| | Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru: главная страница / / Техническая информация / / Алфавиты, номиналы, единицы / / Перевод единиц измерения величин. Перевод единиц измерения физических величин. Таблицы перевода единиц величин. Перевод химических и технических единиц измерения величин. Величины измерения. Таблицы соответствия величин. / / Перевод единиц измерения Ёмкости электрической, электрической емкости, маркировка конденсаторов — таблица Поделиться:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста. Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Коды баннеров проекта DPVA.ru Начинка: KJR Publisiers Консультации и техническая | Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса. Free xml sitemap generator | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
параметры и маркировка, перевод величин емкости
Конденсатором обычно называют устройство, которое обладает способностью накапливать электрический заряд. Конструктивно конденсатор представляет собой два проводника, разделенных диэлектриком.
Единицей электрической емкости конденсатора в системе СИ является Фарада. Сокращенно обозначается буквой Ф. Названа в честь английского физика Майкла Фарадея.
В радиоэлектронике используется емкость конденсатора, выраженная через дробные единицы фарад: пикофарад, нанофарад, микрофарад.
- 1мкФ=10-6 Ф;
- 1 нФ = 10-9 Ф;
- 1 пФ = 10-12 Ф;
- 1 мкФ = 103 нФ = 106 пФ.
В старой радиотехнической литературе использовалась единица емкости — сантиметр: 1 см = 1,11 * 10-12 Ф = 1,11 * 10-6 мкФ = 1,11 пФ.
Конденсаторы, как и резисторы бывают постоянные и переменные (КПЕ — конденсатор переменной емкости). Переменные конденсаторы бывают в виде нескольких блоков и подстроечные.
В зависимости от материала диэлектриков современные конденсаторы делятся на следующие типы:
- бумажные;
- вакуумные;
- воздушные;
- керамические;
- лакопленочные;
- металлобумажные;
- оксидные;
- пленочные;
- слюдяные;
- электролитические.
Основные параметры
Основными параметрами конденсаторов являются:
- номинальная емкость (Сном), которая обычно указывается на корпусе конденсатора,
- температурный коэффициент емкости (ТКЕ)
- номинальное напряжение (Uном).
Номинальное напряжение — это максимальное допустимое постоянное напряжение, при котором конденсатор способен работать длительное время, сохраняя параметры неизменными при всех установленных для него температурах. На конденсаторах, в основном, указано номинальное рабочее напряжение при постоянном токе.
При работе конденсатора в схемах переменного тока его номинальное напряжение, указанное на корпусе, должно в 1,5…2 раза превышать предельно допустимое действующее переменное напряжение цепи.
На корпусе конденсатора обычно указывают его тип, напряжение, номинальную емкость, допустимое отклонение емкости, ТКЕ и дату изготовления.
Маркировка конденсаторов
Маркируют конденсаторы как и резисторы буквенно-цифровым кодом, который обозначает номинальную емкость, единицу измерения, допустимое отклонение емкости и ТКЕ.
Например, маркировка на конденсаторе 62 pJL расшифровывается так: номинальная емкость 62 пФ с допустимым отклонением ±5%, ТКЕ группы М75 (75 * 10-6/1 градус С). Буквенные коды единиц измерения номинальных емкостей приведены в табл. 1.
Таблица 1. Обозначение номинальной величины емкости на корпусах конденсаторов.
| Полное обозначение | Сокращенное обозначение на корпусе |
|||||
| Обозначение единиц измерения |
Примеры обозначения |
Обозначение единиц измерения |
Примеры обозначения |
|||
| Старое | Новое | Старое | Новое | |||
|
Пикофарады |
пФ | 0,82 пФ 5,1 пФ 36 пФ |
П | Р | 5П1 36П |
р82 5р1 36р |
| Нанофарады 100…999999 нФ |
нФ, 1 нФ = 1000 пФ |
120 пФ 3300 пФ 68000 пФ |
Н | n | 3h4 68Н |
n12 ЗnЗ 68n |
| Микрофарады 1…999 мкФ |
мкФ | 0,022 мкФ 0,15 мкФ 2,2 мкФ 10 мкФ |
М | μ | 22Н М15 2М2 10М |
22 n μ15 2 μ2 10 μ |
Цветовой код маркировки конденсаторов
Конденсаторы как и резисторы маркируют с помощью цветового кода (рис. 2). Цветовой код состоит из колец или точек. Каждому цвету соответствует определенное цифровое значение.
Знаки маркировки на конденсаторе сдвинуты к одному из выводов и располагаются слева направо. Номинальная емкость (в пикофарадах) представляет число, состоящее из цифр, соответствующих одной, двум и трем или одной и двум (для конденсаторов с допуском ±20%) полосам, умноженное на множитель, который определен по цвету полосы.
Последняя полоса маркировки в два раза шире других и соответствует ТКЕ. Конденсаторы с допуском ±0,1… 10% имеют шесть цветовых полос. Первая, вторая и третья полосы — величина емкости в пикофарадах, четыре — множитель, пять — допуск, шесть (последняя) — ТКЕ.
Конденсаторы с допуском ±20% имеют пять цветовых полос, на них нет цветового кода допуска. Иногда этот тип конденсаторов маркируют четырьмя цветовыми кольцами. При такой маркировке первая и вторая полосы отводятся для обозначения величины, третья полоса — для множителя, четвертая — для ТКЕ.
Цветовой код танталовых конденсаторов приведен на рис. 3. Следует обратить внимание на то, что у этих конденсаторов положительный вывод в два раза толще другого, и отсчет колец начинается от головки конденсатора. На рис. 4 приведена цветовая маркировка зарубежных конденсаторов широкого использования.
| Цвет маркировки |
Номинальная емкость |
Множитель | Допуск, % | ТКЕ | ||
| Первая полоса |
Вторая полоса |
Третья полоса |
Четвертая полоса |
Пятая полоса |
Шестая полоса |
|
| Серебристый | — | — | — | 10^-2 | ±10 | — |
| Золотистый | — | — | — | 10^-1 | ±5 | — |
| Черный | 0 | 0 | 0 | 1 | — | ±252 |
| Коричневый | 1 | 1 | 1 | 10 | ±1 | ±100 |
| Красный | 2 | 2 | 2 | 10^2 | ±2 | ±50 |
| Оранжевый | 3 | 3 | 3 | 10^3 | — | ±15 |
| Желтый | 4 | 4 | 4 | 10^4 | — | ±25 |
| Зеленый | 5 | 5 | 5 | 10^5 | ±0,5 | ±20 |
| Синий | 6 | 6 | 6 | 10^6 | ±0,25 | ±10 |
| Фиолетовый | 7 | 7 | 7 | 10^7 | ±0,1 | ±5 |
| Серый | 8 | 8 | 8 | 10^8 | — | ±1 |
| Белый | 9 | 9 | 9 | 10^9 | — | — |
| Нет цвета | — | — | — | — | ±20 | — |
Рис. 2. Цветовой код отечественных конденсаторов широкого применения.
| Цвет маркировки |
Номинальная емкость | Допуск, % | ||
| Первый элемент |
Второй элемент |
Третий элемент (множитель) |
Четвертый элемент |
|
| Серебристый | — | — | 10-2 | ±10 |
| Золотистый | — | — | 10-1 | ±5 |
| Черный | — | 0 | 1 | — |
| Коричневый | 1 | 1 | 10 | ±1 |
| Красный | 2 | 2 | 102 | ±2 |
| Оранжевый | 3 | 3 | 103 | — |
| Желтый | 4 | 4 | 104 | — |
| Зеленый | 5 | 5 | 105 | ±0,5 |
| Синий | 6 | 6 | 106 | ±0,25 |
| Фиолетовый | 7 | 7 | 107 | ±0,1 |
| Серый | 8 | 8 | 108 | ±0,05 |
| Белый | 9 | 9 | 109 | — |
Рис. 3. Цветовой код для маркировки танталовых конденсаторов.
| Цвет маркировки | 1 и 2 цифры |
Множитель | Допуск, % | класс | ТКС |
| Черный | 0 | 1 | 20 | 0 | |
| Коричневый | 1 | 10 | 1 | 1 | -33 |
| Красный | 2 | 102 | 2 | -75 | |
| Оранжевый | 3 | 103 | 2 | -150 | |
| Желтый | 4 | 104 | -220 | ||
| Зеленый | 5 | 3 | -330 | ||
| Синий | 6 | -470 | |||
| Фиолетовый | 7 | -750 | |||
| Серый | 8 | 0,5 | |||
| Белый | 9 | 4 | |||
| Золотистый | 5 | +100 | |||
| Серебряный | 10 |
Рис. 4. Цветовая маркировка зарубежных конденсаторов широкого использования.
Литература: В.М. Пестриков. Энциклопедия радиолюбителя.
пикофарад [пФ] в нанофарад [нФ] • Электрическая емкость • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения
Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
Сенсорный экран этого планшета выполнен с использованием проекционно-емкостной технологии.
Общие сведения
Измерение емкости конденсатора номинальной емкостью 10 мкФ с помощью осциллографа-мультиметра
Электрическая емкость — это величина, характеризующая способность проводника накапливать заряд, равная отношению электрического заряда к разности потенциалов между проводниками:
C = Q/∆φ
Здесь Q — электрический заряд, измеряется в кулонах (Кл), — разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).
В системе СИ электроемкость измеряется в фарадах (Ф). Данная единица измерения названа в честь английского физика Майкла Фарадея.
Фарад является очень большой емкостью для изолированного проводника. Так, металлический уединенный шар радиусом в 13 радиусов Солнца имел бы емкость равную 1 фарад. А емкость металлического шара размером с Землю была бы примерно 710 микрофарад (мкФ).
Так как 1 фарад — очень большая емкость, поэтому используются меньшие значения, такие как: микрофарад (мкФ), равный одной миллионной фарада; нанофарад (нФ), равный одной миллиардной; пикофарад (пФ), равный одной триллионной фарада.
В системе СГСЭ основной единицей емкости является сантиметр (см). 1 сантиметр емкости — это электрическая емкость шара с радиусом 1 сантиметр, помещенного в вакуум. СГСЭ — это расширенная система СГС для электродинамики, то есть, система единиц в которой сантиметр, грам, и секунда приняты за базовые единицы для вычисления длины, массы и времени соответственно. В расширенных СГС, включая СГСЭ, некоторые физические константы приняты за единицу, чтобы упростить формулы и облегчить вычисления.
Использование емкости
Конденсаторы — устройства для накопления заряда в электронном оборудовании
Условные обозначения конденсаторов на принципиальных схемах
Понятие электрической емкости относится не только к проводнику, но и к конденсатору. Конденсатор — система двух проводников, разделенных диэлектриком или вакуумом. В простейшем варианте конструкция конденсатора состоит из двух электродов в виде пластин (обкладок). Конденсатор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухэлектродный прибор для накопления заряда и энергии электромагнитного поля, в простейшем случае представляет собой два проводника, разделённые каким-либо изолятором. Например, иногда радиолюбители при отсутствии готовых деталей изготавливают подстроечные конденсаторы для своих схем из отрезков проводов разного диаметра, изолированных лаковым покрытием, при этом более тонкий провод наматывается на более толстый. Регулируя число витков, радиолюбители точно настраивают контура аппаратуры на нужную частоту. Примеры изображения конденсаторов на электрических схемах приведены на рисунке.
Параллельная RLC-цепь, состоящая из резистора, конденсатора и катушки индуктивности
Историческая справка
Еще 275 лет назад были известны принципы создания конденсаторов. Так, в 1745 г. в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и нидерландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку» — в ней диэлектриком были стенки стеклянной банки, а обкладками служили вода в сосуде и ладонь экспериментатора, державшая сосуд. Такая «банка» позволяла накапливать заряд порядка микрокулона (мкКл). После того, как ее изобрели, с ней часто проводили эксперименты и публичные представления. Для этого банку сначала заряжали статическим электричеством, натирая ее. После этого один из участников прикасался к банке рукой, и получал небольшой удар током. Известно, что 700 парижских монахов, взявшись за руки, провели лейденский эксперимент. В тот момент, когда первый монах прикоснулся к головке банки, все 700 монахов, сведенные одной судорогой, с ужасом вскрикнули.
В Россию «лейденская банка» пришла благодаря русскому царю Петру I, который познакомился с Мушенбруком во время путешествий по Европе, и подробнее узнал об экспериментах с «лейденской банкой». Петр I учредил в России Академию наук, и заказал Мушенбруку разнообразные приборы для Академии наук.
В дальнейшем конденсаторы усовершенствовались и становились меньше, а их емкость — больше. Конденсаторы широко применяются в электронике. Например, конденсатор и катушка индуктивности образуют колебательный контур, который может быть использован для настройки приемника на нужную частоту.
Существует несколько типов конденсаторов, отличающихся постоянной или переменной емкостью и материалом диэлектрика.
Примеры конденсаторов
Оксидные конденсаторы в блоке питания сервера.
Промышленность выпускает большое количество типов конденсаторов различного назначения, но главными их характеристиками являются ёмкость и рабочее напряжение.
Типичные значение ёмкости конденсаторов изменяются от единиц пикофарад до сотен микрофарад, исключение составляют ионисторы, которые имеют несколько иной характер формирования ёмкости – за счёт двойного слоя у электродов – в этом они подобны электрохимическим аккумуляторам. Суперконденсаторы на основе нанотрубок имеют чрезвычайно развитую поверхность электродов. У этих типов конденсаторов типичные значения ёмкости составляют десятки фарад, и в некоторых случаях они способны заменить в качестве источников тока традиционные электрохимические аккумуляторы.
Вторым по важности параметром конденсаторов является его рабочее напряжение. Превышение этого параметра может привести к выходу конденсатора из строя, поэтому при построении реальных схем принято применять конденсаторы с удвоенным значением рабочего напряжения.
Для увеличения значений ёмкости или рабочего напряжения используют приём объединения конденсаторов в батареи. При последовательном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение удваивается, а суммарная ёмкость уменьшается в два раза. При параллельном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение остаётся прежним, а суммарная ёмкость увеличивается в два раза.
Третьим по важности параметром конденсаторов является температурный коэффициент изменения ёмкости (ТКЕ). Он даёт представление об изменении ёмкости в условиях изменения температур.
В зависимости от назначения использования, конденсаторы подразделяются на конденсаторы общего назначения, требования к параметрам которых некритичны, и на конденсаторы специального назначения (высоковольтные, прецизионные и с различными ТКЕ).
Маркировка конденсаторов
Подобно резисторам, в зависимости от габаритов изделия, может применяться полная маркировка с указанием номинальной ёмкости, класса отклонения от номинала и рабочего напряжения. Для малогабаритных исполнений конденсаторов применяют кодовую маркировку из трёх или четырёх цифр, смешанную цифро-буквенную маркировку и цветовую маркировку.
Соответствующие таблицы пересчёта маркировок по номиналу, рабочему напряжению и ТКЕ можно найти в Интернете, но самым действенным и практичным методом проверки номинала и исправности элемента реальной схемы остаётся непосредственное измерение параметров выпаянного конденсатора с помощью мультиметра.
Оксидный конденсатор собран из двух алюминиевых лент и бумажной прокладки с электролитом. Одна из алюминиевых лент покрыта слоем оксида алюминия и служит анодом. Катодом служит вторая алюминиевая лента и бумажная лента с электролитом. На алюминиевых лентах видны следы электрохимического травления, позволяющего увеличить их площадь поверхности, а значит и емкость конденсатора.
Предупреждение: поскольку конденсаторы могут накапливать большой заряд при весьма высоком напряжении, во избежание поражения электрическим током необходимо перед измерением параметров конденсатора разряжать его, закоротив его выводы проводом с высоким сопротивлением внешней изоляции. Лучше всего для этого подходят штатные провода измерительного прибора.
Оксидные конденсаторы: данный тип конденсатора обладает большой удельной емкостью, то есть, емкостью на единицу веса конденсатора. Одна обкладка таких конденсаторов представляет собой обычно алюминиевую ленту, покрытую слоем оксида алюминия. Второй обкладкой служит электролит. Так как оксидные конденсаторы имеют полярность, то принципиально важно включать такой конденсатор в схему строго в соответствии с полярностью напряжения.
Твердотельные конденсаторы: в них вместо традиционного электролита в качестве обкладки используется органический полимер, проводящий ток, или полупроводник.
Трехсекционный воздушный конденсатор переменной емкости
Переменные конденсаторы: емкость может меняться механическим способом, электрическим напряжением или с помощью температуры.
Пленочные конденсаторы: диапазон емкости данного типа конденсаторов составляет примерно от 5 пФ до 100 мкФ.
Имеются и другие типы конденсаторов.
Ионисторы
В наши дни популярность набирают ионисторы. Ионистор (суперконденсатор) — это гибрид конденсатора и химического источника тока, заряд которого накапливается на границе раздела двух сред — электрода и электролита. Начало созданию ионисторов было положено в 1957 году, когда был запатентован конденсатор с двойным электрическим слоем на пористых угольных электродах. Двойной слой, а также пористый материал помогли увеличить емкость такого конденсатора за счет увеличения площади поверхности. В дальнейшем эта технология дополнялась и улучшалась. На рынок ионисторы вышли в начале восьмидесятых годов прошлого века.
С появлением ионисторов появилась возможность использовать их в электрических цепях в качестве источников напряжения. Такие суперконденсаторы имеют долгий срок службы, малый вес, высокие скорости зарядки-разрядки. В перспективе данный вид конденсаторов может заменить обычные аккумуляторы. Основными недостатками ионисторов является меньшая, чем у электрохимических аккумуляторов удельная энергия (энергия на единицу веса), низкое рабочее напряжение и значительный саморазряд.
Ионисторы применяются в автомобилях Формулы-1. В системах рекуперации энергии, при торможении вырабатывается электроэнергия, которая накапливается в маховике, аккумуляторах или ионисторах для дальнейшего использования.
Электромобиль А2В Университета Торонто. Общий вид
В бытовой электронике ионисторы применяются для стабилизации основного питания и в качестве резервного источника питания таких приборов как плееры, фонари, в автоматических коммунальных счетчиках и в других устройствах с батарейным питанием и изменяющейся нагрузкой, обеспечивая питание при повышенной нагрузке.
В общественном транспорте применение ионисторов особенно перспективно для троллейбусов, так как становится возможна реализация автономного хода и увеличения маневренности; также ионисторы используются в некоторых автобусах и электромобилях.
Электромобиль А2В Университета Торонто. Под капотом
Электрические автомобили в настоящем времени выпускают многие компании, например: General Motors, Nissan, Tesla Motors, Toronto Electric. Университет Торонто совместно с компанией Toronto Electric разработали полностью канадский электромобиль A2B. В нем используются ионисторы вместе с химическими источниками питания, так называемое гибридное электрическое хранение энергии. Двигатели данного автомобиля питаются от аккумуляторов весом 380 килограмм. Также для подзарядки используются солнечные батареи, установленные на крыше электромобиля.
Емкостные сенсорные экраны
В современных устройствах все чаще применяются сенсорные экраны, которые позволяют управлять устройствами путем прикосновения к панелям с индикаторами или экранам. Сенсорные экраны бывают разных типов: резистивные, емкостные и другие. Они могут реагировать на одно или несколько одновременных касаний. Принцип работы емкостных экранов основывается на том, что предмет большой емкости проводит переменный ток. В данном случае этим предметом является тело человека.
Поверхностно-емкостные экраны
Cенсорный экран iPhone выполнен по проекционно-емкостной технологии.
Таким образом, поверхностно-емкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом. В качестве резистивного материала обычно применяется имеющий высокую прозрачность и малое поверхностное сопротивление сплав оксида индия и оксида олова. Электроды, подающие на проводящий слой небольшое переменное напряжение, располагаются по углам экрана. При касании к такому экрану пальцем появляется утечка тока, которая регистрируется в четырех углах датчиками и передается в контроллер, который определяет координаты точки касания.
Преимущество таких экранов заключается в долговечности (около 6,5 лет нажатий с промежутком в одну секунду или порядка 200 млн. нажатий). Они обладают высокой прозрачностью (примерно 90%). Благодаря этим преимуществам, емкостные экраны уже с 2009 года активно начали вытеснять резистивные экраны.
Недостаток емкостных экранов заключается в том, что они плохо работают при отрицательных температурах, есть трудности с использованием таких экранов в перчатках. Если проводящее покрытие расположено на внешней поверхности, то экран является достаточно уязвимым, поэтому емкостные экраны применяются лишь в тех устройствах, которые защищены от непогоды.
Проекционно-емкостные экраны
Помимо поверхностно-емкостных экранов, существуют проекционно-емкостные экраны. Их отличие заключается в том, что на внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод, к которому прикасаются, вместе с телом человека образует конденсатор. Благодаря сетке, можно получить точные координаты касания. Проекционно-емкостный экран реагирует на касания в тонких перчатках.
Проекционно-емкостные экраны также обладают высокой прозрачностью (около 90%). Они долговечны и достаточно прочные, поэтому их широко применяют не только в персональной электронике, но и в автоматах, в том числе установленных на улице.
Автор статьи: Sergey Akishkin, Tatiana Kondratieva
Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.
Фарад — это… Что такое Фарад?
Фара́д (обозначение: Ф, F; прежнее название — фара́да) — единица измерения электрической ёмкости в Международной системе единиц (СИ), названа в честь английского физика Майкла Фарадея.
1 фарад равен ёмкости конденсатора, при которой заряд 1 кулон создаёт между его обкладками напряжение 1 вольт:
- 1 Ф = 1 Кл/1 В = I·T/U.
- Ф = А² · с4 · кг−1 · м−2 = Дж/В2 = Кл2/Дж = А · с / В = с/Ом.
Таким образом, конденсатор ёмкостью 1Ф, в идеале, может зарядиться до 1В при зарядке током 1А в течение 1 секунды. На практике же, ёмкость зависит от напряжения на обкладках конденсатора.
Фарад — очень большая ёмкость для уединённого проводника. Ёмкостью 1 Ф обладал бы уединённый металлический шар, радиус которого равен 13 радиусам Солнца. Ёмкость же Земли (точнее, шара размером с Землю, используемого как уединённый проводник) составляет около 710 микрофарад.
Промышленные конденсаторы имеют номиналы, измеряемые в микро-, нано- и пикофарадах и выпускаются ёмкостью до десятков фарад; в звуковой аппаратуре используются гибридные конденсаторы ёмкостью до 40 фарад[1].
Область применения
Фарад измеряет электрическую ёмкость, то есть характеризует заряды, создаваемые электрическими полями. Например в фарадах (и производных единицах) измеряют ёмкость кабелей, конденсаторов, межэлектродные ёмкости различных приборов.
Не следует путать электрическую ёмкость и электрохимическую ёмкость батареек и аккумуляторов, которая имеет другую природу и измеряется в других единицах — ампер-часах, соразмерных электрическому заряду (1 ампер-час равен 3600 кулонам).
Кратные и дольные единицы
Образуют с помощью стандартных приставок СИ.
| Кратные | Дольные | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| величина | название | обозначение | величина | название | обозначение | ||
| 101 Ф | декафарад | даФ | daF | 10−1 Ф | децифарад | дФ | dF |
| 102 Ф | гектофарад | гФ | hF | 10−2 Ф | сантифарад | сФ | cF |
| 103 Ф | килофарад | кФ | kF | 10−3 Ф | миллифарад | мФ | mF |
| 106 Ф | мегафарад | МФ | MF | 10−6 Ф | микрофарад | мкФ | µF |
| 109 Ф | гигафарад | ГФ | GF | 10−9 Ф | нанофарад | нФ | nF |
| 1012 Ф | терафарад | ТФ | TF | 10−12 Ф | пикофарад | пФ | pF |
| 1015 Ф | петафарад | ПФ | PF | 10−15 Ф | фемтофарад | фФ | fF |
| 1018 Ф | эксафарад | ЭФ | EF | 10−18 Ф | аттофарад | аФ | aF |
| 1021 Ф | зеттафарад | ЗФ | ZF | 10−21 Ф | зептофарад | зФ | zF |
| 1024 Ф | йоттафарад | ИФ | YF | 10−24 Ф | йоктофарад | иФ | yF |
| применять не рекомендуется не применяются или редко применяются на практике | |||||||
- В советской практике использовались только две единицы — микрофарада и пикофарада. Ёмкость в 1-100 мФ и нФ выражалась в тысячах микрофарад и пикофарад соответственно. Ёмкость в 100-1000 мФ и нФ выражалась в десятых долях фарады и микрофарады соответственно. Никакие другие единицы использовать было не принято.
- Также на схемах электрических цепей и часто в маркировке ранних конденсаторов советского производства число без буквы обозначало величину в пикофарадах, а с буквой м либо m — в микрофарадах. Этот нюанс надо учитывать при чтении схем в старых чертежах журналах советского издания, поскольку обычно одиночная буква «м» обозначает «милли-».
- В текстах на языках, использующих латиницу, очень часто при обозначении микрофарад в тексте заменяют букву µ (мю) на латинскую u (uF вместо µF) из-за отсутствия в раскладке греческих букв.
Связь с единицами измерения в других системах
- Сантиметр (другое название — статфарад, статФ) — единица электрической ёмкости в СГСЭ и гауссовой системе, ёмкость шара радиусом 1 см в вакууме.
- 1 статФ ≈ 1,1126… пФ.
- 1 Ф = 8,9875517873681764×1011 статФ (точно). Коэффициент равен с2×10−5 Ф/см = 100/(4πε0).
- Абфарад — единица электрической ёмкости в СГСМ; очень большая единица, 1 абФ = 109 Ф = 1 ГФ.
См. также
Примечания
- ↑ Однако ёмкость т. н. ионисторов (супер-конденсаторов с двойным электрическим слоем) может достигать многих килофарад.
Работаем с цифровым мультиметром. Часть 3
Добрый день, друзья!
Не так давно мы с вами учились работать с цифровым мультиметром и ознакомились с тем, как измерять ток и напряжение. Это две величины, с которыми чаще всего имеют дело. Но есть и другие параметры, которые могут измеряться цифровыми приборами.
Хорошо бы научиться измерять и их. Вы же хотите стать экспертом в измерениях, правда? Тогда давайте с вами посмотрим
Как измерить емкость конденсатора
Конденсаторы широко применяются в качестве накопителей энергии в источниках питания.
В компьютерном блоке питания их может быть более десятка.
И на материнской плате компьютера их натыкано видимо-невидимо.
За измерение емкости отвечает отдельная группа позиций (внизу слева, левее группы измерения тока). На корпусе вблизи этой области нанесена буква F (Farade, фарада, единица измерения емкости). Емкость измеряют в 5 поддиапазонах: 0 — 2 nF (нанофарад, нФ), 0 — 20 nF, 0 — 200 nF, 0 — 2 мкФ (микрофарад) , 0 — 20 мкФ.
Напомним, что 1 нФ = 1000 пФ (пикофарад), 1 мкФ = 1000 нФ. Отметим, что емкость в 1 Фарад очень велика. Электролитические конденсаторы в блоках питания и на материнской плате имеет емкость в сотни и тысячи микрофарад. Керамические блокировочные конденсаторы имеют емкость в десятки и сотни нанофарад.
Конденсатор при измерении емкости присоединяют не к щупам, а вставляют выводами в специальное гнездо. Это не всегда удобно, так как конденсатор (особенно выпаянный), часто имеет короткие выводы.
Если вставить в гнезда короткие металлические пластинки, удобство пользования тестером возрастает.
Теперь при измерении емкости достаточно коснуться выводами конденсатора металлических пластинок.
Отметим, что хорошо было бы в таких мультиметрах расширить пределы измерения в верхнюю сторону. Большинство электролитических конденсаторов, устанавливаемых в компьютерные блоки питания или на материнские платы, имеет гораздо большую емкость.
Существуют специальные измерители не только емкости, но и ESR (Equivalent Series Resistance, эквивалентное последовательное сопротивление) конденсаторов. Они позволяют оценить емкость в десятки и сотни тысяч микрофарад.
Измерения сопротивления
Следующая группа позиций — для измерения сопротивления (на 7 поддиаазонах): 0 — 200 Ом, 0 — 2 кОм, 0 — 20 кОм, 0 — 200 кОм, 0 — 2 МОм, 0 — 20 МОм, 0 — 200 МОм . Вблизи этой группы нанесен специальный значок (греческая буква Омега).Деление на поддиапазоны обусловлено стремлением точнее измерить величину сопротивления.
Например, сопротивление в несколько Ом лучше измерять на поддиапазоне 0 – 200 Ом, а не на верхних.
На верхних диапазонах будет либо пониженная точность, либо вообще «0» кОм (Мом). Если измерять большие значения сопротивления на нижних диапазонах, то прибор покажет превышение значения (минус и единицу в самом левом разряде).
На младшем поддиапазоне есть возможность «прозвонки» цепей, если их сопротивление не превышает некоей величины (для данного прибора — около 50 Ом).
При этом прибор издает звуковой сигнал. Это очень удобно, в частности, при поиске жил в кабельных соединениях. При этом можно не смотреть на табло прибора, что экономит время.
При измерении сопротивления на самом нижнем поддиапазоне надо учитывать, что щупы прибора также имеют некоторое сопротивление.
Если их замкнуть между собой, прибор покажет не «0» Ом, а некоторую небольшую величину (в диапазоне примерно 0,5 – 1 Ом). Эту величину надо вычесть из измеренного значения.
Отметим, что проводники из металлов имеют небольшое сопротивление. Лучшими проводниками являются медь и серебро. Поэтому, например, обмотки трансформаторов выполняют из медных проводов, а сильноточные контакты покрывают слоем серебра. Чем меньше сопротивление проводника, тем меньше он греется.
Сплавы металлов имеют повышенное сопротивление, соответственно, они сильнее греются, поэтому из них изготавливают различные нагреватели. Кстати сказать, в паяльниках, которые используют при пайке часто используется нихром (сплав НИкеля и ХРОМа).
Изоляторы, наоборот, имеют очень большое сопротивление, поэтому при прикладывании к ним напряжения ток через них практически не протекает. Пример изолятора – стеклотекстолит, из которого изготовлена материнская плата компьютера.
Заканчивая тему измерения сопротивления, отметим, что сопротивление тела человека лежит в пределах от нескольких килоом до нескольких десятков или сотен килоом и зависит от состояния его здоровья и кожных покровов.
Теперь вы знаете, как выполнять измерения и можете оценить сопротивление своего тела. И похвастаться этой величиной и своим умением перед товарищами :yes:
В заключение расскажем, как выполнить
Измерение температуры
Мультиметр может измерять и температуру.
При этом переключатель ставится напротив зеленой метки «Temp».
В гнездо выше переключателя ставится термопара типа К. Термопара — это два проводника из разных сплавов, спаянные в одной точке. При этом на противоположных концах возникает термоЭДС (электродвижущая сила).
Чем сильнее нагрето место спая, тем больше термоЭДС. Прибор измеряет это значение и выводит сразу температуру в привычных нам градусах Цельсия. Отметим, что термопара обладает некоторой инерционностью, особенно при измерении больших температур.
Термопарой можно измерить температуру жала паяльника. При этом важно обеспечить надежный тепловой контакт между нею (шариком спая) и жалом. Отметим, что паяльник в паяльных станциях имеет встроенный датчик, при этом температура жала показывается на специальном табло.
У нас осталась не рассмотренной важная тема – как проверять с помощью цифрового мультиметра полупроводниковые приборы. Этим мы займемся в следующих постах.
Всего наилучшего!
С вами бы Виктор Геронда. До встречи на блоге!
Единица измерения заряда конденсатора
| Фарад | |
|---|---|
| Ф, F | |
| Величина | электрическая ёмкость |
| Система | СИ |
| Тип | производная |
Фара́д (русское обозначение: Ф; международное обозначение: F; прежнее название — фара́да) — единица измерения электрической ёмкости в Международной системе единиц (СИ), названная в честь английского физика Майкла Фарадея [1] . 1 фарад равен ёмкости конденсатора, при которой заряд 1 кулон создаёт между его обкладками напряжение 1 вольт :
Через основные единицы системы СИ фарад выражается следующим образом:
В соответствии с правилами СИ, касающимися производных единиц, названных по имени учёных, наименование единицы «фарад» пишется со строчной буквы, а её обозначение — с заглавной (Ф). Такое написание обозначения сохраняется и в обозначениях производных единиц, образованных с использованием фарада. Например, обозначение единицы измерения абсолютной диэлектрической проницаемости «фарад на метр» записывается как Ф/м.
В Международную систему единиц фарад введён решением XI Генеральной конференции по мерам и весам в 1960 году, одновременно с принятием системы СИ в целом [2] .
Фарад — очень большая ёмкость для уединённого проводника: ёмкостью 1 Ф обладал бы уединённый металлический шар, радиус которого равен 13 радиусам Солнца (ёмкость же шара размером с Землю, используемого как уединённый проводник, составляла бы около 710 микрофарад).
Содержание
Область применения [ править | править код ]
В фарадах измеряют электрическую ёмкость проводников, то есть их способность накапливать электрический заряд. Например, в фарадах (и производных единицах) измеряют: ёмкость кабелей, конденсаторов, межэлектродные ёмкости различных приборов. Промышленные конденсаторы имеют номиналы, измеряемые в микро-, нано- и пикофарадах и выпускаются ёмкостью до ста фарад; в звуковой аппаратуре используются гибридные конденсаторы ёмкостью до сорока фарад. Ёмкость т. н. ионисторов (супер-конденсаторов с двойным электрическим слоем) может достигать многих килофарад.
Не следует путать электрическую ёмкость и электрохимическую ёмкость батареек и аккумуляторов, которая имеет другую природу и измеряется в других единицах: ампер-часах, соразмерных электрическому заряду (1 ампер-час равен 3600 кулонам).
Эквивалентное представление [ править | править код ]
Фарад может быть выражен через основные единицы системы СИ как:
Таким образом, его значение равно:
Ф = Кл·В −1 = А·с·В −1 = Дж·В −2 = Вт·с·В −2 = Н·м·В −2 = Кл 2 ·Дж −1 = Кл 2 ·Н −1 ·м −1 = с 2 ·Кл 2 ·кг −1 ·м −2 = с 4 ·А 2 ·кг −1 ·м −2 = с·Ом −1 = Ом −1 ·Гц −1 = с 2 ·Гн −1 ,
где Ф — фарад , А — ампер , В — вольт , Кл — кулон , Дж − джоуль , м — метр , Н — ньютон , с — секунда , Вт — ватт , кг — килограмм , Ом — ом , Гц — герц , Гн — генри .
Кратные и дольные единицы [ править | править код ]
Образуются с помощью стандартных приставок СИ.
Конденсатор представляет собой электрическое устройство, которое обладает возможностью накапливать заряд, состоит из обкладок и слоя диэлектрика между ними. Одной из важнейших характеристик прибора является ёмкость.
Единица измерения емкости
В Международной системе СИ за единицу измерения ёмкости конденсатора принимают фарад:
[C] = Ф, где С – обозначение ёмкости устройства.
Международное обозначение – F. Названа в честь английского физика М.Фарадея и используется в Международной системе СИ с 1960г.
Формула для расчёта электроёмкости записывается следующим образом:
- Dq – заряд (измеряется в кулонах, или Кл),
- U – разность потенциалов между обкладками (измеряется в вольтах или В).
Следовательно, 1Ф = 1Кл / 1В.
То есть конденсатор ёмкостью в 1 фарад накапливает на обкладках заряд, равный 1 кулон, создавая напряжение между ними, равное 1 вольт.
В фарадах измеряются электроёмкости проводников и конденсаторов.
Согласно правилам написания, принятых в СИ, если название происходит от фамилии учёного, то полное её название «фарад» пишется с маленькой (строчной) буквы, а её сокращённое название «Ф» – с прописной.
Единица измерения электроёмкости в других системах
Помимо СИ, есть ещё устаревшая система СГС, которой пользовались ранее. Первые три символа в названии обозначают:
Существует две разновидности системы: СГСЭ и СГСМ. Символ Э в СГСЭ обозначает электростатическую систему, а символ М – магнитную. В системе СГСЭ емкость конденсатора измеряется в сантиметрах, или см. Для пересчёта используют соотношение:
- 1см » 1,1126 · 10-12Ф,
- 1Ф » 8,99 · 1011 статФ.
Сантиметр по-другому может называться статфарад, или статФ.
В системе СГСМ единицей измерения является абфарад, или абФ. Абфарад связан с фарадом следующим образом:
1абф = 1·109 Ф = 1ГФ.
Для перевода из СГСЭ и СГСМ в СИ в сети Интернет имеются специальные сервисы, которые позволяют автоматизировать эти действия.
Онлайн переводчик из СГС в СИ
Фарады через основные единицы системы СИ
Для выражения фарады через основные единицы СИ воспользуемся следующими формулами.
Единица измерения заряда вычисляется как:
Dq = I · Dt (2), где:
- I – сила тока (измеряется в амперах или А),
- Dt – время прохождения заряда (измеряется в секундах или с).
В свою очередь, напряжение определяется как работа, которую нужно выполнить для перемещения заряда в электростатическом поле:
U = А / Dq (3), где А – работа по перемещению заряда, определяется в джоулях, или Дж.
Из механики известно, что:
А = F · s = m · a · s (4), где:
- m – масса, измеряется в килограммах, или кг,
- s – перемещение, рассчитывается в метрах, или м,
- a – ускорение, определяется в м/с2.
Из формул 1-4 имеем:
Таким образом, 1 фарад через единицы СИ определяется как:
Кратные единицы ёмкости
При покупке радиодеталей невозможно купить конденсатор с электроёмкостью даже в несколько единиц фарад. Они выпускаются с гораздо меньшими параметрами. Это объясняется тем, что ёмкость в 1 фарад является очень большой величиной. Например, такую электроёмкость может иметь изолированный проводник в форме шара с радиусом в 13 раз больше радиуса Солнца.
Именно по этой причине для характеристики емкостных устройств применяют дольные единицы, которые рассчитываются как доля от определённого числа фарад. Для обозначения используют приставки, которые применяются для сокращения длины записываемого числа.
Таблица перевода дольных единиц
| Приставка | Обозначение | Множитель | |
|---|---|---|---|
| деци | дФ | dF | 10^-1 |
| санти | сФ | sF | 10^-2 |
| милли | мФ | mF | 10^-3 |
| микро | мкФ | F или uF | 10^-6 |
| нано | нФ | nF | 10^-9 |
| пико | пФ | pF, mmF, uuF | 10^-12 |
| фемто | фФ | fF | 10^-15 |
| атто | аФ | aF | 10^-18 |
| зепто | зФ | zF | 10^-21 |
| йокто | иФ | yF | 10^-24 |
Таким образом, если параметр указывается равным 5 uF, то для перевода в фарады необходимо умножить цифру 5 на соответствующий множитель. Получаем 5 uF = 5 · 10-6 F.
В радиотехнике наиболее популярны модели, ёмкость которых измеряется в микрофарадах, нанофарадах (микромикрофарадах) или пикофарадах.
Также промышленность выпускает устройства ионисторы, которые представляют собой конденсаторы, имеющие двойной электрический слой. У некоторых ионисторов ёмкость может измеряться в килофарадах.
Ионистор с характеристикой в 1F
Маркировка конденсаторов в зависимости от ёмкости
Кодировка маленьких по размерам устройств
Существует специальная цифровая кодировка. Её используют для маркировки маленьких по размерам приборов. Кодировка электроёмкости выполняется согласно стандарту EIA.
Внимание! Ёмкость небольших конденсаторов, например, керамических или танталовых, обычно измеряется в пикофарадах, а больших, например, алюминиевых электролитических, в микрофарадах.
Существует специальная таблица таких обозначений, с помощью которой можно быстро подобрать такую же или аналогичную радиодеталь по соответствующему коду. Её можно свободно найти в Интернете.
В старых маркировках использовалась следующая кодировка. Если нанесено целое двузначное число, значит, значение ёмкость измеряется в пикофарадах, а если нанесена десятичная дробь, значит, параметр определяется в микрофарадах.
Например, радиодеталь с параметром 1000 nF =1 uF будет иметь маркировку 105, с параметрами 820 nF = 0, 82 uF – маркировку 824, а 0,27 uF = 270nF будет обозначено кодом 274.
В настоящее время, если на устройстве нанесено значение, не содержащее буквы, то оно обозначает ёмкость в пикофарадах. Если перед цифрами или после них стоит символ «н» («n»), то это означает, что значение даётся в нанофарадах, если «мк» («m», «u») – микрофарадах. В том случае, когда символ располагается перед числом, цифры в нём обозначают сотые доли. Например, n61 расшифровывается как 0,61нФ. Если символ располагается посередине значения, то на место символа нужно поставить запятую. Сам символ покажет единицы измерения. Например, 5u2 обозначает 5,2 мкФ.
Также в настоящее время используется цифровая кодировка, содержащая три числа. Первые две цифры являются числовыми характеристиками ёмкости. Параметр при этом измеряется в пикофарадах. Если значение меньше 1, то первая цифра – 0. Третья цифра определяет множитель, на который нужно умножить число, получаемое из первых двух цифр.
В случае, когда последнее число находится в диапазоне от 0 до 6, к значению дописывают количество нулей, равное третьей цифре. Например, если указано число 270, то устройство имеет параметр 27 пФ, если 271 – то на 270 пФ.
Если число равно 8, то в этом случае множитель равен 0,01. То есть если указано число 278, то ёмкость будет равна 27 · 10-2 = 0,27. Когда третье число равно 9, то множитель будет 0,1. Например, маркировка 109 указывает на электроёмкость в 1 пФ.
Если в кодировке присутствует символ «R», то параметр указывается в пикофарадах, а символ показывает место расположения запятой. Например, 4R1 расшифровывается как 4,1пФ.
Кодировка больших по размерам устройств
На больших по габаритным размерам конденсаторах маркировка наносится сверху на корпус, причём в данном случае будет присутствовать полная информация о параметрах устройства.
В обозначениях может встречаться значение MF. В приставках Международной системы единиц СИ если перед единицей измерения располагается большая буква М, то это обозначает, что должен использоваться множитель 106. В случае с конденсатором это всё равно будет обозначать микрофарады.
Также может встречаться обозначение МFD или mfd. В данном случае сочетание символов «fd» обозначает farad. Таким образом, если на корпусе написано 5 mfd, то значит, что конденсатор используется на 5 микрофарад.
Маркировка больших по размерам конденсаторов
Таким образом, при ремонте электросхемы, содержащей конденсатор, нужно правильно читать маркировку устройства и соответственно информации подбирать нужный прибор.
Видео
Конденсатор – электронный компонент, предназначенный для накопления электрического заряда. Способность конденсатора накапливать электрический заряд зависит от его главной характеристики – емкости. Емкость конденсатора (С) определяется как соотношение количества электрического заряда (Q) к напряжению (U).
Емкость конденсатора измеряется в фарадах (F) – единицах, названых в честь британского ученого физика Майкла Фарадея. Емкость в один фарад (1F) равняется количеству заряда в один кулон (1C), создающему напряжение на конденсаторе в один вольт (1V). Вспомним, что один кулон (1С) равняется величине заряда, прошедшего через проводник за одну секунду (1sec) при силе тока в один ампер (1A).
Однако кулон, это очень большое количество заряда относительно того, сколько способно хранить большинство конденсаторов. По этой причине, для измерения емкости обычно используют микрофарады (µF или uF), нанофарады (nF) и пикофарады (pF).
- 1µF = 0.000001 = 10 -6 F
- 1nF = 0.000000001 = 10 -9 F
- 1pF = 0.000000000001 = 10 -12 F
Плоский конденсатор
Существует множество типов конденсаторов различной формы и внутреннего устройства. Рассмотрим самый простой и принципиальный — плоский конденсатор. Плоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин проводника (обкладок), электрически изолированных друг от друга воздухом, или специальным диэлектрическим материалом (например бумага, стекло или слюда).
Заряд конденсатора. Ток
По своему предназначению конденсатор напоминает батарейку, однако все же он сильно отличается по принципу работы, максимальной емкости, а также скорости зарядки/разрядки.
Рассмотрим принцип работы плоского конденсатора. Если подключить к нему источник питания, на одной пластине проводника начнут собираться отрицательно заряженные частицы в виде электронов, на другой – положительно заряженные частицы в виде ионов. Поскольку между обкладками находиться диэлектрик, заряженные частицы не могут «перескочить» на противоположную сторону конденсатора. Тем не менее, электроны передвигаются от источника питания — до пластины конденсатора. Поэтому в цепи идет электрический ток.
В самом начале включения конденсатора в цепь, на его обкладках больше всего свободного места. Следовательно, начальный ток в этот момент встречает меньше всего сопротивления и является максимальным. По мере заполнения конденсатора заряженными частицами ток постепенно падает, пока не закончится свободное место на обкладках и ток совсем не прекратится.
Время между состояниями «пустого» конденсатора с максимальным значением тока, и «полного» конденсатора с минимальным значением тока (т.е. его отсутствием), называют переходным периодом заряда конденсатора.
Заряд конденсатора. Напряжение
В самом начале переходного периода зарядки, напряжение между обкладками конденсатора равняется нулю. Как только на обкладках начинают появляться заряженные частицы, между разноименными зарядами возникает напряжение. Причиной этому является диэлектрик между пластинами, который «мешает» стремящимся друг к другу зарядам с противоположным знаком перейти на другую сторону конденсатора.
На начальном этапе зарядки, напряжение быстро растет, потому что большой ток очень быстро увеличивает количество заряженных частиц на обкладках. Чем больше заряжается конденсатор, тем меньше ток, и тeм медленнее растет напряжение. В конце переходного периода, напряжение на конденсаторе полностью прекратит рост, и будет равняться напряжению на источнике питания.
Как видно на графике, сила тока конденсатора напрямую зависит от изменения напряжения.
Формула для нахождения тока конденсатора во время переходного периода:
- Ic — ток конденсатора
- C — Емкость конденсатора
- ΔVc/Δt – Изменение напряжения на конденсаторе за отрезок времени
Разряд конденсатора
После того как конденсатор зарядился, отключим источник питания и подключим нагрузку R. Так как конденсатор уже заряжен, он сам превратился в источник питания. Нагрузка R образовала проход между пластинами. Отрицательно заряженные электроны, накопленные на одной пластине, согласно силе притяжения между разноименными зарядами, двинутся в сторону положительно заряженных ионов на другой пластине.
В момент подключения R, напряжение на конденсаторе то же, что и после окончания переходного периода зарядки. Начальный ток по закону Ома будет равняться напряжению на обкладках, разделенном на сопротивление нагрузки.
Как только в цепи пойдет ток, конденсатор начнет разряжаться. По мере потери заряда, напряжение начнет падать. Следовательно, ток тоже упадет. По мере понижения значений напряжения и тока, будет снижаться их скорость падения.
Время зарядки и разрядки конденсатора зависит от двух параметров – емкости конденсатора C и общего сопротивления в цепи R. Чем больше емкость конденсатора, тем большее количество заряда должно пройти по цепи, и тем больше времени потребует процесс зарядки/разрядки ( ток определяется как количество заряда, прошедшего по проводнику за единицу времени). Чем больше сопротивление R, тем меньше ток. Соответственно, больше времени потребуется на зарядку.
Продукт RC (сопротивление, умноженное на емкость) формирует временную константу τ (тау). За один τ конденсатор заряжается или разряжается на 63%. За пять τ конденсатор заряжается или разряжается полностью.
Для наглядности подставим значения: конденсатор емкостью в 20 микрофарад, сопротивление в 1 килоом и источник питания в 10В. Процесс заряда будет выглядеть следующим образом:
Устройство конденсатора. От чего зависит емкость?
Емкость плоского конденсатора зависит от трех основных факторов:
- Площадь пластин — A
- Расстояние между пластинами – d
- Относительная диэлектрическая проницаемость вещества между пластинами — ɛ
Площадь пластин
Чем больше площадь пластин конденсатора, тем больше заряженых частиц могут на них разместится, и тем больше емкость.
Расстояние между пластинами
Емкость конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Для того чтобы объяснить природу влияния этого фактора, необходимо вспомнить механику взаимодействия зарядов в пространстве (электростатику).
Если конденсатор не находится в электрической цепи, то на заряженные частицы, расположенные на его пластинах влияют две силы. Первая — это сила отталкивания между одноименными зарядами соседних частиц на одной пластине. Вторая – это сила притяжения разноименных зарядов между частицами, находящимися на противоположных пластинах. Получается, что чем ближе друг к другу находятся пластины, тем больше суммарная сила притяжения зарядов с противоположным знаком, и тем больше заряда может разместится на одной пластине.
Относительная диэлектрическая проницаемость
Не менее значимым фактором, влияющим на емкость конденсатора, является такое свойство материала между обкладками как относительная диэлектрическая проницаемость ɛ. Это безразмерная физическая величина, которая показывает во сколько раз сила взаимодействия двух свободных зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме.
Материалы с более высокой диэлектрической проницаемостью позволяют обеспечить большую емкость. Объясняется это эффектом поляризации – смещением электронов атомов диэлектрика в сторону положительно заряженной пластины конденсатора.
Поляризация создает внутренне электрическое поле диэлектрика, которое ослабляет общую разность потенциала (напряжения) конденсатора. Напряжение U препятствует притоку заряда Q на конденсатор. Следовательно, понижение напряжения способствует размещению на конденсаторе большего количества электрического заряда.
Ниже приведены примеры значений диэлектрической проницаемости для некоторых изоляционных материалов, используемых в конденсаторах.
- Бумага – от 2.5 до 3.5
- Стекло – от 3 до 10
- Слюда – от 5 до 7
- Порошки оксидов металлов – от 6 до 20
Номинальное напряжение
Второй по значимости характеристикой после емкости является максимальное номинальное напряжение конденсатора. Данный параметр обозначает максимальное напряжение, которое может выдержать конденсатор. Превышение этого значения приводит к «пробиванию» изолятора между пластинами и короткому замыканию. Номинальное напряжение зависит от материала изолятора и его толщины (расстояния между обкладками).
Следует отметить, что при работе с переменным напряжением нужно учитывать именно пиковое значение (наибольшее мгновенное значение напряжения за период). Например, если эффективное напряжение источника питания будет 50В, то его пиковое значение будет свыше 70В. Соответственно необходимо использовать конденсатор с номинальным напряжением более 70В. Однако на практике, рекомендуется использовать конденсатор с номинальным напряжением не менее в два раза превышающим максимально возможное напряжение, которое будет к нему приложено.
Ток утечки
Также при работе конденсатора учитывается такой параметр как ток утечки. Поскольку в реальной жизни диэлектрик между пластинами все же пропускает маленький ток, это приводит к потере со временем начального заряда конденсатора.
Электрическая емкость
Автор: Евгений Живоглядов.
Дата публикации: .
Категория: Статьи.
Сообщение электрического разряда проводнику называется электризацией. Чем больший заряд принял проводник, тем больше его электризация, или, иначе говоря, тем выше его электрический потенциал.
Между количеством электричества и потенциалом данного уединенного проводника существует линейная зависимость: отношение заряда проводника к его потенциалу есть величина постоянная:
Для какого-либо другого проводника отношение заряда к потенциалу есть также величина постоянная, но отличная от этого отношения для первого проводника.
Одной из причин, влияющих на эту разницу, являются размеры самого проводника. Один и тот же заряд, сообщенный различным проводникам, может создать различные потенциалы. Чтобы повысить потенциал какого-либо проводника на одну единицу потенциала, необходим определенный заряд.
Электрическая емкость и ее единица измерения
Свойство проводящих тел накапливать и удерживать электрический заряд, измеряемое отношением заряда уединенного проводника к его потенциалу, называется электрической емкостью, или просто емкостью, и обозначается буквой С.
Приведенная формула электрической емкости позволяет установить единицу электрической емкости.
Практически заряд измеряется в кулонах, потенциал в вольтах, а емкость в фарадах:
Емкостью в 1 фараду обладает проводник, которому сообщают заряд в 1 кулон и при этом потенциал проводника увеличивается на 1 вольт.
Единица измерения электрической емкости – фарада (обозначается ф или F) очень велика. Поэтому чаще пользуются более мелкими единицами – микрофарадой (мкф или μF), составляющей миллионную часть фарады:
1 мкф = 10-6ф ,
и пикофарадой (пф), составляющей миллионную часть микрофарады:
1 пф = 10-6мкф = 10-12ф .
Найдем выражение практической единицы – фарады в абсолютных единицах:
Электрический конденсатор
Устройство, предназначенное для накопления электрических зарядов, называется электрическим конденсатором.
Рисунок 1. Модель простейшего конденсатора
Конденсатор состоит из двух металлических пластин (обкладок), разделенных между собой слоем диэлектрика. Чтобы зарядить конденсатор, нужно его обкладки соединить с полюсами электрической машины. Разноименные заряды, скопившиеся на обкладках конденсатора, связаны между собой электрическим полем. Близко расположенные пластины конденсатора, влияя одна на другую, позволяют получить на обкладках большой электрический заряд при относительно невысокой разности потенциалов между обкладками. Электрическая емкость конденсатора есть отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между его обкладками:
Как показывают измерения, емкость конденсатора увеличится, если увеличить поверхность обкладок или приблизить их одну к другой. На емкость конденсатора оказывает влияние также материал диэлектрика. Чем больше электрическая проницаемость диэлектрика, тем больше емкость конденсатора по сравнению с емкостью того же конденсатора, диэлектриком в котором служит пустота (воздух). Выбирая диэлектрик для конденсатора, нужно стремиться к тому, чтобы диэлектрик обладал большой электрической прочностью (хорошими изолирующими качествами). Плохой диэлектрик приводит к пробою его и разряду конденсатора. Несовершенный диэлектрик повлечет за собой утечку тока через него и постепенный разряд конденсатора.
Длинные линии передачи высокого напряжения можно рассматривать как своеобразные обкладки конденсатора. Емкость провода нужно рассматривать не только относительно другого провода, но также относительно земли, стен помещений и окружающих предметов. Значительной емкостью обладают подводные и подземные кабели ввиду близкого расположения токоведущих жил между собой.
Конденсатор постоянной емкости
Конденсаторы, емкость которых изменять нельзя, называются конденсаторами постоянной емкости.
Рисунок 2. Схема устройства конденсатора
постоянной емкости
Наиболее распространенные в настоящее время конденсаторы постоянной емкости состоят из очень тонких металлических (станиолевых) листов с парафинированной бумажной или слюдяной прослойкой между ними.
Для увеличения емкости (увеличения площади пластин конденсатора) чаще всего берут по нескольку станиолевых листов и соединяют их в две группы, входящие одна в другую и разделенные диэлектриком, как схематически показано на рисунке 2. Иногда также берут две длинные станиолевые пластины, прокладывают между ними и снаружи парафинированную бумагу и затем свертывают все в компактный пакет или трубку. Конденсаторы большой емкости во многих случаях помещают в металлическую коробку и заливают парафином.
Рисунок 3. Внешний вид современных конденсаторов постоянной емкости
Определим емкость плоского конденсатора. Возьмем произвольную замкнутую поверхность вокруг одной из пластин конденсатора. Тогда по теореме Гаусса поток вектора напряженности, проходящий через любую замкнутую поверхность, внутри которой находится электрический заряд, равен:
| (1) |
Предполагая, что поле конденсатора однородно (пренебрегая искажением поля у краев пластин), получаем напряженность электрического поля в конденсаторе:
| (2) |
где d – расстояние между пластинами или толщина диэлектрика. Подставив значение E из формулы (2) в формулу (1), получим:
откуда
Так как
то выражение емкости плоского конденсатора примет вид:
где S – площадь пластин в м²; d – толщина диэлектрика в м; ε – относительная электрическая проницаемость диэлектрика (диэлектрическая проницаемость).
Таким образом, для увеличения емкости плоского конденсатора нужно увеличить площадь его пластин (обкладок) S, уменьшить расстояние между ними d и в качестве диэлектрика поставить материал с большой относительной электрической проницаемостью (ε).
Видео об устройстве конденсатора постоянной емкости:
Конденсатор переменной емкости
Конденсаторы, емкость которых можно менять, называются конденсаторами переменной емкости.
Наиболее простой конденсатор переменной емкости имеет несколько (реже один) медных или алюминиевых полудисков, соединенных между собой электрически и укрепленных неподвижно. Другой ряд таких же полудисков собран на общей оси. При повороте этой оси каждый из укрепленных на ней полудисков входит меду двумя неподвижными полудисками. Поворачивая ось и меняя таким образом взаимное расположение подвижных и неподвижных полудисков, мы можем менять емкость конденсатора. На рисунке 3 показана схема устройства и на рисунке 4 – общий вид воздушного конденсатора переменной емкости.
Рисунок 3. Схема устройства конденсатора переменной емкости
Рисунок 4. Общий вид конденсатора переменной емкости
Видео об устройстве серийного конденсатора переменной емкости:
Видео о том, как можно сделать самодельный конденсатор переменной емкости своими руками:
Электролитические конденсаторы
В радиотехнике применяются также электролитические конденсаторы. Эти конденсаторы изготовляются двух типов: жидкостные и сухие. В обоих типах конденсаторов употребляется оксидированный алюминий. Путем специальной электрохимической обработки на поверхности алюминия получают тонкий (порядка нескольких десятков микрон) слой оксида алюминия Al2O3, представляющий так называемую оксидную изоляцию алюминия. Оксидная изоляция обладает электроизолирующими свойствами, а также является механически прочной, нагревостойкой, но гигроскопичной.
В жидкостных электролитических конденсаторах алюминиевую оксидированную пластину помещают внутрь металлического корпуса, который служит второй пластиной. В корпус заливают электролит, состоящий из раствора борной кислоты с некоторыми примесями.
Сухие электролитические конденсаторы изготовляют путем сворачивания трех лент. Одна лента представляет собой алюминиевую оксидированную фольгу (тонко раскатанный лист металла). Другой пластиной является лента из алюминиевой фольги. Между двумя металлическими лентами помещается бумажная или марлевая лента, пропитанная вязким электролитом. Плотно свернутые ленты помещаются в алюминиевый корпус и заливаются битумом. Тонкий оксидный изолирующий слой с высокой электрической проницаемостью (ε = 9) позволяет получить дешевые конденсаторы с большой удельной емкостью.
Видео об устройстве электролитического конденсатора:
Параллельное соединение конденсаторов
Рисунок 5. Параллельное
соединение конденсаторов
Когда емкость конденсатора мала, то соединяют несколько конденсаторов параллельно (рисунок 5).
При параллельном соединении конденсаторов напряжение на обкладках каждого конденсатора одно и то же. Поэтому можно написать:
U1 = U2 = U3 = U .
Количество электричества (заряд) каждого конденсатора:
q1 = C1 × U; q2 = C2 × U; q3 = C3 × U .
Общий заряд батареи конденсаторов:
q = q1 + q2 + q3 ;
q = C1 × U + C2 × U + C3 × U = U (C1 + C2 + C3) .
Обозначая емкость батареи конденсаторов через C, получаем:
q = C × U ,
тогда
C × U = U × (C1 + C2 + C3)
или окончательно формула емкости при параллельном соединении конденсаторов примет вид:
C = C1 + C2 + C3 .
Следовательно, при параллельном соединении конденсаторов общая емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов. При параллельном соединении каждый конденсатор окажется включенным на полное напряжение сети.
Последовательное соединение конденсаторов
Рисунок 6. Последовательное
соединение конденсаторов
Рассмотрим последовательное соединение конденсаторов (рисунок 6).
Если левая обкладка первого конденсатора заряжена положительно (+), то вследствие электростатической индукции правая обкладка этого конденсатора получит отрицательный заряд (–), перешедший с левой обкладки второго конденсатора, которая сама зарядится положительно, и так далее. Значит, при последовательном соединении каждый конденсатор независимо от величины его емкости получит один и тот же заряд, то есть
q1 = q2 = q3 = q .
Напряжение, приложенное ко всей батареи конденсаторов, равно сумме напряжений на обкладках каждого конденсатора:
U = U1 + U2 + U3 .
Так как
для всей батареи
теперь можно написать
или, сокращая на q, получим окончательно, что емкость конденсаторов при последовательном соединении равна:
Таким образом, при последовательном соединении конденсаторов обратная величина общей емкости равна сумме обратных величин емкостей отдельных конденсаторов. Каждый из конденсаторов включен на меньшее напряжение, чем напряжение сети.
Конденсаторы широко применяются в радиотехнике, рентгенотехнике, высокочастотной промышленной электротехнике, для увеличения коэффициента мощности электроустановок и так далее.
Источник: Кузнецов М.И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560с.
Емкость
- • Что такое емкость?
- • Диэлектрик.
- • диэлектрическая проницаемость.
- • Диэлектрическая прочность и максимальное рабочее напряжение.
- • Расчет заряда конденсатора.
Емкость
Количество энергии, которое может хранить конденсатор, зависит от величины или ЕМКОСТИ конденсатора.Емкость (символ C) измеряется в основной единице FARAD (символ F). Один фарад — это величина емкости, которая может хранить 1 кулон (6,24 x 10 18 электронов), когда он заряжен до напряжения 1 вольт. Однако Фарада слишком большая единица для использования в электронике, поэтому следующие единицы емкости более полезны.
| Дополнительный блок | Аббревиатура | Стандартные обозначения |
|---|---|---|
| мкФ | мкФ | х 10 -6 |
| нано Фарады | нФ | х 10 -9 |
| пик Фарады | пФ | х 10 -12 |
Помните, однако, что при решении задач, связанных с емкостью, формулы, используемые значения должны быть в основных единицах измерения — фарадах, вольтах и т. Д.Поэтому при вводе значения 0,47 нФ, например, в формулу (или ваш калькулятор), его следует вводить в фарадах, используя версию стандартной формы для инженерных обозначений: 0,47 x 10 -9 (Загрузите буклет «Советы по математике», чтобы узнать больше Информация).
Емкость зависит от четырех вещей;
1. Площадь пластин
2. Расстояние между пластинами
3. Тип диэлектрического материала
4. температура
Из этих четырех наименьшее влияние на большинство конденсаторов оказывает температура.Стоимость большинства конденсаторов довольно стабильна в «нормальном» диапазоне температур.
Значения конденсатора могут быть фиксированными или переменными. Большинство переменных конденсаторов имеют очень маленькое значение (несколько десятков или сотен пФ). Значение варьируется в зависимости от:
- • Изменение площади пластин.
- • Изменение толщины диэлектрика.
Емкость (C) ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА ОБЛАСТИ ДВУХ ПЛАСТИН , которые непосредственно перекрываются, чем больше площадь перекрытия, тем больше емкость.
Емкость ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛЬНО РАССТОЯНИЮ МЕЖДУ ПЛАСТИНАМИ. т.е. если пластины раздвигаются, емкость уменьшается.
Диэлектрик
Электроны на одной пластине конденсатора влияют на электроны на другой пластине, вызывая искажение орбит электронов внутри диэлектрического материала (изолирующего слоя между пластинами). Величина искажения зависит от природы диэлектрического материала и измеряется диэлектрической проницаемостью материала.
Разрешение
Проницаемость указывается для любого конкретного материала как ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ДОПУСТИМОСТЬ, которая является мерой эффективности диэлектрического материала. Это число без единиц измерения, которое показывает, насколько диэлектрическая проницаемость материала больше диэлектрической проницаемости воздуха (или вакуума), для которой задана диэлектрическая проницаемость 1 (единица). Например, если диэлектрический материал, такой как слюда, имеет относительную диэлектрическую проницаемость 6, это означает, что конденсатор будет иметь диэлектрическую проницаемость, а значит, и емкость, в шесть раз больше, чем у конденсатора с такими же размерами, но диэлектриком которого является воздух.
Диэлектрическая прочность
Другой важный аспект диэлектрика — ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ. это указывает на способность диэлектрика выдерживать напряжение, приложенное к нему, когда конденсатор заряжен. В идеале диэлектрик должен быть как можно более тонким, чтобы обеспечить максимальную емкость для данного размера компонента. Однако чем тоньше диэлектрический слой, тем легче разрушаются его изоляционные свойства. Таким образом, диэлектрическая прочность определяет максимальное рабочее напряжение конденсатора.
Максимальное рабочее напряжение (VDCwkg макс.)
При использовании конденсаторов очень важно, чтобы максимальное рабочее напряжение, указанное производителем, не превышалось. В противном случае существует большая опасность внезапного пробоя изоляции внутри конденсатора. Поскольку в это время на конденсаторе существует максимальное напряжение (отсюда и пробой), большие токи будут протекать с реальным риском возгорания или взрыва в некоторых цепях.
Заряд конденсатора.
Заряд (Q) конденсатора зависит от комбинации вышеперечисленных факторов, которые можно представить вместе как емкость (C) и приложенное напряжение (V). Для компонента данной емкости соотношение между напряжением и зарядом является постоянным. Увеличение приложенного напряжения приводит к пропорциональному увеличению заряда. Эту связь можно выразить формулой;
Q = CV
или
C = Q / V
или
V = Q / C
Где V — приложенное напряжение в вольтах.
C — емкость в Фарадах.
Q — количество заряда в кулонах.
Итак, любая из этих величин может быть найдена, если известны две другие. Формулы можно легко переставить, используя простой треугольник, аналогичный тому, который используется для расчета закона Ома при проведении расчетов резисторов.
Емкость— Energy Education
Рисунок 1. Чертеж конденсатора с емкостью 400 мкФ, отмеченной сбоку. [1]Емкость — это способность объекта (материала определенной геометрии) накапливать электрический заряд.В частности, это мера способности изолированного проводника накапливать заряд при заданной разнице напряжений. [2] В этом смысле емкость объекта — это соотношение между его зарядом при определенной разности напряжений и этой разностью напряжений. Функционально это приводит к тому, что емкость также является мерой того, сколько энергии может хранить конденсатор.
Часто под емкостью понимают физическое свойство конденсатора, который имеет две проводящие пластины, расположенные близко друг к другу.Емкость математически описывается как:
[математика] C = \ frac {q} {V} [/ math]- [math] C [/ math] — емкость, измеряемая в фарадах
- [math] q [/ math] — это заряд положительной пластины конденсатора, измеренный в кулонах
- [math] V [/ math] — напряжение проводника, измеренное в вольтах.
Емкость измеряется в фарадах (F), где 1 фарад представляет 1 кулон на вольт.Это означает, что если бы изолированный проводник имел емкость 1 фарад и был заряжен 1 кулоном, на его поверхности было бы напряжение 1 вольт. Существует также альтернативный способ определения емкости конденсатора, если известны его размеры. Если площадь пластин конденсатора может быть определена, емкость можно рассчитать по выражению: [3]
[математика] C = \ frac {\ varepsilon_ {0} \ varepsilon_ {r} A} {d} [/ math]- [math] C [/ math] — емкость, измеряемая в фарадах (F)
- [math] \ varepsilon_ {0} [/ math] — постоянная, называемая диэлектрической проницаемостью свободного пространства = 8.854188×10 -12 Ф / м [4]
- [math] \ varepsilon_ {r} [/ math] — относительная диэлектрическая проницаемость материала между пластинами
- [math] A [/ math] — площадь поверхности пластин конденсатора, измеренная в квадратных метрах (м 2 )
- [math] d [/ math] — это расстояние между пластинами, измеряемое в метрах (м)
Уравнение показывает, что на емкость влияют размеры конденсатора.
Для дальнейшего чтения
Список литературы
- ↑ «Электролитический конденсатор, радиальный, 16×30 (цветной)», под лицензией на общественное достояние через Wikimedia Commons — http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electrolytic_Capacitor,_Radial,_16x30_(Coloured).svg#/media/ Файл: Electrolytic_Capacitor, _Radial, _16x30_ (Coloured) .svg
- ↑ П. Типлер и Г. Моска, «Электростатическая энергия и емкость», в Physics for Scientists and Engineers Volume 2, 5th ed. Фримен, гл.24. С. 752-755.
- ↑ Р. Коц и М. Карлен, «Принципы и применение электрохимических конденсаторов», Electrochim. Acta , т. 45, нет. 15-16, стр. 2483-2498, май 2000 г.
- ↑ А. Д. Макнот и А. Уилкинсон. (2012, 8 сентября). Проницаемость вакуума [Online]. Доступно: http://goldbook.iupac.org/P04508.html
Если емкость наноконденсатора измеряется по физике класса 12 CBSE
Подсказка: Мы должны применить концепцию емкости и ее единицы, чтобы найти правильный вариант.{2}} {{a} _ {o}}} {hc} $Следовательно, вариант $ (C) $ является правильным среди данных вариантов.
Примечание:
Мы должны позаботиться о правильной формуле размеров. Мы должны использовать размерный анализ для получения правильных результатов. Наши расчеты должны быть точными. Мы также можем решить эту проблему, используя единицы измерения в терминах их математических формул вместо единиц измерения.
Конденсаторы и диэлектрики | Физика II
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Опишите действие конденсатора и определите емкость.
- Объясните, что такое конденсаторы с параллельными пластинами и их емкости.
- Обсудите процесс увеличения емкости диэлектрика.
- Определите емкость при заданном заряде и напряжении.
Конденсатор — это устройство, используемое для хранения электрического заряда. Конденсаторы имеют различные применения: от фильтрации статического электричества при радиосигнале до накопления энергии в дефибрилляторах сердца. Обычно в промышленных конденсаторах две проводящие части расположены близко друг к другу, но не соприкасаются, как показано на рисунке 1.(В большинстве случаев между двумя пластинами используется изолятор для обеспечения разделения — см. Обсуждение диэлектриков ниже.) Когда клеммы батареи подключены к первоначально незаряженному конденсатору, равные количества положительного и отрицательного заряда, + Q и — Q , разделены на две пластины. Конденсатор в целом остается нейтральным, но в этом случае мы называем его хранящим заряд Q .
Рис. 1. Оба конденсатора, показанные здесь, были изначально разряжены перед подключением к батарее.Теперь у них есть разделенные заряды + Q и — Q на своих двух половинах. (а) Конденсатор с параллельными пластинами. (b) Скрученный конденсатор с изоляционным материалом между двумя проводящими листами.
Конденсатор
Конденсатор — это устройство, используемое для хранения электрического заряда.
Количество заряда Q , которое может хранить конденсатор , зависит от двух основных факторов — приложенного напряжения и физических характеристик конденсатора, таких как его размер.
Количество заряда
Q конденсатор может хранитьКоличество заряда Q , которое может хранить конденсатор , зависит от двух основных факторов — приложенного напряжения и физических характеристик конденсатора, таких как его размер.
Рис. 2. Линии электрического поля в этом конденсаторе с параллельными пластинами, как всегда, начинаются с положительных зарядов и заканчиваются отрицательными. Поскольку напряженность электрического поля пропорциональна плотности силовых линий, она также пропорциональна количеству заряда на конденсаторе.
Система, состоящая из двух идентичных параллельных проводящих пластин, разделенных расстоянием, как на рисунке 2, называется конденсатором с параллельными пластинами . Легко увидеть взаимосвязь между напряжением и накопленным зарядом для конденсатора с параллельными пластинами, как показано на рисунке 2. Каждая линия электрического поля начинается с отдельного положительного заряда и заканчивается отрицательным, так что поля будет больше. линии, если есть больше заряда. (Рисование одной линии поля для каждой зарядки — это только для удобства.Мы можем нарисовать много силовых линий для каждого заряда, но их общее количество пропорционально количеству зарядов.) Напряженность электрического поля, таким образом, прямо пропорциональна Q .
Поле пропорционально начислению:
E ∝ Q ,
, где символ ∝ означает «пропорционально». Из обсуждения электрического потенциала в однородном электрическом поле мы знаем, что напряжение на параллельных пластинах составляет
V = Ed .
Таким образом, V ∝ E . Отсюда следует, что V ∝ Q , и, наоборот,
Q ∝ V .
В целом это верно: чем больше напряжение, приложенное к любому конденсатору, тем больше в нем хранится заряд.
Различные конденсаторы будут накапливать разное количество заряда для одного и того же приложенного напряжения, в зависимости от их физических характеристик. Мы определяем их емкость C так, чтобы заряд Q , хранящийся в конденсаторе, был пропорционален C .Заряд, накопленный в конденсаторе, равен
.Q = CV .
Это уравнение выражает два основных фактора, влияющих на количество накопленного заряда. Этими факторами являются физические характеристики конденсатора C и напряжение В . Изменив уравнение, мы видим, что емкость , C, , — это количество заряда, сохраненного на вольт, , или
.[латекс] C = \ frac {Q} {V} \\ [/ latex].
Емкость
Емкость C — это количество хранимого заряда на вольт, или
[латекс] C = \ frac {Q} {V} \\ [/ латекс]
Единица измерения емкости — фарад (Ф), названная в честь Майкла Фарадея (1791–1867), английского ученого, внесшего вклад в области электромагнетизма и электрохимии. Поскольку емкость — это заряд на единицу напряжения, мы видим, что фарад — это кулон на вольт, или
[латекс] 1 \ text {F} = \ frac {1 \ text {C}} {1 \ text {V}} \\ [/ latex].
Конденсатор емкостью 1 фарад может хранить 1 кулон (очень большое количество заряда) при подаче всего 1 вольт. Таким образом, одна фарада — это очень большая емкость. Типичные конденсаторы варьируются от долей пикофарада (1 пФ = 10 −12 Ф) до миллифарадов (1 мФ = 10 −3 Ф).
На рисунке 3 показаны некоторые распространенные конденсаторы. Конденсаторы в основном изготавливаются из керамики, стекла или пластика, в зависимости от назначения и размера. Как обсуждается ниже, в их конструкции обычно используются изоляционные материалы, называемые диэлектриками.
Рисунок 3. Некоторые типичные конденсаторы. Размер и значение емкости не обязательно связаны. (Источник: Windell Oskay)
Конденсатор с параллельными пластинами
Рис. 4. Конденсатор с параллельными пластинами, разделенные пластинами на расстояние d. Каждая пластина имеет площадь A.
Конденсатор с параллельными пластинами, показанный на рисунке 4, имеет две идентичные проводящие пластины, каждая из которых имеет площадь поверхности A , разделенных расстоянием d (без материала между пластинами).Когда на конденсатор подается напряжение В , он сохраняет заряд Q , как показано. Мы можем увидеть, как его емкость зависит от A и d , рассмотрев характеристики кулоновской силы. Мы знаем, что одинаковые заряды отталкиваются, в отличие от зарядов притягиваются, и сила между зарядами уменьшается с расстоянием. Поэтому кажется вполне разумным, что чем больше пластины, тем больше заряда они могут хранить, потому что заряды могут расходиться больше. Таким образом, C должен быть больше для большего A .Точно так же, чем ближе пластины расположены друг к другу, тем сильнее на них притяжение противоположных зарядов. Таким образом, C должно быть больше для меньшего d .
Можно показать, что для конденсатора с параллельными пластинами есть только два фактора ( A, и d ), которые влияют на его емкость C . Емкость конденсатора с параллельными пластинами в форме уравнения определяется как
[латекс] C = \ epsilon_ {o} \ frac {A} {d} \\ [/ latex].
Емкость параллельного пластинчатого конденсатора
[латекс] C = \ epsilon_ {o} \ frac {A} {d} \\ [/ latex]
A — это площадь одной пластины в квадратных метрах, а d — это расстояние между пластинами в метрах.Константа ε 0 — диэлектрическая проницаемость свободного пространства; его числовое значение в единицах СИ составляет ε 0 = 8,85 × 10 −12 Ф / м. Единицы измерения Ф / м эквивалентны C 2 / Н · м 2 . Небольшое числовое значение ε 0 связано с большим размером фарада. Конденсатор с параллельными пластинами должен иметь большую площадь, чтобы его емкость приближалась к фараду. (Обратите внимание, что приведенное выше уравнение действительно, когда параллельные пластины разделены воздухом или свободным пространством.Когда между пластинами помещается другой материал, уравнение изменяется, как обсуждается ниже.)
Пример 1. Емкость и заряд в параллельном пластинчатом конденсаторе
- Какова емкость конденсатора с параллельными пластинами, каждая из которых имеет площадь 1,00 м 2 , разделенных расстоянием 1,00 мм?
- Какой заряд хранится в этом конденсаторе, если к нему приложено напряжение 3,00 × 10 3 В?
Стратегия
Определение емкости C представляет собой прямое приложение уравнения [латекс] C = \ epsilon_ {o} \ frac {A} {d} \\ [/ latex].{-9} \ text {F} = 8.85 \ text {nF} \ end {array} \\ [/ latex]
Обсуждение части 1
Это небольшое значение емкости указывает на то, насколько сложно сделать устройство с большой емкостью. Помогают специальные методы, такие как использование тонких пленок очень большой площади, расположенных близко друг к другу.
Решениедля части 2
Заряд любого конденсатора определяется уравнением Q = CV . Ввод известных значений в это уравнение дает
[латекс] \ begin {array} {lll} Q & = & CV = \ left (8.{3} \ text {V} \ right) \\\ text {} & = & 26.6 \ mu \ text {C} \ end {array} \\ [/ latex]
Обсуждение по части 2
Этот заряд лишь немного больше, чем у обычного статического электричества. Поскольку воздух разрывается при примерно 3,00 × 10 6 В / м, на этом конденсаторе не может быть накоплено больше заряда за счет увеличения напряжения.
Другой интересный биологический пример, связанный с электрическим потенциалом, обнаружен в плазматической мембране клетки. Мембрана отделяет клетку от окружающей среды, а также позволяет ионам выборочно входить и выходить из клетки.Существует разность потенциалов на мембране около –70 мВ. Это связано с преобладанием отрицательно заряженных ионов в клетке и преобладанием положительно заряженных ионов натрия (Na + ) снаружи. {6} \ text {V / m} \\ [/ latex]
Этого электрического поля достаточно, чтобы вызвать пробой в воздухе.
Диэлектрик
Предыдущий пример подчеркивает сложность сохранения большого количества заряда в конденсаторах. Если d сделать меньше, чтобы получить большую емкость, то максимальное напряжение должно быть уменьшено пропорционально, чтобы избежать пробоя (поскольку [латекс] E = \ frac {V} {d} \\ [/ latex]). Важным решением этой проблемы является размещение изоляционного материала, называемого диэлектриком , между пластинами конденсатора и обеспечение минимально возможного размера d .Мало того, что меньший d увеличивает емкость, многие изоляторы могут выдерживать более сильные электрические поля, чем воздух, прежде чем сломаться.
Есть еще одно преимущество использования диэлектрика в конденсаторе. В зависимости от используемого материала емкость больше, чем заданная уравнением [латекс] C = \ kappa \ epsilon_ {0} \ frac {A} {d} \\ [/ latex], на коэффициент κ , называемый диэлектрическая постоянная . Конденсатор с параллельными пластинами с диэлектриком между пластинами имеет емкость, определяемую выражением [латекс] C = \ kappa \ epsilon_ {0} \ frac {A} {d} \\ [/ latex] (конденсатор с параллельными пластинами с диэлектриком).
Значения диэлектрической проницаемости κ для различных материалов приведены в таблице 1. Обратите внимание, что κ для вакуума равно 1, поэтому приведенное выше уравнение справедливо и в этом случае. Если используется диэлектрик, например, путем помещения тефлона между пластинами конденсатора в примере 1, тогда емкость будет больше в х раз, что для тефлона составляет 2,1.
Эксперимент на вынос: создание конденсатора
Насколько большой конденсатор можно сделать из обертки от жевательной резинки? Пластины будут из алюминиевой фольги, а разделитель (диэлектрик) между ними — из бумаги.
| Таблица 1. Диэлектрическая проницаемость и диэлектрическая прочность для различных материалов при 20ºC | ||
|---|---|---|
| Материал | Диэлектрическая проницаемость κ | Диэлектрическая прочность (В / м) |
| Вакуум | 1,00000 | – |
| Воздух | 1.00059 | 3 × 10 6 |
| Бакелит | 4,9 | 24 × 10 6 |
| Плавленый кварц | 3.78 | 8 × 10 6 |
| Неопреновый каучук | 6,7 | 12 × 10 6 |
| Нейлон | 3,4 | 14 × 10 6 |
| Бумага | 3,7 | 16 × 10 6 |
| Полистирол | 2,56 | 24 × 10 6 |
| Стекло Pyrex | 5,6 | 14 × 10 6 |
| Кремниевое масло | 2.5 | 15 × 10 6 |
| Титанат стронция | 233 | 8 × 10 6 |
| тефлон | 2,1 | 60 × 10 6 |
| Вода | 80 | – |
Обратите внимание, что диэлектрическая проницаемость воздуха очень близка к 1, так что конденсаторы, заполненные воздухом, действуют так же, как конденсаторы с вакуумом между пластинами , за исключением , что воздух может стать проводящим, если напряженность электрического поля становится равной. слишком большой.(Напомним, что [латекс] E = \ frac {V} {d} \\ [/ latex] для конденсатора с параллельными пластинами.) В таблице 1 также показаны максимальные напряженности электрического поля в В / м, которые называются диэлектрической прочностью , для нескольких материалов. Это поля, над которыми материал начинает разрушаться и проводить. Диэлектрическая прочность накладывает ограничение на напряжение, которое может быть приложено для данного расстояния между пластинами. 6 \ text {V / m} \ right) \ left ( 1.{-3} \ text {m} \ right) \\\ text {} & = & 3000 \ text {V} \ end {array} \\ [/ latex]
Однако предел для расстояния 1,00 мм, заполненного тефлоном, составляет 60 000 В, поскольку диэлектрическая прочность тефлона составляет 60 × 10 6 В / м. Таким образом, тот же конденсатор, заполненный тефлоном, имеет большую емкость и может подвергаться гораздо большему напряжению. Используя емкость, которую мы рассчитали в приведенном выше примере для конденсатора с параллельными пластинами, заполненного воздухом, мы обнаружили, что конденсатор с тефлоновым заполнением может хранить максимальный заряд
[латекс] \ begin {array} {lll} Q & = & CV \\\ text {} & = & \ kappa {C} _ {\ text {air}} V \\\ text {} & = & (2.4 \ text {V}) \\\ text {} & = & 1.1 \ text {mC} \ end {array} \\ [/ latex]
Это в 42 раза больше заряда того же конденсатора, заполненного воздухом.
Диэлектрическая прочность
Максимальная напряженность электрического поля, при превышении которой изоляционный материал начинает разрушаться и становится проводником, называется его диэлектрической прочностью.
Микроскопически, как диэлектрик увеличивает емкость? За это отвечает поляризация изолятора. Чем легче он поляризуется, тем больше его диэлектрическая проницаемость κ .Вода, например, представляет собой полярную молекулу , потому что один конец молекулы имеет небольшой положительный заряд, а другой конец имеет небольшой отрицательный заряд. Полярность воды обуславливает ее относительно большую диэлектрическую проницаемость, равную 80. Эффект поляризации лучше всего объясняется характеристиками кулоновской силы. На рис. 5 схематично показано разделение зарядов в молекулах диэлектрического материала, помещенных между заряженными пластинами конденсатора. Кулоновская сила между ближайшими концами молекул и зарядом на пластинах притягивает и очень сильна, поскольку они расположены очень близко друг к другу.Это притягивает больше заряда к пластинам, чем если бы пространство было пустым, а противоположные заряды находились на расстоянии d от.
Рис. 5. (a) Молекулы изоляционного материала между пластинами конденсатора поляризованы заряженными пластинами. Это создает слой противоположного заряда на поверхности диэлектрика, который притягивает больше заряда на пластину, увеличивая ее емкость. (б) Диэлектрик снижает напряженность электрического поля внутри конденсатора, что приводит к уменьшению напряжения между пластинами при одинаковом заряде.Конденсатор сохраняет тот же заряд при меньшем напряжении, что означает, что он имеет большую емкость из-за диэлектрика.
Другой способ понять, как диэлектрик увеличивает емкость, — это рассмотреть его влияние на электрическое поле внутри конденсатора. На рисунке 5 (b) показаны силовые линии электрического поля с установленным диэлектриком. Поскольку силовые линии заканчиваются зарядами в диэлектрике, их меньше, идущих от одной стороны конденсатора к другой. Таким образом, напряженность электрического поля меньше, чем если бы между пластинами был вакуум, даже если бы на пластинах был одинаковый заряд.Напряжение между пластинами составляет В, = Ед, , поэтому оно тоже снижается за счет диэлектрика. Таким образом, есть меньшее напряжение В для того же заряда Q ; поскольку [латекс] C = \ frac {Q} {V} \\ [/ latex], емкость C больше.
Диэлектрическая проницаемость обычно определяется как [латекс] \ kappa = \ frac {E_0} {E} \\ [/ latex], или отношение электрического поля в вакууме к электрическому полю в диэлектрическом материале, и в конечном итоге связанные с поляризуемостью материала.
Великие и малые вещи: субмикроскопическое происхождение поляризации
Поляризация — это разделение зарядов внутри атома или молекулы. Как уже отмечалось, планетарная модель атома изображает его как имеющее положительное ядро, вращающееся вокруг отрицательных электронов, аналогично планетам, вращающимся вокруг Солнца. Хотя эта модель не совсем точна, она очень полезна для объяснения широкого круга явлений и будет уточнена в других местах, например, в атомной физике. Субмикроскопическое происхождение поляризации можно смоделировать, как показано на рисунке 6.
Рис. 6. Художественная концепция поляризованного атома. Орбиты электронов вокруг ядра слегка смещены внешними зарядами (показаны в преувеличении). Получающееся разделение зарядов внутри атома означает, что он поляризован. Обратите внимание, что непохожий заряд теперь ближе к внешним зарядам, вызывая поляризацию.
В атомной физике мы обнаружим, что орбиты электронов более правильно рассматривать как электронные облака с плотностью облака, связанной с вероятностью обнаружения электрона в этом месте (в отличие от определенных местоположений и траекторий планет на их орбитах). вокруг Солнца).Это облако сдвигается кулоновской силой, так что атом в среднем имеет разделенный заряд. Хотя атом остается нейтральным, теперь он может быть источником кулоновской силы, поскольку заряд, поднесенный к атому, будет ближе к одному типу заряда, чем к другому.
Некоторым молекулам, например молекулам воды, присуще разделение зарядов, поэтому они называются полярными молекулами. На рисунке 7 показано разделение зарядов в молекуле воды, которая имеет два атома водорода и один атом кислорода (H 2 O).Молекула воды несимметрична — атомы водорода отталкиваются в одну сторону, придавая молекуле форму бумеранга. Электроны в молекуле воды более сконцентрированы вокруг более заряженного ядра кислорода, чем вокруг ядер водорода. Это делает кислородный конец молекулы слегка отрицательным, а водородный конец слегка положительным. Внутреннее разделение зарядов в полярных молекулах облегчает их выравнивание с внешними полями и зарядами. Следовательно, полярные молекулы проявляют более сильные поляризационные эффекты и имеют более высокие диэлектрические проницаемости.Те, кто изучает химию, обнаружат, что полярная природа воды имеет множество эффектов. Например, молекулы воды собирают ионы гораздо эффективнее, потому что у них есть электрическое поле и разделение зарядов для притяжения зарядов обоих знаков. Кроме того, как было показано в предыдущей главе, полярная вода обеспечивает защиту или экранирование электрических полей в сильно заряженных молекулах, представляющих интерес в биологических системах.
Рис. 7. Художественная концепция молекулы воды. Существует внутреннее разделение зарядов, поэтому вода — полярная молекула.Электроны в молекуле притягиваются к ядру кислорода и оставляют избыток положительного заряда около двух ядер водорода. (Обратите внимание, что схема справа является приблизительной иллюстрацией распределения электронов в молекуле воды. Она не показывает фактическое количество протонов и электронов, участвующих в структуре.)
Исследования PhET: лаборатория конденсаторов
Узнайте, как работает конденсатор! Измените размер пластин и добавьте диэлектрик, чтобы увидеть влияние на емкость.Измените напряжение и посмотрите, как на пластинах накапливаются заряды. Наблюдайте за электрическим полем в конденсаторе. Измерьте напряжение и электрическое поле.
Щелкните, чтобы загрузить симуляцию. Запускать на Java.
Сводка раздела
- Конденсатор — это устройство для накопления заряда.
- Количество заряда Q , которое может хранить конденсатор, зависит от двух основных факторов — приложенного напряжения и физических характеристик конденсатора, таких как его размер.
- Емкость C — это количество накопленного заряда на вольт, или [латекс] C = \ frac {Q} {V} \\ [/ latex].
- Емкость конденсатора с параллельными пластинами составляет [латекс] C = {\ epsilon} _ {0} \ frac {A} {d} \\ [/ latex], когда пластины разделены воздухом или свободным пространством. [latex] {\ epsilon} _ {\ text {0}} [/ latex] называется диэлектрической проницаемостью свободного пространства.
- Конденсатор с параллельными пластинами с диэлектриком между пластинами имеет емкость, определяемую выражением [латекс] C = \ kappa \ epsilon_ {0} \ frac {A} {d} \\ [/ latex], где κ — диэлектрик. постоянная материала.
- Максимальная напряженность электрического поля, при превышении которой изолирующий материал начинает разрушаться и становится проводником, называется электрической прочностью.
Концептуальные вопросы
- Зависит ли емкость устройства от приложенного напряжения? А как насчет хранящегося в нем заряда?
- Используйте характеристики кулоновской силы, чтобы объяснить, почему емкость должна быть пропорциональна площади пластины конденсатора. Аналогичным образом объясните, почему емкость должна быть обратно пропорциональна расстоянию между пластинами.
- Объясните причину, по которой диэлектрический материал увеличивает емкость по сравнению с тем, что было бы с воздухом между пластинами конденсатора.Какова независимая причина того, что диэлектрический материал также позволяет приложить большее напряжение к конденсатору? (Таким образом, диэлектрик увеличивает C и допускает более V .)
- Как полярный характер молекул воды помогает объяснить относительно высокую диэлектрическую проницаемость воды? (См. Рисунок 7.)
- Искры возникают между пластинами заполненного воздухом конденсатора при более низком напряжении, когда воздух влажный, чем когда сухой. Объясните почему, учитывая полярный характер молекул воды.
- Вода имеет большую диэлектрическую проницаемость, но редко используется в конденсаторах. Объяснить, почему.
- Мембраны в живых клетках, включая клетки человека, характеризуются разделением заряда через мембрану. Таким образом, мембраны представляют собой заряженные конденсаторы, важные функции которых связаны с разностью потенциалов на мембране. Требуется ли энергия для разделения этих зарядов в живых мембранах, и если да, то является ли ее источником метаболизм пищевой энергии или каким-либо другим источником?
Рисунок 8.Полупроницаемая мембрана клетки имеет разную концентрацию ионов внутри и снаружи. Диффузия перемещает ионы K + (калий) и Cl — (хлорид) в показанных направлениях, пока кулоновская сила не остановит дальнейший перенос. Это приводит к слою положительного заряда снаружи, слою отрицательного заряда внутри и, следовательно, к напряжению на клеточной мембране. Мембрана обычно непроницаема для Na + (ионы натрия).
Задачи и упражнения
- Какой заряд сохраняется в конденсаторе 180 мкФ, когда к нему приложено 120 В?
- Найдите накопленный заряд, когда 5.50 В подается на конденсатор емкостью 8,00 пФ.
- Какой заряд хранится в конденсаторе в Примере 1?
- Рассчитайте напряжение, приложенное к конденсатору 2,00 мкФ, когда он имеет заряд 3,10 мкКл.
- Какое напряжение необходимо подать на конденсатор емкостью 8,00 нФ для накопления заряда 0,160 мкКл?
- Какая емкость необходима для хранения 3,00 мкКл заряда при напряжении 120 В?
- Какая емкость терминала большого генератора Ван-де-Граафа, учитывая, что он хранит 8?00 мкКл заряда при напряжении 12,0 МВ?
- Найдите емкость конденсатора с параллельными пластинами, площадь пластин которого составляет 5,00 м. 2 , разделенных слоем тефлона 0,100 мм.
- (a) Какова емкость конденсатора с параллельными пластинами, площадь пластин которого составляет 1,50 м 2 , разделенных 0,0200 мм неопренового каучука? (b) Какой заряд он держит, когда к нему приложено 9,00 В?
- Интегрированные концепции. Шутник подает 450 В на 80.Конденсатор 0 мкФ, а затем бросает его ничего не подозревающей жертве. Палец пострадавшего обгорел от разряда конденсатора через 0,200 г мяса. Какое повышение температуры мяса? Разумно ли предполагать отсутствие изменения фазы?
- Необоснованные результаты. (a) Конденсатор с параллельными пластинами имеет площадь пластин 4,00 м 2 , разделенных нейлоном толщиной 0,0100 мм, и накапливает 0,170 Кл заряда. Какое приложенное напряжение? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие предположения являются ответственными или противоречивыми?
Глоссарий
конденсатор: устройство, накапливающее электрический заряд
емкость: количество хранимого заряда на единицу вольт
диэлектрик: изоляционный материал
диэлектрическая прочность: максимальное электрическое поле, выше которого изоляционный материал начинает разрушаться и проводить
Конденсатор с параллельными пластинами: Две идентичные проводящие пластины, разделенные расстоянием
полярная молекула: молекула с внутренним разделением зарядов
Избранные решения проблем и упражнения
1.21,6 мС
3. 80.0 мС
5. 20,0 кВ
7. 667 пФ
9. (а) 4,4 мкФ; (б) 4.0 × 10 −5 C
11. (а) 14,2 кВ; (b) Напряжение неоправданно велико, более чем в 100 раз выше напряжения пробоя нейлона; (c) Предполагаемый заряд неоправданно велик и не может храниться в конденсаторе таких размеров.
Dynamics Track Конденсатор Цепи Wave Tank Оптическая скамья | Емкость и разделение пластин Параллельный пластинчатый конденсатор Конденсатор с параллельными пластинами — это устройство, используемое для изучения конденсаторов. Это сводит к минимуму функцию конденсатора. Конденсаторы в реальном мире обычно скручены по спирали в небольших корпусах, поэтому конденсатор с параллельными пластинами значительно упрощает привязку функции к устройству. Конденсатор работает, накапливая противоположные заряды на параллельных пластинах, когда напряжение подается с одной пластины на другую. Между пластинами существует электрическое поле, которое позволяет конденсатору накапливать энергию. Количество заряда, которое может храниться на один приложенный вольт, определяется площадью поверхности пластин и расстоянием между ними. Чем больше пластины и чем ближе они расположены, тем больше заряда может храниться на каждый вольт разности потенциалов между пластинами. Количество заряда, которое может храниться в конденсаторе, измеряется его емкостью. Конденсатор в один фарад (Ф) может хранить один кулон заряда на каждый вольт, приложенный к конденсатору. Формула для этого: C = q / v Где C — емкость в фарадах, q — заряд в кулонах, а v — электрический потенциал в вольтах. Для конденсатора с параллельными пластинами емкость определяется по следующей формуле: C = ε 0 А / сут Где C — емкость в Фарадах, ε 0 — постоянная диэлектрической проницаемости свободного пространства (8.85×10 -12), A — площадь пластин в квадратных метрах, а d — расстояние между пластинами в метрах. Фарада — это очень большая величина емкости, поэтому мы будем использовать метрические префиксы для получения более удобных чисел. Емкость обычно измеряется в микрофарадах (мкФ), что составляет 1,0×10 -6F, или пикофарадах (пФ), что составляет 1,0×10 -12F. 1.0F = 1,000,000 мкФ = 1,000,000,000,000 пФ! Будьте очень внимательны с расчетами! Назначение: Целью данной лабораторной работы является исследование взаимосвязи между разделением пластин и емкостью конденсатора с параллельными пластинами. Оснащение:
Осторожно: Это хрупкое оборудование. Все должно сочетаться с легчайшими прикосновениями. Ничего не заставляйте! Порядок настройки переменного конденсатора
Анализ данных: Сначала необходимо рассчитать теоретическую емкость для каждого шага. Мы сделаем первое, а потом вы сможете сделать все остальное! Самая сложная часть этого — правильно настроить юниты. Проще всего сложить все в метрах для расчетов:
|
(PDF) Измерение емкости различных типов конструкций
Измерение емкости различных типов
структур
Мирослав Дулик *, Станислав Юрецка
* Университет Жилины, Институт Аурела Стодола, Липтовски Микулаш, Словацкая Республика e- почта: dulik @ lm.uniza.sk
† Университет Жилины, Институт Аурела Стодола, Липтовски Микулаш, Словацкая Республика e-mail: [email protected]
Аннотация. Измерение емкости-напряжения является одним из методов
для получения информации о электрическая система,
цепь или элемент цепи. Различные конденсаторы имеют разные свойства
, такие как максимальная емкость или переменная емкость
в зависимости от входного напряжения. Эта вторая характеристика
,особенно характерна для МОП-структур.
Для измерения этой переменной емкости необходимо использовать измерительное устройство
, которое способно изменять входное напряжение
и измерять напряжение конденсатора во время всего процесса зарядки
. Предложена экспериментальная методика
для анализа переходных процессов, связанных с зарядкой емкостных цепей
.
Ключевые слова: измерение, методы, емкость, конденсатор,
МОП, полупроводники
I.ВВЕДЕНИЕ
Измерение емкости-напряжения — это метод, который обычно не предоставляется стандартными измерительными приборами
.
Емкость является основным свойством конденсаторов, но полупроводники MOS
имеют несколько другие свойства в этой области
. Стандартные устройства и измерительные карты предлагают
измерения основных характеристик схемы, но более
расширенных функций обычно не используются. Существует множество коммерческих приборов
, предлагающих множество опций, но их главный недостаток
— высокая цена и лишь частичное управление
всем процессом измерения.Они просто предоставляют несколько функций
для измерения требуемых значений, без какой-либо
возможности изменить или обновить их в будущем
в соответствии с требованиями пользователя. В этой статье речь идет об одном из приборов
, разработанном в Жилинском университете,
, предлагающем простые, но эффективные методы измерения. Это устройство
было разработано в рамках проекта APVV, касающегося
МОП-структур.
II. ТЕОРИЯ
Чтобы объяснить основные этапы процесса измерения, необходима базовая теория
измерения емкости.
A. Постоянная времени
Все электрические или электронные схемы или системы страдают
от некоторой формы «задержки по времени» между входом и выходом
, когда сигнал или напряжение, либо непрерывное, (постоянный ток)
или переменный (AC) сначала применяется к нему. Эта задержка
обычно известна как временная задержка или постоянная времени схемы
, и это временная характеристика схемы, когда сначала прикладывается ступенчатое напряжение или сигнал
.Результирующая постоянная времени
любой цепи или системы будет в основном зависеть от
реактивных компонентов, либо емкостных, либо индуктивных
, подключенных к ней, и является мерой времени отклика
с единицами измерения, Тау — τ. Когда возрастающее напряжение постоянного тока
приложено к разряженному конденсатору, конденсатор потребляет зарядный ток
,и «заряжается». Когда напряжение
уменьшилось, конденсатор разряжается в противоположном направлении
.Поскольку конденсаторы способны накапливать
электрическую энергию, они действуют как маленькие батареи и могут накапливать или выделять
энергию по мере необходимости. [1]
Если резистор подключен последовательно с конденсатором
,, образуя RC-цепь, конденсатор будет постепенно заряжаться через резистор
, пока напряжение на конденсаторе
не достигнет напряжения питания. Время
, называемое переходной характеристикой, необходимое для того, чтобы это произошло, равно
, что эквивалентно примерно 5 постоянным времени или 5τ.Это переходное время отклика
τ измеряется в единицах τ = R x C, в
секундах, где R — значение резистора в омах, а
C — значение конденсатора в фарадах. [1]
B. Цепь зарядки RC
На рисунке (рис. 1) ниже показан конденсатор (C) в серии
с резистором (R), образующим цепь зарядки RC
, подключенную к источнику постоянного тока (VS ) через механический переключатель
. Когда переключатель замкнут, конденсатор
,будет постепенно заряжаться через резистор, пока напряжение
,на нем не достигнет напряжения питания батареи.Когда
переключатель замкнут, время начинается с t = 0, и ток
,начинает течь в конденсатор через резистор. Поскольку начальное напряжение
на конденсаторе равно нулю (VC = 0), конденсатор
выглядит как короткое замыкание, и максимальный ток
протекает через цепь, ограниченную только резистором
R. Затем, используя напряжение Кирхгофа По закону
падения напряжения вокруг цепи имеют вид [1]:
0) () (.= −− tVtiRV CS (1)
C. Кривые зарядки RC
Конденсатор начинает заряжаться, как показано (рис. 2), с
подъем кривой зарядки RC более крутой в начале
, потому что зарядка максимальная скорость в начале, а затем
Емкость — модуль AQA 4
Щелкните здесь, чтобы получить ответы на вопросы и домашнее задание о конденсаторах.
Щелчок — конденсатор отвечает.
Конденсатор — это накопитель заряда. Заряды (Q) измеряются в кулонах (C).Один электрон несет заряд 1,6 x 10 -19 C.
Конденсатор — это две металлические пластины, разделенные изолятором (или диэлектриком).
Условное обозначение цепи конденсатора:
Емкость
Емкость конденсатора измеряется в фарадах (Ф). Один фарад — это один кулон заряда на вольт (1 Ф = 1 CV -1 ).
C = емкость, измеренная в фарадах (F)
Q = заряд, измеренный в кулонах (C)
V = разность потенциалов, измеренная в вольтах (V)
1 фарад — это очень большая емкость.Обычно конденсаторы имеют емкость порядка микрофарад (10 -6 Ф), нанофарада (10 -9 Ф), пикофарада (10 -12 Ф).
Энергия, запасаемая конденсатором
Заряд (Q), накопленный на конденсаторе, прямо пропорционален разности потенциалов (V) на пластинах конденсатора.
Площадь под линией на графике равна энергии (E), запасенной в конденсаторе, и измеряется в джоулях (Дж).
E = энергия, запасенная на конденсаторе, измеренная в джоулях (Дж)
Q = заряд конденсатора, измеренный в кулонах (C)
V = разность потенциалов, измеренная в вольтах (В)
C = емкость конденсатора, измеренная в фарадах ( F)
Разряд конденсатора
Когда конденсатор разряжается, электроны с отрицательной (-) пластины перетекают на положительную (+) пластину конденсатора, и в цепи течет ток.На приведенном ниже графике показана экспоненциальная кривая затухания разряженного конденсатора при графике зависимости заряда от времени.
