю и противоположны по знаку (и).

Электроемкостью конденсатора называют величину , пропорциональную зарядуконденсатора, и обратно пропорциональную разности потенциалов между обкладками:

(2. 7)

Разность потенциалов называют напряжением и обозначают. Поэтому формулу (2.7) можно представить в виде:

(2.8)

Размерность емкости конденсатора = ФАРАД.

Емкость конденсатора зависит от размеров и формы обкладок, от расстояния между ними и от диэлектрика, заполняющего конденсатор.

Примеры вычисления электроемкостей различных конденсаторов

1 Электроемкость плоского конденсатора(рис. 4)

Рис. 4

Пусть — площадь обкладок,- расстояние между обкладками, зазор между обкладками заполнен диэлектриком с проницаемостью. Еслилинейных размеров обкладок, можно пренебречь краевыми эффектами и считать электрическое полевнутри конденсатора практически однородным, а зарядраспределенным по пластинам равномерно с поверхностной плотностью.

Напряженность поля в конденсаторе:

Напряжение между обкладками:

Отсюда емкость плоского конденсатора равна:

(2.9)

Ф/м

2 Электроемкость цилиндрического конденсатора(рис. 5)

Рис. 5

Пусть ,- радиусы внутренней и внешней цилиндрических обкладок,- длина конденсатора,- зазор между обкладками.

Если , то рассеянием поля вблизи краев обкладок можно пренебречь и вычислить поле в зазоре по формуле

(см. 1.24 и 1.13).

Напряжение между обкладками

Следовательно, емкость цилиндрического конденсатора равна

. (2.10)

Предположив, что , преобразуемпо формуле, справедливой для:

Подставив в (2.10) и учтя, что — площадь обкладки, получим

Что совпадает с формулой (2. 9) для емкости плоского конденсатора.

3 Электроемкость сферического конденсатора (рис. 6)

Рис. 6

Пусть ,- радиусы внутренней и внешней сферических обкладок,- зазор между обкладками. Если заряд конденсатора, то напряженность поля между обкладками () определяется по теореме Гаусса:

Напряжение на конденсаторе

Отсюда следует, что емкость сферического конденсатора

(2.11)

Если , то

, совпадает с формулой (2.9)

Соединение конденсаторов

1 Параллельное соединение конденсаторов (рис. 7)

Напряжение на конденсаторах одинаково

заряд различен .

Общий заряд всей батареи равен

Емкость батареи

(2. 12)

Рис. 7

Таким образом, при параллельном соединении конденсаторов емкости складываются.

2. Последовательное соединение(рис. 8)

Рис. 8

Напряжение на батарее

Заряд на конденсаторах одинаков

Поэтому напряжение на каждом из конденсаторов:

;;….

Отсюда

, или

(2.13)

При последовательном соединении конденсаторов складываются величины, обратные емкости.

Задачи

1. На два последовательно соединенных конденсатора, имеющих емкости =100 пФ и=200 пФ, подано постоянное напряжение=300 В. Определить напряженияина конденсаторах и зарядна их обкладках.

Решение:

Отсюда следует равенство

Кроме того,

Отсюда получим, что

Кл

Емкость батареи конденсаторов формула

Один из наиболее важных эффектов, используемых в электронике, — ёмкость конденсаторов. Способность накапливать и хранить электрический заряд нашла применение практически во всех аналоговых цепях и логических схемах. Пассивные устройства, запасающие энергию в виде электрического поля, называли конденсаторами уже в те времена, когда учёные ещё очень мало знали о природе электричества.

История накопителей заряда

Самое раннее письменное свидетельство получения зарядов с помощью трения принадлежит учёному Фалесу из Милета (635—543 гг. до н. э.), который описал трибоэлектрический эффект от взаимодействия янтаря и сухой шерсти. Для приблизительно 2300 последующих лет любое получение электричества заключалось в трении двух различных материалов друг о друга.

Качественный рывок в знаниях о зарядах произошёл в эпоху Просвещения — период революционного развития научной мысли в образованных кругах. В это время электричество становится популярной темой, а энтузиастами было произведено немало опытов и экспериментов с генераторами на основе трения.

Первое устройство для хранения полученных зарядов было создано в 1745 г. двумя электриками (так тогда называли людей, изучающих природу статического электричества), работающими независимо друг от друга: Эвальдом фон Клейстом, деканом собора в Пруссии, и Питером ван Мюссенбруком, профессором математики и физики в университете Лейдена.

Открытие явления произошло во время опытов у обоих экспериментаторов, но с той разницей, что Мюссенбрук, во-первых, сделал немало усовершенствований первоначально созданного оборудования, а во-вторых, письменно сообщил коллегам о своих достижениях. Прошло совсем немного времени и учёные мира стали создавать накопители зарядов собственных конструкций. Это были первые шаги в эволюции конденсаторов, продолжающейся и в наши дни. Основные даты хронологии появления устройств для хранения зарядов:

1746 г. — изобретение лейденской банки в результате экспериментов по доработке устройства Клейста;
1750 г. — опыты Бенджамина Франклина с батареями конденсаторов;
1837 г. — публикация Майклом Фарадеем теории диэлектрической поляризации — научной основы работы накопителей;
конец XIX в. — начало практического применения лейденских банок вместе с первыми устройствами постоянного тока;
начало XX в. — изобретение слюдяных и керамических конденсаторов.

Физика ёмкостных характеристик

Устройства, обладающие способностью хранения энергии в форме электрического заряда и производящие при этом разность потенциалов, называют конденсаторами. В простейшем виде они состоят из двух или более параллельных проводящих пластин, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга, но электрически разделённых либо воздухом, либо каким-либо другим изоляционным материалом, например, вощёной бумагой, слюдой, керамикой, пластмассой или специальным гелем.

Если подключить к пластинам источник напряжения, то одна из них получит избыток электронов, а на другой сформируется их дефицит. Ионы и электроны на каждой из этих пластин притягиваются друг к другу, но благодаря диэлектрическому барьеру они не соединяются, а накапливаются на плоскостях проводников. В результате первая пластина (электрод) окажется заряженной отрицательно, а вторая — положительно. Неподвижные заряды создают постоянное электрическое поле, теоретически сохраняемое неограниченное количество времени в незамкнутой электрической цепи.

Поток электронов на пластины называется зарядным током, продолжающим присутствовать до тех пор, пока напряжение на пластинах не сравняется с приложенным. В этот момент конденсатор считается полностью заряженным, то есть зарядов на пластинах становится так много, что они отталкивают вновь поступающие. При подключении к заряженному устройству нагрузки электроны и ионы находят новый путь друг к другу. В этом случае конденсатор работает как источник тока до момента потери разности потенциалов на электродах.

Способность конденсатора хранить заряд Q (измеряется в кулонах) называют ёмкостью. Чем больше площадь пластин и меньше расстояние между ними (благодаря усилению эффекта притяжения зарядов между обкладками), тем большая ёмкость устройства. Степень приближения пластин ограничивается способностью диэлектрика сопротивляться разрядке пробоем между ними. Таким образом, три характеристики определяют производительность конденсатора:

геометрия пластин;
расстояние между ними;
диэлектрический материал между пластинами.

Единица и формулы расчёта

Ёмкость в виде электрического свойства, способного хранить заряды, измеряется в фарадах (Ф) и обозначается С. Величина названа в честь английского физика Майкла Фарадея. Конденсатор ёмкостью 1 фарад способен хранить заряд в 1 кулон на пластинах с напряжением 1 вольт. Значение С всегда положительно.

Математическое выражение фарада

Ёмкость конденсатора — постоянная величина, означающая потенциальную способность хранить энергию. Количество заряда, хранимое в отдельно взятый момент, определяется уравнением Q=CV, где V — приложенное напряжение. Таким образом, регулируя напряжение на пластинах, можно увеличивать или уменьшать заряд. Эта формула ёмкости в виде C=Q/V в единичных значениях определяет, в чём измеряется ёмкость конденсатора в СИ, и является математическим выражением фарада.

Специалисты по электронике единицу в один фарад считают не совсем практичной, поскольку она представляет собой огромное значение. Даже 1/1000 F — это очень большая ёмкость. Как правило, для реальных электрических компонентов применяют следующие величины:

пикофарад — 10—12 Ф;
нанофарад — 10—9 Ф;
микрофарад — 10—6 Ф.

Диэлектрическая проницаемость

Фактор, благодаря которому изолятор определяет ёмкость конденсатора, называется диэлектрической проницаемостью. Обобщённая формула расчёта ёмкости конденсатора с параллельными пластинами представлена выражением C= ε (A / d), где:

А — площадь меньшей пластины;
d — расстояние между ними;
ε — абсолютная проницаемость используемого диэлектрического материала.

Диэлектрическая проницаемость вакуума ε0 является константой и имеет значение 8,84х10—12 фарад на метр. Как правило, проводящие пластины разделены слоем изоляционного материала, а не вакуума. Чтобы найти ёмкость конденсатора, пластины которого находятся в воздухе, можно воспользоваться значением ε0. Разницей диэлектрической проницаемости атмосферы и вакуума можно пренебречь, поскольку их значения очень близки.

На практике в формулах нахождения ёмкости конденсатора используется относительная диэлектрическая проницаемость в качестве коэффициента, означающая, насколько электрическое поле между зарядами уменьшается в диэлектрике по сравнению с вакуумом. Некоторые значения этой величины для различных материалов:

Поскольку эффективность конденсатора зависит от применяемого в нём изолятора, его качество как накопителя можно определить через удельную ёмкость — величину, равную отношению ёмкости к объёму диэлектрика.

Практические измерения

Значение ёмкости конденсатора обозначается на корпусе в дробных фарадах или с помощью цветового кода. Но со временем компоненты способны потерять свои качества, поэтому для некоторых критических случаев последствия могут быть неприемлемыми. Существуют и другие обстоятельства, требующие измерений. Например, необходимость знать общую ёмкость цепи или части электрооборудования. Приборов, осуществляющих непосредственное считывание ёмкости, не существует, но значение может быть вычислено вручную или интегрированными в измерительные устройства процессорами.

Для обнаружения фактической ёмкости нередко используют осциллограф как средство измерения постоянной времени (т). Эта величина обозначает время в секундах, за которое конденсатор заряжается на 63%, и равна произведению сопротивления цепи в омах на ёмкость цепи в фарадах: т=RC. Осциллограф позволяет легко определить постоянную времени и даёт возможность с помощью расчётов найти искомую ёмкость.

Существует также немало моделей любительского и профессионального электронного измерительного оборудования, оснащённого функциями для тестирования конденсаторов. Многие цифровые мультиметры обладают возможностью определять ёмкость. Эти устройства способны контролируемо заряжать и разряжать конденсатор известным током и, анализируя нарастание результирующего напряжения, выдавать довольно точный результат. Единственный недостаток большинства таких приборов — сравнительно узкий диапазон измеряемых величин.

Более сложные и специализированные инструменты — мостовые измерители, испытывающие конденсаторы в мостовой схеме. Этот метод косвенного измерения обеспечивает высокую точность. Современные устройства такого типа оснащены цифровыми дисплеями и возможностью автоматизированного использования в производственной среде, они могут быть сопряжены с компьютерами и экспортировать показания для внешнего контроля.

Идея суперконденсатора

Электричество — чрезвычайно универсальный вид энергии, обладающий одним недостатком — его трудно саккумулировать быстро. Химические батареи способны сохранять большое количество энергии, но требуют нескольких часов для полной зарядки. Этого недостатка лишены конденсаторы — они могут заряжаться практически мгновенно. Но их ёмкость не позволяет хранить большое количество энергии, поэтому весьма заманчивой выглядит идея суперконденсатора, сочетающего лучшие качества химических и электростатических накопителей электричества.

Несмотря на функциональную схожесть, аккумуляторные батареи и конденсаторы устроены совершенно по-разному. Гальванические элементы работают на принципе высвобождения электрической энергии во время химической реакции веществ внутри них. При истощении запаса активных реагентов они прекращают генерировать разность потенциалов и для нового цикла требуют инициирования током обратных химических реакций для восстановления активных веществ. Основные недостатки аккумуляторов по сравнении и конденсаторами:

непродолжительный жизненный цикл;
невысокая удельная мощность;
узкий диапазон температур зарядки и разрядки;
неспособность быстро отдать весь запас энергии.

Тем не менее обычные конденсаторы не используются в качестве активных источников напряжения из-за низкой ёмкости. Теоретические и практические суперконденсаторы (ультраконденсаторы) отличаются от обычных крайне высокой ёмкостью при большой плотности хранимой энергии, что позволяет их рассматривать как альтернативу химическим элементам.

Крупнейшие коммерческие устройства обладают ёмкостью до нескольких тысяч фарад, но их возможности всё равно несопоставимы с аккумуляторами, поэтому подобные устройства используются для хранения зарядов в течение относительно короткого периода времени. Они нашли широкое применение в качестве электрических эквивалентов механических маховиков, чтобы сглаживать напряжение источников питания, например, в ветровых турбинах или рекуперативных тормозных системах электрических транспортных средств.

Первые ультраконденсаторы появились в середине прошлого века и обладали не очень впечатляющими ёмкостями. С тех пор прогресс в совершенствовании материалов привёл к утоньшению диэлектрического слоя до одной молекулы, что позволило создавать устройства с выдающимися характеристиками. Дальнейшее развитие наноиндустрии стало основой для фундаментальных перемен в накоплении электричества. Возможно, в скором времени экологически опасные и капризные химические аккумуляторы заменят суперконденсаторы на основе молекулярно структурированных пластин и диэлектрического слоя.

1. батарея конденсаторов представляет собой два параллельно соединенных конденсаторов емкостями 3 и 6 мкФ. Определите емкость батареи

2. при условии последовательного соединения двух конденсаторов их общая емкость равна 1,2 мкФ. Емкость одного из конденсатора 2,0 мкФ. определите емкость второго конденсатора

Попроси больше объяснений
Следить
Отметить нарушение

Nats3 12. 09.2019

Что ты хочешь узнать?

Ответ

Объяснение:

Сб = C1+C2 = 3 +6 = 9 мкФ

Что такое электроемкость проводников

Если у нас есть два проводника, изолированных друг от друга, которым мы сообщаем некоторые заряды (обозначим их соответственно q 1 и q 2 ), то между ними возникнет определенная разность потенциалов. Ее величина будет зависеть от формы проводников, а также от исходных величин зарядов. Обозначим такую разность Δ φ . Если мы говорим о разности, возникающей в электрическом поле между двумя точками, то ее обычно обозначают U .

В рамках темы данной статьи нам больше всего интересна такая разность потенциалов между проводниками, когда их заряды противоположны по знаку, но равны друг другу по модулю. В таком случае мы можем ввести новое понятие – электрическая емкость (электроемкость).

Электрической емкостью системы, состоящей из двух проводников, называется отношение заряда одного проводника ( q ) к разности потенциалов между этими двумя проводниками.

В виде формулы это записывается так: C = q ∆ φ = q U .

Для измерения электрической емкости применяется единица, называемая фарад. Она обозначается буквой Ф .

Конфигурации и размеры проводников, а также свойства диэлектрика определяют величину электроемкости заданной системы. Наибольший интерес для нас представляют проводники особой формы, называемые конденсаторами.

Конденсатор – это проводник, конфигурация которого позволяет локализовать (сосредотачивать) электрическое поле в одной выделенной части пространства. Проводники, составляющие конденсатор, называются обкладками.

Если мы возьмем две плоские пластины из проводящего материала, расположим их на небольшом расстоянии друг от друга и проложим между ними слой диэлектрика, то мы получим простейший конденсатор, называемый плоским. При его работе электрическое поле будет располагаться преимущественно в промежутке между пластинами, но небольшая часть этого поля будет рассеиваться вокруг них.

Часть электрического поля вблизи конденсатора называется полем рассеяния.

Иногда в задачах мы можем не учитывать его и работать только с той частью электрического поля, которое расположено между обкладками. Однако пренебрегать полем рассеяния допустимо далеко не всегда, поскольку это может привести к ошибочным расчетам из-за нарушения потенциального характера электрического поля.

Рисунок 1 . 6 . 1 . Электрическое поле в плоском конденсаторе.

Рисунок 1 . 6 . 2 . Электрическое поле конденсатора без учета поля рассеяния, не обладающее потенциальностью.

Модуль напряженности электрического поля, которое создает каждая обкладка в плоском конденсаторе, выражается соотношением следующего вида:

Исходя из принципа суперпозиции, можно утверждать, что напряженность E → поля, которое создают обе пластины конденсатора, будет равна сумме напряженностей E + → и E — → полей каждой пластины, то есть E → = E + → + E — → .

Векторы напряженностей обеих пластин во внутренней части конденсатора будут параллельны друг другу. Значит, мы можем выразить модуль напряженности их суммарного поля в виде формулы E = 2 E 1 = σ ε 0 .

Как рассчитать электроемкость конденсатора

Вне пластин векторы напряженности будут направлены в противоположные друг от друга стороны, значит, E будет равно нулю. Если мы обозначим заряд каждой обкладки как q , а ее площадь как S , то соотношение q S даст нам представление о поверхностной плотности. Умножив E на расстояние между обкладками ( d ) , мы получим разность потенциалов между пластинами в однородном электрическом поле. Теперь возьмем оба этих соотношения и выведем из них формулу, по которой может быть рассчитана электрическая емкость конденсатора.

C = q ∆ φ = σ · S E · d = ε 0 S d .

Электрическая емкость плоского конденсатора – величина, обратно пропорциональная расстоянию между обкладками и прямо пропорциональная их площади.

Заполнение пространства между проводниками диэлектрическим материалом может увеличить электроемкость плоского конденсатора в число раз, кратное undefined.

Введем обозначение емкости в виде буквы С и запишем это в виде формулы:

Данная формула называется формулой электроемкости плоского конденсатора.

Конденсаторы бывают не только плоскими. Возможны и другие конфигурации, также обладающие специфическими свойствами.

Сферическим конденсатором называется система из 2 -х концентрических сфер, сделанных из проводящего материала, радиусы которых равны R 1 и R 2 соответственно.

Цилиндрическим конденсатором называется системы из двух проводников цилиндрической формы, длина которых равна L , а радиусы R 1 и R 2 .

Обозначим проницаемость диэлектрического материала как ε и запишем формулы, по которым можно найти электрическую емкость конденсаторов:

C = 4 πε 0 ε R 1 R 2 R 2 — R 1 (сферический конденсатор),
C = 2 π ε 0 ε L ln R 2 R 1 (цилиндрический конденсатор).

Как рассчитать электроемкость батареи конденсаторов

Если мы соединим несколько проводников между собой, то мы получим конструкцию, называемую батареей.

Способы соединения могут быть разными. Если соединение будет параллельным, то напряжение всех конденсаторов в системе будет одинаково: U 1 = U 2 = U , а заряды можно найти по формулам q 1 = С 1 U и q 2 = C 2 U . При таком соединении вся система может считаться одним конденсатором, электроемкость которого равна C , заряд – q = q 1 + q 2 , а напряжение – U . В виде формулы это выглядит так:

С = q 1 + q 2 U или C = C 1 + C 2

Если в батарее конденсаторов элементы соединены параллельно, то для нахождения общей электроемкости нам нужно сложить емкости ее отдельных элементов.

Рисунок 1 . 6 . 3 . Конденсаторы, соединенные параллельно. C = C 1 + C 2

Рисунок 1 . 6 . 4 . Конденсаторы, соединенные последовательно: 1 C = 1 C 1 + 1 C 2

Если же батарея состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов, то заряды обоих будут одинаковы: q 1 = q 2 = q . Найти их напряжения можно так: U 1 = q C 1 и U 2 = q C 2 . Такую систему тоже можно считать одним конденсатором, заряд которого равен q , а напряжение U = U 1 + U 2 .

C = q U 1 + U 2 или 1 C = 1 C 1 + 1 C 2

Если конденсаторы в батарее соединены последовательно, то для нахождения общей электроемкости нам нужно сложить величины, обратные емкостям каждого из них.

Справедливость обеих формул, приведенных выше, не зависит от количества конденсаторов в батарее.

Рисунок 1 . 6 . 5 . Смоделированное электрическое поле плоского конденсатора.

Как рассчитать безопасную электрическую нагрузку

По

Тимоти Тиле

Тимоти Тиле является местным электриком № 176 IBEW с более чем 30-летним опытом работы в жилых, коммерческих и промышленных электросетях. Он имеет степень младшего специалиста в области электроники и прошел четырехлетнее обучение. Он писал для The Spruce о проектах электропроводки и домашней установки более восьми лет.

Узнайте больше о The Spruce’s Редакционный процесс

Обновлено 26.02. 22

Рассмотрено

Ларри Кэмпбелл

Рассмотрено Ларри Кэмпбелл

Ларри Кэмпбелл — подрядчик-электрик с 36-летним опытом работы в области электропроводки в жилых и коммерческих помещениях. Он работал техником-электронщиком, а затем инженером в IBM Corp., является членом Наблюдательного совета Spruce Home Improvement Review Board.

Узнайте больше о The Spruce’s Наблюдательный совет

Факт проверен

Эмили Эстеп

Факт проверен Эмили Эстеп

Эмили Эстеп — биолог растений и специалист по проверке фактов, специализирующийся на науках об окружающей среде. Она получила степень бакалавра журналистики и магистра наук в области биологии растений в Университете Огайо. Эмили работала корректором и редактором в различных онлайн-СМИ в течение последнего десятилетия.

Узнайте больше о The Spruce’s Редакционный процесс

The Spruce / Kevin Norris

У всех нас дома есть гора электроприборов, и многие из них, если не все, имеют какой-то двигатель. Это могут быть печи, посудомоечные машины, кондиционеры, отстойники, мусоропроводы и микроволновые печи.

Согласно электрическому кодексу, каждому из этих моторизованных гаджетов нужна отдельная цепь только для их собственного использования. Постоянные нагревательные приборы также несут довольно большую электрическую нагрузку, и для большинства из них требуются собственные выделенные цепи. Разрешение этим приборам совместно использовать цепь с другими устройствами может легко перегрузить цепь, поскольку по своей природе они потребляют довольно большую мощность, особенно при первом запуске.

В старых домах, в которых не обновлялась проводка, такие приборы часто устанавливаются в цепях, общих с другими устройствами, и в таких ситуациях довольно часто срабатывают автоматические выключатели или перегорают предохранители.

Вот некоторые из приборов, для которых могут потребоваться специальные электрические цепи (уточните точные требования в местных строительных нормах и правилах):

Microwave
Electric oven
Garbage disposal
Dishwasher
Washing machine
Trash compactor
Refrigerator
Room air conditioner
Furnace
Electric water heaters
Electric ranges
Electric clothes dryer
Центральный кондиционер

Так как же узнать, какой размер цепи требуется для каждого устройства? Например, если вы занижаете мощность цепи, питающей большой центральный кондиционер, вы можете столкнуться с ситуацией, когда автоматический выключатель вашего кондиционера срабатывает всякий раз, когда он работает на максимальной мощности. Расчет правильного размера для выделенной цепи устройства включает в себя расчет максимальной потребляемой мощности, которая будет размещена в цепи, а затем выбор размера цепи, который соответствует этой потребности, плюс запас для безопасности.

Емкость контура

Вычисление электрических требований или спроса прибора начинается с понимания простой зависимости между амперами, ваттами и вольтами — тремя ключевыми средствами измерения электричества. Принцип соотношения, известный как закон Ома, гласит, что сила тока (А) x вольт (В) = ватт (Вт). Используя этот простой принцип соотношения, вы можете рассчитать доступную мощность цепи любого заданного размера:

15-амперная 120-вольтовая цепь : 15 ампер x 120 вольт = 1 800 Вт
20-АМФ 120-вольт. Watts
20-айт 240-вольт схема : 20 ампер x 240 вольт = 4800 Вт
25-АНТ 240-вольт. цепь : 30 ампер x 240 вольт = 7200 ватт
40-амперная 240-вольтовая цепь : 40 ампер x 240 вольт = 9,600 Вт
50-АМФ 240-вольт.

Простую формулу A x V = W можно переформулировать несколькими способами, например, W ÷ V = A или W ÷ A = V.

Ель / Микела Буттиньол
Как рассчитать требуемую нагрузку цепи
Выбор правильного размера для выделенной цепи прибора включает в себя довольно простую арифметику, чтобы убедиться, что потребление электроэнергии устройством находится в пределах мощности цепи. Нагрузка может быть измерена либо в амперах, либо в ваттах, и ее довольно легко рассчитать на основе информации, напечатанной на этикетке с техническими характеристиками двигателя устройства.
Номинальные характеристики двигателей указаны на боковой стороне двигателя. В нем указаны тип, серийный номер, напряжение переменного или постоянного тока, число оборотов в минуту и, самое главное, номинальная сила тока. Если вы знаете напряжение и номинальную силу тока, вы можете определить мощность или общую мощность, необходимую для безопасной работы этого двигателя. Как правило, на лицевой панели отопительных приборов указана их номинальная мощность.
Пример расчета схемы
Например, подумайте о простом фене мощностью 1500 Вт, работающем от 120-вольтовой ответвленной сети в ванной комнате. Используя W ÷ V = вариант закона Ома, вы можете рассчитать, что 1500 ватт ÷ 120 вольт = 12,5 ампер. Ваш фен, работающий на максимальном нагреве, может потреблять 12,5 ампер мощности. Но если учесть, что вытяжной вентилятор и светильник для ванной также могут работать одновременно, то можно увидеть, что 15-амперная цепь для ванной комнаты с общей мощностью 1800 Вт может с трудом выдерживать такую нагрузку.
Давайте представим, что в нашей пробной ванной комнате есть вытяжной вентилятор мощностью 120 Вт, светильник с тремя лампочками по 60 Вт (всего 180 Вт) и электрическая розетка, к которой можно подключить фен мощностью 1500 Вт. они могут легко потреблять энергию одновременно. Вероятная максимальная нагрузка на эту цепь может достигать 1800 Вт, что соответствует максимуму, с которым может справиться 15-амперная схема (обеспечивающая 1800 Вт). Но если вы поместите одну 100-ваттную лампочку в светильник в ванной, вы создадите ситуацию, когда сработает автоматический выключатель.
Электрики обычно рассчитывают нагрузку цепи с 20-процентным запасом прочности, следя за тем, чтобы максимальная нагрузка на электроприборы и приспособления в цепи не превышала 80 процентов доступной силы тока и мощности, обеспечиваемой цепью. В нашем образце ванной 20-амперная схема, обеспечивающая мощность 2400 Вт, может довольно легко справиться с потребляемой мощностью 1800 Вт с 25-процентным запасом прочности. Это причина, по которой большинство электрических норм требует 20-амперной ответвленной цепи для обслуживания ванной комнаты. Кухни — еще одно место, где 120-вольтовые ответвления, обслуживающие розетки, практически всегда представляют собой 20-амперные цепи. В современных домах обычно только цепи общего освещения все еще подключены как 15-амперные цепи.
Специализированные цепи устройств
Точно такой же принцип используется для расчета потребности в цепи, обслуживающей один прибор, такой как микроволновая печь, мусоропровод или кондиционер. Большая микроволновая печь со встроенным вентилятором и осветительным прибором может легко потреблять от 1200 до 1500 Вт мощности, а электрик, подключающий специальную цепь для этого прибора, скорее всего, установит 20-амперную цепь, обеспечивающую 2400 Вт доступной мощности. С другой стороны, большой измельчитель мусора мощностью 1 л.с., потребляющий 7 ампер (840 Вт), может легко обслуживаться специальной 15-амперной цепью с доступной мощностью 1800 Вт.
Тот же метод расчета можно использовать для любой выделенной цепи прибора, обслуживающей один прибор. Например, 240-вольтовый электрический водонагреватель мощностью 5500 Вт можно рассчитать так: А = 5500 ÷ 240, или А = 22,9. Но поскольку схема требует 20-процентного запаса прочности, она должна обеспечивать не менее 27,48 А (120% от 22,9 = 27,48 А). Электрик установит 30-амперную 240-вольтовую цепь для обслуживания такого водонагревателя.
Большинство электриков будут немного увеличивать размер выделенной цепи, чтобы учесть будущие изменения. Например, если у вас довольно маленькая микроволновая печь мощностью 800 Вт, электрик обычно установит цепь на 20 ампер, хотя с этим прибором легко справится и схема на 15 ампер. Это сделано для того, чтобы схема могла работать с будущими устройствами, которые могут быть больше, чем те, которые у вас есть сейчас.
Как рассчитать нагрузку на подпанель
По
Тимоти Тиле
Тимоти Тиле
Тимоти Тиле является местным электриком № 176 IBEW с более чем 30-летним опытом работы в жилых, коммерческих и промышленных электросетях. Он имеет степень младшего специалиста в области электроники и прошел четырехлетнее обучение. Он писал для The Spruce о проектах электропроводки и домашней установки более восьми лет.
Узнайте больше о The Spruce’s Редакционный процесс
Обновлено 17.04.22
Рассмотрено
Ларри Кэмпбелл
Рассмотрено Ларри Кэмпбелл
Ларри Кэмпбелл — подрядчик-электрик с 36-летним опытом работы в области электропроводки в жилых и коммерческих помещениях. Он работал техником-электронщиком, а затем инженером в IBM Corp., является членом Наблюдательного совета Spruce Home Improvement Review Board.
Узнайте больше о The Spruce’s Наблюдательный совет
Факт проверен
Джессика Врубель
Факт проверен Джессика Врубель
Джессика Врубель имеет богатый опыт работы писателем и редактором, работая в различных изданиях, газетах и публичных библиотеках, помогая со справками, исследованиями и специальными проектами. В дополнение к своему опыту журналистики, она более 15 лет занимается просветительской деятельностью на темы здоровья и хорошего самочувствия как в классе, так и за его пределами.
Узнайте больше о The Spruce’s Редакционный процесс
The Spruce / Michela Buttignol
Определение безопасной брутто-электрической нагрузки для подпанели требует нескольких расчетов. Нагрузка цепи — это общая нагрузка, которую вы будете прикладывать к подпанели. Вам необходимо знать площадь в квадратных футах области, к которой вы подаете электроэнергию, а также тип электрических устройств и приборов, которые будут обслуживаться вспомогательной панелью. Расчеты нагрузки для определения размера подпанели также помогут вам найти правильную силу тока для автоматического выключателя подпанели и определить размер кабеля для питающего кабеля, подающего питание на подпанель.
Расчет нагрузки NEC
Все расчеты подпанелей, выключателей и фидеров должны выполняться в соответствии с местными электротехническими нормами. Большинство кодов следуют Национальному электротехническому кодексу (NEC) и используют «длинную форму» NEC для расчета нагрузки. По сути, это форма, которая помогает вам подсчитать мощность или потребление электроэнергии устройств и приборов в зоне, обслуживаемой субпанелью. Как только вы найдете общую мощность, вы делите ее на 240 (вольт), чтобы найти минимальную силу тока, необходимую для субпанели, ее выключателя и питающего кабеля.
Зона покрытия подпанели
Первый расчет нагрузки включает в себя суммирование общей площади части вашего дома (или другого здания), на которую вспомогательная панель будет подавать питание. Это простой способ определить нагрузку цепей общего освещения и розеток на участке. Измерьте длину и ширину каждой комнаты и умножьте их, чтобы найти площадь комнаты. Сложите площади всех комнат, чтобы найти общую площадь. Умножьте общую площадь на 3 (ватт), чтобы завершить расчет.
Мощность прибора
Расчет нагрузки на электроприборы зависит от типа помещений, в которые вы подаете электроэнергию. Например, если субпанель будет снабжать реконструированную кухню, вам потребуется учесть как минимум две цепи небольших приборов по 1500 Вт каждая. Другая категория бытовой техники — это те, которые «закреплены на месте», такие как посудомоечная машина, водонагреватель, мусоропровод или чердачный вентилятор.
Мощность крупных бытовых приборов, таких как плиты, сушилки для белья, электрические обогреватели или кондиционеры, обычно рассчитывается по минимальной указанной мощности (например, 5000 Вт для сушилки) или по паспортной табличке прибора, в зависимости от того, что больше.
После того, как мощность всех приборов подсчитана, умножьте на 1, если имеется менее четырех стационарных приборов; умножьте на 0,75, если имеется четыре и более приборов. Сюда не входят цепи малых приборов, которые представляют собой цепи, питающие розетки для подключения переносных приборов.
Наконец, вам, возможно, придется добавить 25 процентов максимальной нагрузки двигателя к общей мощности (за некоторыми исключениями). Это дополнительная мощность для обеспечения дополнительной нагрузки, необходимой для больших двигателей при запуске.
Расчет мощности субпанели
Чтобы рассчитать требуемую номинальную мощность, необходимую для питания подпанели, умножьте общую мощность (из расчета площади в квадратных футах и прибора) на 1,25, чтобы получить скорректированную нагрузку . Эта регулировка безопасности требуется в соответствии с Национальным электротехническим кодексом и обеспечивает буфер для 90 201 падения напряжения 90 202 в цепи фидера. Падение напряжения — это потеря напряжения, которая происходит, когда электричество проходит по длинным участкам провода или кабеля.
Размер автоматического выключателя подпанели
Цепь, которая питает субпанель, должна быть защищена автоматическим выключателем соответствующего размера, чтобы предотвратить перегрев проводки фидера. Чтобы рассчитать размер выключателя, просто разделите скорректированную мощность на 240 вольт, чтобы найти номинальную силу тока, необходимую для вашей субпанели. Часто результатом является нестандартный размер автоматического выключателя. и вы можете просто округлить до следующего большего размера выключателя. Например, если расчет нагрузки выходит на 48 ампер, для защиты цепи следует использовать прерыватель на 50 ампер. Питающие цепи, питающие субпанели, имеют напряжение 240 В и требуют двухполюсного автоматического выключателя.
Размеры проводки подпанели
Проводка, питающая субпанель, должна соответствовать или превышать номинальный размер автоматического выключателя, а не расчетную нагрузку субпанели. Это означает, что если выключатель рассчитан на 50 ампер, проводка фидерного кабеля должна быть рассчитана на 50 ампер или более. Однако, если для подачи питания используется большое расстояние, следует использовать следующий больший размер провода, чтобы учесть падение напряжения. Определите размер проводки, используя таблицу размеров проводки, в которой перечислены типы и размеры проводов в зависимости от области применения. Используйте диаграмму только для начальной оценки. Опять же, все конструкции системы должны соответствовать местным электротехническим нормам.
Балансировка электрических нагрузок
По
Тимоти Тиле
Тимоти Тиле
Тимоти Тиле является местным электриком № 176 IBEW с более чем 30-летним опытом работы в жилых, коммерческих и промышленных электросетях. Он имеет степень младшего специалиста в области электроники и прошел четырехлетнее обучение. Он писал для The Spruce о проектах электропроводки и домашней установки более восьми лет.
Узнайте больше о The Spruce’s Редакционный процесс
Обновлено 11.11.21
Рассмотрено
Ларри Кэмпбелл
Рассмотрено Ларри Кэмпбелл
Ларри Кэмпбелл — подрядчик-электрик с 36-летним опытом работы в области электропроводки в жилых и коммерческих помещениях. Он работал техником-электронщиком, а затем инженером в IBM Corp., является членом Наблюдательного совета Spruce Home Improvement Review Board.
Узнайте больше о The Spruce’s Наблюдательный совет
Факт проверен
Джессика Врубель
Факт проверен Джессика Врубель
Джессика Врубель имеет богатый опыт работы писателем и редактором, работая в различных изданиях, газетах и публичных библиотеках, помогая со справками, исследованиями и специальными проектами. В дополнение к своему опыту журналистики, она более 15 лет занимается просветительской деятельностью на темы здоровья и хорошего самочувствия как в классе, так и за его пределами.
Узнайте больше о The Spruce’s Редакционный процесс
А. Александравичюс / Getty Images
Балансировка электрических нагрузок является важной частью разводки цепей в домашней электропроводке. Обычно это делают электрики при установке новой сервисной панели (блока выключателя), переустановке проводки в доме или добавлении нескольких цепей во время реконструкции. Проще говоря, электрическая сервисная панель имеет две стороны, и балансировка нагрузки — это вопрос равномерного разделения цепей между двумя сторонами, чтобы нагрузка или потребляемая мощность были примерно одинаковыми с обеих сторон. Несбалансированная нагрузка возникает, когда с одной стороны панели потребляется значительно больше энергии, чем с другой. Это может привести к перегреву электрических компонентов и возможной перегрузке панели.
Основы электротехнического обслуживания
В большинстве домов есть тип электроснабжения, называемый однофазным, трехпроводным. Услуга поступает от коммунального предприятия по двум незаземленным «горячим» проводам по 120 вольт каждый плюс один заземленный «нейтральный» провод. Провода подключаются к служебной панели дома, и каждый горячий провод обеспечивает питание 120 вольт для одной из двух горячих шин в панели. Автоматические выключатели для различных бытовых цепей (называемых ответвлениями) защелкиваются в панели и электрически подключаются к одной или обеим горячим шинам. Однополюсный автоматический выключатель подключается только к одной шине и подает в цепь напряжение 120 вольт. Двухполюсный выключатель подключается к обеим шинам и подает в цепь напряжение 240 вольт. Как и в случае с инженерными сетями, каждая ответвленная цепь имеет один или два провода под напряжением и нейтральный провод. Электроэнергия покидает панель по горячим проводам и возвращается в панель по нейтрали. Оттуда энергия возвращается в коммунальную сеть через нейтраль коммунального обслуживания.
Сила тока цепи
Каждый автоматический выключатель имеет номинальную силу тока, указывающую максимальную нагрузку, которую может выдержать цепь, прежде чем автоматический выключатель отключится, чтобы предотвратить повреждение от перегрузки. Однополюсные выключатели обычно рассчитаны на 15 или 20 ампер. Двухполюсные выключатели обычно имеют номинал от 20 до 50 ампер и более. Номинальная сила тока является основным фактором, используемым для балансировки нагрузок в сервисной панели. Другим фактором является тип электрооборудования (приборы, розетки, освещение и т. д.), обслуживаемого цепями, и когда это оборудование обычно используется. Например, холодильник работает 24 часа в сутки, 365 дней в году, и ему требуется наибольшая мощность для запуска двигателя компрессора. Напротив, вентилятор для всего дома или чердачный вентилятор имеет относительно постоянное энергопотребление и используется только в теплую погоду и обычно ночью или рано утром.
Баланс цепи
Чтобы понять, как работает балансировка, представьте, что у вас есть две 120-вольтовые цепи с однополюсными выключателями. Одна цепь питает холодильник, который потребляет 8 ампер; другая цепь питает морозильный ларь, который потребляет 7 ампер. Оба прибора работают постоянно, круглый год. Чтобы сбалансировать нагрузку двух цепей, выключатели должны быть на разных горячих шинах или «ногах» сервисной панели. Таким образом, сила тока двух цепей компенсирует друг друга, когда мощность возвращается к коммунальной сети на нейтрали. В этом случае ток на нейтрали будет 1 ампер: 8 – 7 = 1. Если бы оба прибора потребляли 8 ампер, ток на нейтрали был бы равен 0. Цель состоит в том, чтобы ток на нейтрали был как можно меньше. возможно — по соображениям безопасности, энергоэффективности и другим причинам.
С другой стороны, если вы поместите обе цепи на одну и ту же ножку панели, нагрузки приборов будут складываться, в результате чего на нейтраль будет возвращаться ток силой 15 ампер. Это будет несбалансированная нагрузка, и ее желательно избегать.
Размещение выключателя
Нога или ноги, от которых тянется каждая цепь, зависят от того, где выключатель находится в панели. В большинстве панелей слоты выключателя на каждой стороне панели чередуются между горячими шинами (ножками). Если два однополюсных выключателя находятся на одной стороне и установлены друг над другом, они подключатся к разным ветвям. Если они находятся на одной стороне, но между ними есть прорезь, они соединятся с одной и той же ногой. Двухполюсные выключатели занимают два соседних слота и подключаются к обеим ножкам. Каждая нога обеспечивает 120 вольт, всего 240 вольт для цепи. Благодаря этому двухполюсные выключатели автоматически балансируются, независимо от того, где они находятся на панели. Поэтому, когда вы прокладываете электрические цепи для дома, цель состоит в том, чтобы получить примерно одинаковую силу тока на обеих ножках панели.
Формула E представляет более быструю, легкую и гораздо более угловатую машину третьего поколения перед ePrix в Монако . И угловатое тело, которое, скажем так, «поляризуется».
Презентация состоялась в Монако в преддверии ePrix Monaco в эти выходные, где гонки начнутся в субботу утром (узнайте, как посмотреть здесь).
Новый автомобиль имеет на 40 % больше мощности и на 15 % более высокую максимальную скорость, чем нынешний автомобиль Gen2, с экономией веса на 60 кг (132 фунта) и более чем вдвое большей рекуперативной тормозной способностью благодаря новому двухмоторному силовому агрегату.
Переход с поколения 1 на поколение 2 ознаменовал значительные улучшения в гонках, поскольку машины выглядели намного быстрее на дороге, что привело к ускорению круга на несколько секунд. Автомобили Gen2 также были более энергоемкими, что позволяло им финишировать на полной дистанции гонки — раньше автомобили Gen1 заменяли в середине гонки на новый автомобиль с полностью заряженным аккумулятором.
Короче, уже, легче, мощнее… #Gen3 pic.twitter.com/IwJCouOsEo
— Крейг Скарборо (@ScarbsTech) 28 апреля 2022 г.
Переход на поколение 3 обещает еще один скачок в волнении гонок Формулы E, а также еще одно изменение формата гонок.
Автомобили Gen3 способны к сверхбыстрой зарядке мощностью 600 кВт, что быстрее, чем любая существующая сегодня система зарядки. Это может позволить автомобилям ненадолго остановиться для пит-стопа в середине гонки, чтобы перезарядить батареи, но в основном это позволяет двухдвигательной системе автомобиля Gen3 использовать всю мощность системы 600 кВт для рекуперативного торможения. Формула E еще не объявила о специфике зарядки в середине гонки, но автомобили, по крайней мере, имеют такую возможность, так что мы можем увидеть это, когда начнется сезон.
Эта дополнительная мощность рекуперативного торможения позволила Формуле E убрать задние гидравлические тормоза из автомобиля, что стало первым автомобилем Формулы, сделавшим это. Большинство автомобилей формулы имеют как передние, так и задние тормоза, при этом большая часть торможения приходится на переднюю ось, но задняя ось очень важна для быстрой остановки автомобилей. Теперь заднее торможение будет полностью осуществляться задним двигателем мощностью 350 кВт и вообще без фрикционных тормозов.
Это также первый автомобиль Формулы с двумя силовыми агрегатами, как на передней, так и на задней оси. По большому счету автомобили формулы — это исключительно автомобили со средним расположением двигателя и задним приводом. Автомобиль Формулы E 3-го поколения не совсем меняет ситуацию — хотя у него есть две трансмиссии, похоже, что передняя будет использоваться только для рекуперативного торможения, а не для обеспечения крутящего момента вперед. если это , если бы производил передний крутящий момент (или если они добавят эту возможность в будущем), полноприводная машина Формулы E станет совершенно новым опытом для водителей, полностью изменив характер управления в середине поворота и на выходе из поворота.
Важно отметить, что автомобили стали короче и уже, что может помочь улучшить качество гонок на узких уличных трассах Формулы E. Более узкие автомобили означают, что легче разместить две или три машины бок о бок на улице или на поворотах.
Gen2 3-е поколение
Общая длина 5200мм 5016,2 мм
Общая высота 1063,5 мм 1023,4 мм
Общая ширина 1800мм 1700мм
Колесная база 3100 мм 2970,5 мм
Минимальный вес (включая водителя) 900 кг 840 кг
Максимальная мощность 250 кВт (335 л. с.) 350 кВт (470 л.с.)
Максимальная регенерация 250 кВт 600 кВт
Рекуперация энергии Около 25% Более 40%
Максимальная скорость 280 км/ч / 174 миль/ч 320 км/ч / 200 миль в час
Трансмиссия Только сзади Передний и задний
Формула E также сосредоточилась на экологичности новых автомобилей, реализовав ряд изменений, которые снизят воздействие серии на окружающую среду.
Теперь в кузове этой серии используется льняное полотно и переработанное углеродное волокно, что приятно видеть, учитывая значительное количество расщепленного углеродного волокна, которое попадает на трассу после контакта между автомобилями. 26% материала шин будет состоять из натурального каучука и переработанных волокон, что сократит количество масла, используемого для изготовления резины, и все шины будут переработаны после гонок. Аккумулятор обещают изготавливать из экологически чистых минералов, и Formula E планирует повторно использовать или перерабатывать аккумуляторные элементы по истечении срока службы.
Не говоря уже об устойчивости, присущей электрическому приводу, с эффективностью трансмиссии на 95 %. Это намного эффективнее, чем общая эффективность системы F1, которая даже с их лучшей технологией рекуперации кинетической и тепловой энергии достигает всего около 40% — в 12 раз больше потерь энергии, чем трансмиссия Formula E.
А с автомобилем Gen3 около 40% энергии, используемой в гонке, будет рекуперироваться через систему рекуперативного торможения автомобиля мощностью 600 кВт. Это несколько бессмысленный показатель (вспомните первый закон термодинамики — эта энергия не создается автомобилем, а просто возвращается, когда в противном случае она была бы потеряна из-за тепла и шума фрикционными тормозами), но это просто еще один способ, с помощью которого электродвигатели лучше использовать ограниченный запас энергии, возвращая вместо того, чтобы тратить кинетическую энергию.
Гонка ePrix в Монако, которая состоится в эти выходные, станет знаменательным событием для Формулы E. Трасса в Монако является одной из самых исторических и знаковых трасс в мире, на которой с 1929 года проводится Формула-1, а в прошлом году Формула E участвовала в гонках на полной исторической трассе Монако в течение впервые в том, что оказалось отличной гонкой. А принц Монако Альбер — большой поклонник электромобилей — однажды он проехал на своей Tesla Model S по трассе на парадном круге перед гонкой Формулы-1.
Итак, хотя нам придется подождать до следующего года, чтобы увидеть автомобили Gen3 в Монако, в эту субботу вы сможете увидеть там автомобили Gen2. Гонка начнется в 15:00 по местному времени Монако (6:00 по тихоокеанскому времени).утра по восточному поясному времени/13:00 по всемирному координированному времени), но посетите веб-сайт Formula E, чтобы узнать, как его посмотреть. В США гонка будет транслироваться на канале CBS с задержкой в 13:00 по восточному поясному времени.
Формула Е оказалась захватывающей серией, за которой стоит наблюдать, с напряженными гонками и напряженными чемпионскими боями вплоть до финиша каждого сезона. Из-за формата серии трудно сказать, кто станет чемпионом до самого конца, и любой может выиграть любую гонку, потому что разница в производительности между автомобилями очень мала.
Поскольку все машины ближе по производительности, чем в F1, вы увидите несколько «шествий», где самая быстрая машина находится впереди, а самая медленная сзади, и во время гонки происходит мало обгонов. В Формуле Е всегда много передач, а результаты гонок редко предсказуемы.
Даже в Монако, которое из-за своих узких улочек славится гонками, где мало обгона, прошлогодний ePrix Монако был полон событий от начала до конца. Так что настоятельно рекомендуем настроиться на эти выходные.
И кажется, что в следующем году эти автомобили просто дадут нам больше таких же, и это просто здорово. Несмотря на то, что между Формулой Е и Ф1 все еще существует значительный разрыв в производительности, Ф1 улучшается гораздо медленнее, чем Формула Е, так что этот разрыв будет сокращаться в следующем году и в последующие годы.
Что касается дизайна, ну, это субъективно, так что вы можете решить, что вы думаете об этом. Язык дизайна этих новых автомобилей… конечно сильный, мягко говоря. Лично я не слишком забочусь о том, как выглядят автомобили, я больше фанат гонок и производительности, а также демонстрации технологий электромобилей. Но в дополнение к угловатому виду автомобиля, они действительно опирались на эстетику 80-х/90-х годов с их обнародованными фотографиями, которые добавляют дополнительные многоугольники и яркие неоновые цвета как к ливрее автомобиля, так и к схеме окраски сцены, просто чтобы донести до них суть. пытаюсь передать:
Думаю, они могли бы использовать большее количество полигонов на кузове новой машины; это просто слишком угловато на мой вкус, и мне нравятся изгибы здесь и там. Я уважаю их решение просто опираться на эстетику.
Независимо от дизайна, я очень рад изменениям в автомобиле Gen3, особенно добавлению двухмоторной трансмиссии. Это то, что могут сделать электромобили, а автомобилям с бензиновыми двигателями это сделать труднее из-за требований к упаковке неуклюжей газовой трансмиссии. Добавление карданного вала между средним двигателем F1 и передней осью было бы сложно и привело бы к множеству компромиссов с точки зрения расположения водителя и балласта, безопасности при столкновении и так далее, даже если бы это не было запрещено правилами.
И хотя передний двигатель, похоже, еще не обеспечивает крутящий момент вперед, возможно, эта возможность может быть добавлена в будущем. Это сделало бы автомобили быстрее и улучшило бы управляемость, но также значительно облегчило бы их вождение, что могло бы сделать гонки менее непредсказуемыми — мощные заднеприводные машины чуток выходят из поворотов, и это сильно добавляет к управляемости. удовольствие от гонок. Кроме того, кажется, что двигатель впереди, который не используется для крутящего момента, имеет большой вес — возможно, добавленной регенерации достаточно, чтобы компенсировать вес по сравнению с добавлением большего количества батарей, но почему бы не использовать его для мощности. также?
В любом случае, мне не терпится увидеть, как эти машины выйдут на трассу в следующем сезоне. Вы тоже должны.
Обновление: В предыдущей версии этой статьи говорилось, что автомобили Gen3 будут полноприводными. У них будет два мотора, один передний и один задний, но только задний будет толкать машину вперед, а передний просто добавит дополнительные возможности рекуперативного торможения.
FTC: Мы используем автоматические партнерские ссылки, приносящие доход. Подробнее.
Подпишитесь на Electrek на YouTube, чтобы получать эксклюзивные видеоролики и подписаться на подкаст.

Будьте в курсе последних новостей, подписавшись на Electrek в Новостях Google. Вы читаете Electrek — экспертов, которые день за днем сообщают новости о Tesla, электромобилях и экологически чистой энергии. Обязательно заходите на нашу домашнюю страницу, чтобы быть в курсе всех последних новостей, и подписывайтесь на Electrek в Twitter, Facebook и LinkedIn, чтобы оставаться в курсе событий. Не знаете, с чего начать? Посетите наш канал YouTube, чтобы быть в курсе последних обзоров.
Как рассчитать энергию аккумулятора-x-engineer.org
Содержание
Определение
Формула
NI-MH Пример
.
Энергия батареи — это электрическая энергия, хранящаяся в элементе батареи или аккумуляторной батарее. Он показывает способность батареи обеспечивать электроэнергию в течение длительного периода времени. Чем выше энергия батареи, тем дольше она может поставлять электроэнергию. Типичная батарея хранит химическую энергию и преобразует ее в электрическую энергию при подключении к электрической нагрузке (потребителю).
Изображение: Элемент батареи
Энергию батареи иногда называют емкостью батареи, что не совсем точно. Чтобы прояснить ситуацию, существует два типа «емкости батареи»:
текущая емкость батареи , также называемая емкость батареи , измеряемая в ампер-часах [Ач]
энергоемкость батареи , также называемая батарея энергия , измеряемая в джоулях [Дж], ватт-часах [Втч] или киловаттах-часах [кВтч]
В этой статье мы собираемся обсудить емкость аккумулятора .
Вернуться назад
Формула
Если батарея состоит из одного элемента, формула энергии батареи (уравнение) будет следующей: где:
E _{элемент} [Втч] – энергия элемента аккумулятора, в ватт-часах
C _{элемент} [Ач] – емкость элемента аккумулятора (по току), в ампер-часах
U _{элемент} [В] – напряжение элемента аккумулятора, в вольтах
Для блока аккумуляторов, состоящего из нескольких элементов, формула (уравнение) энергии аккумулятора:
E _пакет = N _{элемент} · E _cell
(2)
где:
E _pack [Wh] – энергия аккумуляторного блока, ватт-час
N _cell [-] – общее количество элементов в аккумуляторном блоке
Единица измерения энергия батареи может быть: джоуль [Дж] или ватт-час [Втч] или киловатт-час [кВтч].
Вернуться назад
Пример элемента Ni-MH аккумулятора
Рассчитайте энергоемкость элемента Ni-MH аккумулятора, имеющего напряжение 1,2 В и емкость по току 2200 мАч.
Шаг 1 . Преобразуйте текущую емкость элемента батареи из [мАч] в [Ач], разделив [мАч] на 1000:
C _{элемент} = 2200 / 1000 = 2,2 Ач
Шаг 2 . Рассчитайте энергию элемента батареи E _{элемент} [Втч] содержимое:
E _{элемент} = C _{элемент} · U _{элемент} = 2,2 · 1,2 = 2,64 Втч
Вернуться назад 7104 отдельных элемента батареи. Рассчитайте общую энергию батареи в киловатт-часах [кВтч], если элементы батареи литий-ионные Panasonic NCR18650B, с напряжением 3,6 В и емкостью 3350 мАч.
Шаг 1 . Преобразуйте текущую емкость элемента батареи из [мАч] в [Ач], разделив [мАч] на 1000:
C _ячейка = 3350 / 1000 = 3,35 Ач
Шаг 2 . Рассчитайте энергию ячейки батареи E _{, ячейка} [Втч] содержание:
E _{, ячейка} = C _{, ячейка} · U _{, ячейка} = 3,35 · 3,6 = 12,06 Втч
Шаг 3 90. Рассчитайте энергию аккумуляторной батареи E _pack [Втч] содержание:
E _pack = N _{элемент} · E _{элемент} = 7104 · 12,06 = 85674,24 Втч
0 Шаг 8. Преобразуйте энергию батареи из [Втч] в [кВтч], разделив [Втч] на 1000:
E _pack = 85674,24 / 1000 = 85,67424 кВтч
Назад
Калькулятор
Калькулятор энергии батареи позволяет рассчитать энергию батареи отдельной ячейки или батареи. Вам необходимо ввести емкость аккумуляторной батареи, напряжение, количество ячеек и выбрать нужную единицу измерения.
Напряжение элемента

вольт/милливольт
Емкость элемента

ампер-час миллиампер-час
Число
of cells
Cell
energy

watts hourjouleskilojoulesgram caloriescalorieskilocalorieskilowatts hourmegawatts hourgigawatts hourelectronvoltsbritish thermal unitsUS thermfeet pound
Battery pack
energy

watts hourjouleskilojoulesgram caloriescalorieskilocalorieskilowatts hourmegawatts hourgigawatts hourelectronvoltsbritish thermal unitsUS thermfeet pound
The default unit of measurement for energy is Дж . Если вы хотите, чтобы результат отображался в других единицах, используйте раскрывающийся список для выбора и снова нажмите кнопку РАСЧЕТ.
Назад
Ссылки
[1] Дэвид Холлидей, Роберт Резник, Джерл Уокер, Основы физики, 7-е издание, John Wiley & Sons, 2004.
[2] Бенджамин Кроуэлл, Свет и материя – физика, 2007.
[3] Рэймонд А. Серуэй и Джон У. Младший Джуэтт, Физика для ученых и инженеров, 6-е издание, Brooks/Cole Publishing Co., 2004 г.
[4] Jiansong Li, Jiyun Zhao и Xiaochun Zhang, Новая система рекуперации энергии, объединяющая маховик и регенерацию потока для системы гидравлической стрелы экскаватора, Energies 2020.
[5] Leo H. Holthuijsen, Волны в океанских и прибрежных водах, Cambridge University Press, 2007.
[6] Кира Грогг, Harvesting the Wind: The Physics of Wind Turbines, Carleton College, 2005. В воскресенье в Сеуле чемпионату исполнится 100 лет, и восьмой сезон серии электрических гонок завершится сотой гонкой.
От нулевого дня до гонки 100 Формула Е прошла долгий путь. То, что начиналось как не более чем общая мечта основателя Формулы E Алехандро Агага и президента FIA Жана Тодта, отмеченное на обратной стороне салфетки еще в 2011 году в парижском ресторане, превратилось в самую быстрорастущую серию автоспорта на планете — теперь Чемпионат мира FIA приближается к своему столетнему этапу.
Чемпионат выдержал трудные первые несколько месяцев и продолжал объединять мощь мировых производителей автомобилей и лучших талантов автоспорта в течение бурного первого года. Теперь он установлен и движется к следующему большому шагу с Gen3. Вот наши основные достижения на этом пути.
Основано с определенной целью
Вечером 3 марта 2011 года президент FIA Жан Тодт и председатель Формулы E Алехандро Агаг встретились в парижском ресторане и собрали свои мысли всего в нескольких словах на обороте салфетки. станет первым в мире международным чемпионатом среди одноместных автомобилей, полностью электрическим.
Основная миссия Формулы Е заключалась в гонках по улицам самых знаковых городов мира с участием лучших гонщиков и команд вокруг, чтобы показать, на что способна устойчивая мобильность, приводя электромобили к максимальной скорости. впереди в гонке за лучшее и чистое будущее.
Всего за три года Формула Е превратилась из концепции в реальность — с помощью прототипов, инновационных технологий электромобилей для гоночной трассы и до первого поколения, первая гонка которого состоялась восемь лет назад на глобальном уровне серии на территории Олимпийский парк в Пекине.
С момента своего дебюта Formula E превратилась в глобальный развлекательный бренд, в основе которого лежит автоспорт. Теперь, когда в стартовой решетке участвуют 11 команд и 22 гонщика, чемпионат стал местом встречи лучших мировых автоспортивных команд и гоночных талантов.
Основополагающая цель Формулы E с тех пор превратилась во всеохватывающую гонку за лучшее будущее посредством гонок в соответствии с движением FIA #PurposeDriven, продвигая свои экологические, экономические и социальные инициативы по обеспечению устойчивого развития по всему миру.
«Я много раз говорю, что являюсь основателем Формулы Е, — вспоминает Агаг, — но настоящим основателем Формулы Е является Жан Тодт. У него была идея провести чемпионат по электромобилям, и я сказал: «Я хотел бы быть промоутером этого».
Действительно, FIA и Formula E были пионерами в продвижении устойчивой мобильности, как объясняет бывший президент FIA Тодт: «Мир меняется очень быстро; Глядя на эволюцию автомобилей, мы поняли, что важно определить категорию автоспорта, которая была бы экологичной и побуждала горожан пользоваться электромобилями. Мы четко определили, что нужно что-то делать, и Формула Е стала ответом».
Первоначальный концепт-кар Формулы E
«С тех пор, как мы начали этот путь, Формула E, несомненно, становилась все сильнее и сильнее. Приверженность и профессионализм этих производителей и их соответствующих команд отражается в качестве состава пилотов, который улучшился. с каждым сезоном. С момента своей первой гонки в Пекине в 2014 году и с каждым последующим E-Pri Формула E доказывала, что концепция передовых электрических гонок работает», – добавил Тодт.
Вдохновляя технологическую революцию
С момента раннего развития Формулы Е ее гоночные технологии постоянно развиваются и претерпевают революционные изменения в течение трех поколений.
В первом сезоне, еще в 2014 году, Формула E открыла революцию с полностью электрическим автомобилем Gen1 с открытыми колесами — первым в своем роде в автоспорте.
Чемпионат попрощался с той начальной эрой обмена автомобилями в середине гонки и приветствовал следующий шаг в технологии для Формулы E с Gen2 в сезоне 5. Больше мощности и почти вдвое больше полезной энергии, эффективно удваивая запас хода, несмотря на свою батарею. примерно того же размера и веса, что и его предшественник.
Необработанный темп и производительность тоже на высоте. Выходная мощность подскочила со 150 кВт до 200 кВт в гоночной комплектации между сезоном 1 и сезоном 6, при этом РЕЖИМ АТАКИ дает еще 10 кВт, а в квалификационном режиме мощность увеличивается до 250 кВт. Это сократило время разгона до 100 км/ч на 0,2 секунды, которое теперь составляет 2,8 секунды, и повысило максимальную скорость до 280 км/ч (174 миль в час) с 225 км/ч (140 миль в час).
ПОДРОБНЕЕ: Новая эра: 3-е поколение
3-е поколение Formula E совершит еще один огромный скачок вперед с точки зрения производительности на трассе, и не только это, но и его производство будет более экологичным, чем когда-либо прежде. 200 миль в час — это новая максимальная скорость, а время разгона от 0 до 60 миль в час находится ниже 2,8-секундной отметки Gen2.
Разработанный инженерами и экспертами по устойчивому развитию FIA и Formula E, Gen3 является вершиной высокой производительности, эффективности и устойчивости. Разработанный, чтобы показать миру, что высокая производительность и устойчивость могут мощно сосуществовать без компромиссов, Gen3 является пионером передовых технологий, которые сделают переход от гонки к дороге.
Мощность увеличена с пиковых 250 кВт до 350 кВт при КПД трансмиссии около 95% по сравнению с примерно 40% у высокопроизводительного двигателя с ДВС. Регенерация усилена новой передней трансмиссией, которая удваивает мощность рекуперации до 600 кВт и означает, что автомобиль является первым автомобилем формулы, который работает без гидравлических задних тормозов, и более 40% энергии, используемой в гонке, производится за счет рекуперативного торможения. На борту также имеется сверхскоростная зарядка мощностью 600 кВт, что вдвое больше, чем у самых передовых коммерческих зарядных устройств в мире.
ПОДРОБНЕЕ: Gen3 объяснил архитектор FIA Алессандра Чилиберти
Кроме того, автомобиль стал легче, меньше и устойчивее. Он был разработан с нуля, чтобы стать эталоном экологичности на трассе. Мысль о жизненном цикле лежит в основе кузова из льна и переработанного углеродного волокна, экологически чистых минералов в батареях, натурального каучука и переработанных волокон, составляющих более 1/4 материала в шинах Gen3, а автомобиль соответствует самым высоким международным экологическим требованиям. стандарты.
Восемь сезонов в автоспорте мирового класса
«Несмотря на несомненный рост Формулы Е, я все еще ощущаю ее», — начинает комментатор Формулы Е Джек Николлс. «Я до сих пор испытываю такое же волнение перед гонкой, как и после той четвертой гонки в Буэнос-Айресе. Это была гонка, которая показала мне, какой может быть Формула E и в чем состоит спортивное предложение этого чемпионата. , непредсказуемые автогонки».
ИНТЕРВЬЮ: Как электрическая мечта Formula E стала реальностью
За восемь сезонов Формула Е подарила своим фанатам все, что может предложить автоспорт. Бесчисленные битвы за лидерство на последних кругах, титулы определялись минутами, оставшимися на часах в последние моменты сезона, и короновались гонщики мирового класса. Следите за новостями fiaformulae.com после сезона, чтобы оглянуться на лучших из первой сотни Формулы E.
Прочитайте ретроспективу Джека здесь.
От гоночной трассы до дороги
На дорогах количество моделей электромобилей увеличилось более чем в шесть раз по сравнению с первым сезоном Формулы Е, и сейчас в Европе доступно более 175 моделей.
Как и в случае с автомобилем поколения 2 и со следующего года, а также с продолжающейся эволюцией гоночных технологий Формулы Е в направлении поколения 3, запас хода и емкость аккумуляторов также резко изменились в потребительских электромобилях.
СМОТРЕТЬ: Как гонки могут способствовать инновациям для лучшего будущего
Самый продаваемый электромобиль в мире с 2015 года увеличил емкость аккумулятора и запас хода втрое по сравнению с оригинальной моделью 2015 года. За те же пять лет количество зарядных устройств для электромобилей в Европе увеличилось более чем в три раза, и теперь в инфраструктуру по всему континенту встроено около 170 000 зарядных устройств.
«По мере развития технологий электромобили смогут двигаться быстрее и дальше. Темпы развития невероятны», — говорит чемпион Формулы E 2016/17 Лукас ди Грасси. «Точка, когда электромобили станут дешевле, безопаснее и проще в эксплуатации, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания, совсем не за горами, и Формула E ускоряет этот процесс. Сгорание не сможет угнаться за ним.
создать лучшее, более чистое и безопасное будущее для человечества с помощью инноваций и технологий. В общем, люди, естественно, будут идти за удобством и необходимостью, а также за самым дешевым, лучшим для них решением.
«Итак, нам нужно создать технологию, которая заполнит этот пробел и будет служить этой цели, тогда лучший вариант будет наиболее устойчивым — это беспроигрышная ситуация, за которой нужно гнаться. »
Центурион
Ди Грасси станет первым и единственным гонщиком, присоединившимся к клубу 100, и собирается стать центурионом Формулы E в эти выходные на первом этапе Hana Bank Seoul E-Prix 15 и 16, с воскресной гонкой, поднявшей эту веху. Он был здесь с первого дня и раньше.0003
«Я думаю, что чемпионат развивается», — говорит бразилец. «Все видят, что это так. С первого сезона произошли огромные изменения — он повзрослел и превратился из чего-то нового и полного сомнений в то, что смогло выполнить свои обещания.
ИНТЕРВЬЮ: Читать полная догоняющая ди Грасси, когда он приближается к гонке 100
«Следующим важным событием является Gen3, у которого огромный потенциал. Мы будем управлять гораздо более быстрыми, компактными и легкими автомобилями, которые будут еще более впечатляющими на трассе. События развиваются в правильном направлении, предоставляя фанатам все лучший и лучший продукт, в который они могут приходить и участвовать. Эволюция будет продолжаться в том же духе – в технической части и в зрелищности».0003
«Участвовать в 100 гонках — это привилегия для меня. Без этого моя карьера не была бы и близкой к тому, что было раньше. Это открыло новые возможности для бизнеса и рабочие места для людей благодаря сочетанию устойчивого развития с автоспортом, и это сделало многое. для многих людей.
Ди Грасси считает, что Формула E будет продолжать развиваться и занимать лидирующие позиции в продвижении устойчивых технологий и практики вперед, поскольку серия приближается к своей следующей эре и Gen3.
«Мы видим, что за этими первыми 100 гонками наблюдали многие сотни миллионов людей, и мы также видели, насколько технологии были ускорены автопроизводителями за эти восемь сезонов. Мы также видим, насколько больше людей интересуется и знает об электромобилях.
«Для меня, даже если вы немного поможете, это немного уже помогло ускорить появление технологий и изменить представление потребителей и производителей об электромобилях — так что оно того стоило.
«Формула E, за последние восемь сезонов он выполнил свой долг, сделав электромобили сексуальными и убедившись, что они остаются в сознании людей. Теперь мы вступаем во второй этап событий. Чемпионат и технология установлены, и следующим шагом будет поощрение эволюции».0003
Чистый ноль с момента создания
В 2020 году Формула E объявила, что стала первым видом спорта с нулевым выбросом углерода с момента своего создания, инвестируя в сертифицированные на международном уровне проекты во всех гоночных регионах, чтобы компенсировать выбросы с каждого сезона до -свидание.
Формула E предприняла три ключевых шага для достижения чистого нулевого углеродного следа: эффективное измерение выбросов углекислого газа, определение приоритетов сокращения своего следа и компенсация оставшихся неизбежных выбросов.
Тесно сотрудничая с Quantis, ведущими экспертами в области оценки жизненного цикла и устойчивого развития, Formula E подсчитывала общий след чемпионата с момента его первого сезона, уделяя постоянное внимание снижению выбросов.
Меры по сокращению выбросов, в том числе оптимизация транспорта и логистики, продление сроков службы литий-ионных аккумуляторных элементов и отказ от одноразового пластика на месте, привели к тому, что Формула Е стала первой и единственной гоночной категорией, получить стороннюю сертификацию ISO 20121 для экологически безопасных мероприятий.
ПОДРОБНЕЕ: Как Formula E достигает чистого нуля
Неизбежные выбросы за последние шесть сезонов теперь также были сертифицированы как компенсированные за счет инвестиций в проекты ООН «Золотой стандарт» и «Проверенный углеродный стандарт» в соответствии с Механизмом чистого развития РКИК ООН.
Выбранные проекты являются социально устойчивыми, продвигают производство возобновляемой энергии и максимизируют экологические преимущества электромобилей, опираясь на работу Формулы E на сегодняшний день, чтобы оставить положительное и ощутимое наследие на гоночных рынках.
Сравнительный анализ прогресса
Чтобы убедиться, что чемпионат продолжает продвигать свое видение и цели, Формула E ежегодно отчитывается и оценивает прогресс, используя признание для усиления и легитимации своих усилий.
С момента первой кампании 2014/15 Формула E стала:
Первым чемпионатом по автоспорту, получившим сертификат ISO20121 независимой организации, органом по сертификации SGS. Эта сертификация обеспечивает устойчивое управление мероприятиями, способствуя социальной интеграции, экономическому процветанию и защите окружающей среды
Подписант инициативы UNFCCC «Climate Neutral Now» в 2020 году и приверженец рамочной программы действий «Спорт для климата» UNFCCC, поддерживающей все уровни общества в принятии мер по борьбе с изменением климата для достижения климатически нейтрального мира к середине века, как это закреплено в Парижском соглашении
.
Первый чемпионат, получивший экологическую аккредитацию FIA на уровне трех звезд
Подписант письма ЕС 2030 в поддержку глобальной кампании ООН «Гонка к нулю» за обезуглероженную экономику, которая защищает от будущих угроз, создает качественные возможности для трудоустройства и способствует инклюзивному устойчивому росту
Член-основатель и подписавшая Рамочную конвенцию Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН) Программа действий «Спорт для климата»
Компания, подписавшая Цели устойчивого развития (ЦУР) Организации Объединенных Наций, затрагивает все области нашей деловой практики.

	Gen2	3-е поколение
Общая длина	5200мм	5016,2 мм
Общая высота	1063,5 мм	1023,4 мм
Общая ширина	1800мм	1700мм
Колесная база	3100 мм	2970,5 мм
Минимальный вес (включая водителя)	900 кг	840 кг
Максимальная мощность	250 кВт (335 л. с.)	350 кВт (470 л.с.)
Максимальная регенерация	250 кВт	600 кВт
Рекуперация энергии	Около 25%	Более 40%
Максимальная скорость	280 км/ч / 174 миль/ч	320 км/ч / 200 миль в час
Трансмиссия	Только сзади	Передний и задний

Электроёмкость. Конденсаторы

Электроемкость проводников различной формы

Конденсатор. Электроемкость плоского конденсатора.

Соединение конденсаторов

Комбинированный урок по теме «Электроемкость. Единицы электроемкости. Конденсаторы». 10-й класс

Ход урока

3.3. Электрическая емкость проводников

3 Конденсаторы. Расчет электроемкостей конденсаторов

Примеры вычисления электроемкостей различных конденсаторов

Соединение конденсаторов

Емкость батареи конденсаторов формула

История накопителей заряда

Физика ёмкостных характеристик

Единица и формулы расчёта

Математическое выражение фарада

Диэлектрическая проницаемость

Практические измерения

Идея суперконденсатора

Что ты хочешь узнать?

Ответ

Что такое электроемкость проводников

Как рассчитать электроемкость конденсатора

Как рассчитать электроемкость батареи конденсаторов

Как рассчитать безопасную электрическую нагрузку

Емкость контура

Как рассчитать требуемую нагрузку цепи

Пример расчета схемы

Специализированные цепи устройств

Как рассчитать нагрузку на подпанель

Расчет нагрузки NEC

Зона покрытия подпанели

Мощность прибора

Расчет мощности субпанели

Размер автоматического выключателя подпанели

Размеры проводки подпанели

Балансировка электрических нагрузок

Основы электротехнического обслуживания

Сила тока цепи

Баланс цепи

Размещение выключателя

Как рассчитать энергию аккумулятора-x-engineer.org

Содержание

Формула

Пример элемента Ni-MH аккумулятора

Калькулятор

Ссылки

Сравнительный анализ прогресса

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики