Единицей измерения электрической емкости конденсатора является. Электрическая емкость конденсатора: единицы измерения, формулы и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое электрическая емкость конденсатора. Как измеряется емкость конденсатора. Какова формула для расчета емкости конденсатора. Где применяются конденсаторы в электронике. Как работает конденсатор.

Содержание

Что такое электрическая емкость конденсатора

Электрическая емкость конденсатора — это физическая величина, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. Чем больше емкость конденсатора, тем больший заряд он может хранить при заданном напряжении.

Емкость конденсатора зависит от его геометрических размеров, формы и материала диэлектрика между обкладками. Она не зависит от величины заряда на обкладках или напряжения между ними.

Единицы измерения емкости конденсатора

Основной единицей измерения электрической емкости в Международной системе единиц (СИ) является фарад (Ф). Это очень большая единица, поэтому на практике чаще используются дольные единицы:

микрофарад (мкФ) = 10^-6 Ф
нанофарад (нФ) = 10^-9 Ф
пикофарад (пФ) = 10^-12 Ф

Емкость в 1 фарад означает, что при напряжении 1 вольт конденсатор накапливает заряд в 1 кулон.

Формула для расчета емкости конденсатора

Емкость плоского конденсатора рассчитывается по формуле:

C = εε0S / d

где:

C — емкость конденсатора (Ф)
ε — диэлектрическая проницаемость среды между обкладками
ε0 — электрическая постоянная (8.85*10^-12 Ф/м)
S — площадь перекрытия обкладок (м²)
d — расстояние между обкладками (м)

Как работает конденсатор

Принцип работы конденсатора основан на способности накапливать электрический заряд. При подключении к источнику напряжения на обкладках конденсатора накапливаются заряды противоположных знаков. Между обкладками возникает электрическое поле.

При отключении от источника конденсатор сохраняет накопленный заряд. При замыкании обкладок конденсатор разряжается, отдавая накопленную энергию.

Основные свойства конденсатора:

Способность накапливать электрический заряд
Пропускание переменного тока и блокирование постоянного
Сглаживание пульсаций напряжения
Накопление энергии электрического поля

Применение конденсаторов в электронике

Благодаря своим свойствам конденсаторы широко применяются в электронных устройствах и цепях:

Фильтрация и сглаживание пульсаций напряжения в блоках питания
Разделение постоянной и переменной составляющих сигнала
Накопление энергии для импульсных схем
Частотная коррекция в усилителях
Создание колебательных контуров
Подавление помех и наводок

Виды конденсаторов

В зависимости от конструкции и применяемых материалов различают следующие основные виды конденсаторов:

Керамические
Пленочные
Электролитические
Танталовые
Слюдяные
Бумажные
Воздушные

Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, определяющие область применения.

Как измерить емкость конденсатора

Для измерения емкости конденсатора используются специальные приборы — измерители емкости или мультиметры с функцией измерения емкости. Существует несколько методов измерения:

1. Метод вольтметра-амперметра

Основан на измерении тока заряда конденсатора при подаче известного напряжения. Емкость рассчитывается по формуле:

C = I * t / U

где I — ток заряда, t — время заряда, U — напряжение.

2. Резонансный метод

Измеряемый конденсатор включается в колебательный контур. По частоте резонанса определяется емкость.

3. Мостовой метод

Основан на сравнении измеряемой емкости с эталонной в мостовой схеме.

Маркировка конденсаторов

На корпусе конденсатора обычно указывается его емкость и максимальное рабочее напряжение. Емкость может быть указана напрямую или закодирована.

Примеры маркировки:

104 — 100000 пФ или 0.1 мкФ
22n — 22 нФ
4.7μ — 4.7 мкФ

Буква после числа обозначает множитель: p — пико, n — нано, μ — микро.

Параллельное и последовательное соединение конденсаторов

При параллельном соединении конденсаторов их общая емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов:

C = C1 + C2 + C3 + …

При последовательном соединении общая емкость рассчитывается по формуле:

1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + …

Последовательное соединение используется для увеличения максимального рабочего напряжения батареи конденсаторов.

Энергия, запасаемая в конденсаторе

Энергия, накопленная в заряженном конденсаторе, рассчитывается по формуле:

W = CU^2 / 2

где C — емкость конденсатора, U — напряжение на обкладках.

Эта энергия запасается в электрическом поле между обкладками конденсатора.

Лабораторная работа № 10. Измерение электрической ёмкости конденсатора. Школьный курс физики

Главная | Физика 10 класс | Измерение электрической ёмкости конденсатора

Цель работы

Освоить метод измерения ёмкости конденсатора с помощью вольтметра.

Оборудование

Магазин ёмкостей лабораторный (конденсатор 4700 мкФ), мультиметр, секундомер, резистор сопротивлением 20—25 кОм, выпрямитель лабораторный, ключ, соединительные провода.

Необходимые сведения

Ёмкость конденсатора C можно измерить, если определить модуль заряда на его пластинах Q и напряжение U между ними.

Для того чтобы конденсатор зарядился, его необходимо подключить к источнику постоянного напряжения. Пока конденсатор заряжается, в цепи будет протекать электрический ток. Так как сила тока — это заряд, протекающий в проводнике за единицу времени, то величину заряда пластин конденсатора можно определить, умножив силу тока I на время t. Поскольку с увеличением заряда пластин сила тока будет меняться, то для определения полного заряда, который получит конденсатор при зарядке, время зарядки делят на малые интервалы Δt, на протяжении которых силу тока I можно считать постоянной.

Величина заряда Δq, на которую изменится заряд конденсатора за интервал Δt, определяется но формуле Δq = IΔt. Тогда полный заряд Q конденсатора можно определить, просуммировав все значения Δq:

Q = Δq₁ + Δq₂ + …. + Δq_n. (2)

Подготовка к работе

• Настройте мультиметр для измерения постоянного напряжения до 20 В.

• Укажите, в каких единицах измеряют ёмкости конденсаторов. Какая существует связь между ними?

• Рассмотрите внимательно надписи на корпусе конденсатора, который предполагается использовать в работе. Обратите внимание на номинальное значение ёмкости, допуск (интервал) значений, в пределах которого может находиться её реальное значение, предельно допустимое рабочее напряжение, полярность выводов.

• Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

Таблица для записи результатов измерений и вычислений

t, c	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
U, В
I, А
Δq, Кл

Порядок выполнения работы

1. Разрядите конденсатор, замкнув на небольшой промежуток времени его выводы проводником.

2. Соберите электрическую цепь, учитывая полярность подключения выводов конденсатора. В качестве вольтметра используйте мультиметр.

3. Замкните ключ и одновременно включите секундомер. Записывайте через каждые 15 с показания вольтметра на протяжении 5 мин.

4. Разомкните ключ через 5 мин после начала опыта.

5. Отключите мультиметр и измерьте с его помощью напряжение U на выводах конденсатора.

6. Измерьте мультиметром значение сопротивления резистора R, параллельно которому был подключён вольтметр.

7. Вычислите, используя закон Ома для участка цепи, силу тока в цепи для каждого временного интервала (равного 15 с) по формуле

I = U / R

8. Определите величины зарядов Δq, накапливаемые конденсатором каждые 15 с, по формуле: Δq = I • 15 с.

9. Определите по формуле (2) суммарный заряд, накопленный конденсатором Q.

10. Вычислите ёмкость конденсатора C по формуле (1).

11. Установите, попадает ли полученное значение ёмкости в интервал её возможных реальных значений (определяется по указанным на корпусе номиналу и допуску значений).

12. Сделайте вывод об эффективности метода измерения ёмкости, который был использован в данной работе. Укажите его достоинства и недостатки.

Предыдущая страницаСледующая страница

Измерение — электрическая емкость — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Cтраница 4

Схема устройства для определения времени схватывания цемента. [46]

Конденсатор образован диэлектрической трубкой с диаметром D 15 мм, заполненной исследуемым цементом. Электроды медные и подвижные, чтобы можно было найти оптимальную величину емкости. Измерение электрической емкости между электродами показывает связь механических свойств с электрическими: в конце схватывания комплексная проводимость конденсатора достигает максимума. Абсолютная величина емкости здесь не имеет значения, важен факт достижения ею максимума. [47]

Схема емкостных датчиков уровнемеров. [48]

При измерениях высоты уровня агрессивных, но не электропроводных жидкостей, обкладки датчика выполняют из химически стойких сплавов или же каждую из обкладок покрывают тонкой антикоррозионной пленкой ( винипласт или фторопласт), диэлектрические свойства которой учитываются при расчете. Покрытие обкладок тонкими пленками, обладающими высокими изолирующими свойствами, применяется также при измерениях уровня электропроводной жидкости.

Измерение электрической емкости обычно производится с помощью резонансных схем ( см. рис. 121) и самобалансирующихся мостов переменного тока.

[49]

Схема измерения емкостным уровнемером. [50]

Стержень вместе с трубой образует конденсатор. Емкость такого конденсатора зависит от уровня жидкости, так как при его изменении от нуля до максимума диэлектрическая проницаемость будет изменяться от диэлектрической проницаемости воздуха до диэлектрической проницаемости жидкости.

Измерение электрической емкости первичного преобразователя осуществляют измерительным прибором. [51]

Один раз в месяц аккумуляторы заряжают по описанному выше режиму, а раз в сезон меняют в них электролит. Для замены электролита батарею разряжают нормальным током до напряжения 1 В на элемент, промывают дистиллированной водой и после высыхания снова запивают электролитом. Рекомендуется не реже одного раза в год проводить измерение электрической емкости каждого аккумулятора в батарее. Элементы, отдающие менее 80 % номинальной емкости, подлежат замене. [52]

Схема измерения микротвердости. [53]

Интегральные методы позволяют косвенно оценить шероховатость поверхности по расходу воздуха, проходящего через щели, образуемые впадинами микропрофиля и торцовой поверхностью сопла пневматической измерительной головки, опирающейся на исследуемую поверхность. Настройку пневматических приборов производят по эталонным деталям. Шероховатость поверхности может быть косвенно оценена на определенной площади методом

измерения электрической емкости конденсатора, образующейся между деталью и накладываемой на нее металлической пластинкой, разделенными диэлектриком; по износу графитовой палочки, прижимаемой к контролируемой поверхности с определенной силой; по количеству отраженного света, падающего на деталь, и другими методами. [54]

Измерительная камера представляет собой конденсатор, между обкладками которого проходит анализируемая нефть. Электрическая емкость конденсатора изменяется соответственно содержанию воды в нефти: с увеличением содержания воды емкость увеличивается, и наоборот. Таким образом, измерение содержания воды в нефти сводится к

измерению электрической емкости измерительной камеры электронным прибором 4 типа потенциометра со шкалой, отградуированной в процентах содержания воды. Прибор позволяет определять содержание воды до 5 %, а дополненный пневмопреобразова-телем прибор может служить датчиком для системы автоматического регулирования содержания воды в нефти. [55]

Манометр Пирсона. [56]

Если ртутным манометром должны быть измерены очень низкие давления, то точность, достигаемая при отсчете в лупу или зрительную трубу, недостаточна. Поскольку наибольшая ошибка обусловлена коррекцией мениска, применяют трубки, которые в области отсчета имеют ширину 40 мм или еще больше. Для определения разности уровней разработан способ, который позволяет установить разницу давлений до 10 — 6 мм рт.

ст. Для этого используют измерение электрической емкости, вращение небольшого зеркала поплавком или установление ртутного зеркала у прочно размещенного острия. При этом соприкосновение производится при помощи микрометрического винта, либо вращением всего сосуда, либо соединением обоих колен длинной эластичной трубкой. У манометра Пирсона ( рис. 192) положение ртути в узком капилляре изменяется до тех пор, пока не достигается контакт с острием. [57]

Емкостные преобразователи для контроля сыпучих материалов. [58]

Емкостный метод широко применяют для измерения уровня порошкообразных пищевых продуктов, зерна, стирального порошка, песка, цемента, извести и угольной пыли в бункерах и хранилищах; мазута, топлива, воды, кислот, щелочей и вязких материалов в баках. Емкостные уровнемеры используют как для сигнализации предельных значений, так и для непрерывного измерения. Однако метод является непригодным для измерения смеси жидкости с твердыми частицами, имеющими другую диэлектрическую проницаемость, так как эта величина должна оставаться постоянной. Само название метода предполагает измерение электрической емкости в зависимости от уровня наполнения, т.е. она изменяется в зависимости от повышения или понижения уровня заполнения. [59]

Итальянский анатом, урожденный Джироламо фабриций. Книга Фабрициуса О сформированном эмбрионе ( 1600) представляет собой передовое для того времени исследование по эмбриологии. Кроме того, он составил первое полное описание венозных клапанов, но неправильно интерпретировал их функции. Применил теорию хаоса для предсказания поведения систем, которые ведут себя, казалось бы, хаотическим образом. Широко известный эффект бабочки ( если в одной части света бабочка сложила крылья, то в другой части света от этого может возникнуть торнадо) подчеркивает чувствительность вычислений к полноте исходных данных. Самый древний из греческих философов и ученых, о котором мы что-либо знаем. Он внес вкладе геометрию, в частности, открыл, что углы в основании равнобедренного треугольника равны. В его книге Анатомические наблюдения, вышедшей в свет в 1561 году, содержится первое описание полукружных каналов внутреннего уха и фаллопиевых труб, называемых также маточными трубами или яйцеводами. Последние представляют собой два узких канала, соединяющих верхнюю часть матки с полостью тела. Ученик сэра Гемфри Деви. Первые работы Фара-дея были посвящены сжижению газов. Он сформулировал законы, определяющие этот процесс: ( 1) вес вещества, выделяющегося или разлагающегося при прохождении тока, пропорционален количеству прошедшего электричества; ( 2) количества разных веществ, выделяемых одним и тем же количеством электричества, пропорциональны их электрохимическим эквивалентам. Законы электромагнитной индукции, сформулированные Фарадеем, гласят: ( 1) при изменении магнитного поля, в котором находится проводник, в проводнике возникает электродвижущая сила; ( 2) электродвижущая сила пропорциональна скорости изменения поля; ( 3) направление индуцированной электродвижущей силы зависит от ориентации поля. Его имя носит единица измерения электрической емкости — фарада. [60]

Страницы: 1 2 3 4

Electronics Measurements: Емкость — макеты

Конденсаторы являются одними из самых полезных электронных компонентов. А емкость — это термин, обозначающий способность конденсатора накапливать заряд. Это также измерение, используемое для указания того, сколько энергии может хранить конкретный конденсатор. Чем больше емкость конденсатора, тем больше заряда он может хранить.

Емкость измеряется в единицах, называемых фарад (сокращенно F). Определение одного фарада обманчиво простое. Конденсатор емкостью один фарад удерживает напряжение на пластинах ровно один вольт, когда он заряжается током ровно один ампер в секунду.

Обратите внимание, что в этом определении часть «один ампер в секунду тока» на самом деле относится к количеству заряда, присутствующему в конденсаторе. Нет правила, согласно которому ток должен течь целую секунду. Это может быть один ампер за одну секунду, или два ампера за полсекунды, или полампера за две секунды. Или это может быть 100 мА в течение 10 секунд или 10 мА в течение 100 секунд.

Один ампер в секунду соответствует стандартной единице измерения электрического заряда, называемой 9.0003 кулон . Таким образом, другой способ указать значение одного фарада, это сказать, что это количество емкости, которое может хранить один кулон при напряжении в один вольт на пластинах.

Получается, что один фарад — это огромное количество емкости, просто потому, что один кулон — это очень большое количество заряда. Чтобы представить это в перспективе, общий заряд, содержащийся в среднем разряде молнии, составляет около пяти кулонов, и вам нужно всего пять конденсаторов емкостью один фарад, чтобы сохранить заряд, содержащийся в ударе молнии. (Некоторые удары молнии гораздо мощнее, до 350 кулонов.)

Это учитывая, что конденсатор потока Дока Брауна был в диапазоне фарад, потому что Док зарядил его ударом молнии. А вот конденсаторы, применяемые в электронике, заряжаются от гораздо более скромных источников. Гораздо скромнее.

Фактически, самые большие конденсаторы, которые вы, вероятно, будете использовать, имеют емкость, которая измеряется в миллионных долях фарад, называемых микрофарад и сокращенно мк F. А меньшие измеряются в миллионных долях микрофарад, также называется пикофарад и сокращенно пФ.

Вот еще несколько вещей, которые вы должны знать об измерениях конденсаторов:

Как и резисторы, конденсаторы не изготавливаются идеально. Вместо этого большинство конденсаторов имеют предел погрешности, также называемый допуском . В некоторых случаях погрешность может достигать 80%. К счастью, такая степень впечатления редко оказывает заметное влияние на большинство схем.
μ в μ F не является курсивом u ; это греческая буква mu , которая является общей аббревиатурой для микро .
Обычно значения 1000 пФ и более представляются в мкФ, а не в пФ. Например, 1000 пФ записывается как 0,001 мкФ, а 22 000 пФ записывается как 0,022 мкФ.

Этот артикул находится в категории:

General Electronics,

Конденсаторы | SpazzTech

Что такое конденсатор и для чего он нужен?

Конденсатор представляет собой двухполюсное устройство, способное накапливать электрический заряд. Чаще всего он используется для блокировки мгновенных изменений напряжения между двумя узлами цепи, но другие поля могут использовать его и другими способами, например, для удержания заряда для зажигания двигателя. Такое зажигание называется CDI (зажигание с емкостным разрядом). Здесь мы сосредоточимся на применении электроники. Способность конденсаторов блокировать мгновенные изменения напряжения делает их особенно полезными для преобразования мощности или сигнала, чтобы отфильтровать нежелательные частотные составляющие.

Единицы измерения емкости

Единицей измерения емкости являются фарады. Помните из нашего учебника по теории электричества, что единицей измерения электрического заряда является кулон. Один фарад равен количеству кулонов на вольт потенциала, приложенного к конденсатору.

На практике один фарад – это намного больше емкости, которая потребуется нам в большинстве электронных устройств. Мы чаще будем измерять емкость в пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ) или микрофарадах (мкФ). 9Как работает конденсатор?

Помните из нашего учебника по теории электричества, что электрический заряд создается за счет наличия в атоме большего или меньшего количества электронов, чем протонов, и что ток представляет собой поток свободных электронов. Конденсатор не пропускает эти электроны, но имеет параллельные пластины для их хранения, когда на конденсатор подается напряжение. Пластины разделены изолятором, также известным как диэлектрик, который препятствует фактическому протеканию тока между пластинами.

В состоянии покоя пластины конденсатора не заряжены, но когда к двум выводам конденсатора приложено напряжение, электроны втекают в пластину с отрицательной стороны и вытекают из пластины с отрицательной стороны. положительную сторону с образованием отрицательно заряженных ионов на отрицательной стороне конденсатора и положительно заряженных ионов на положительной стороне конденсатора. Когда напряжение подается впервые, существует небольшой импеданс (другое слово для сопротивления, обычно связанное с переходными условиями) для электронов, втекающих в эти пластины и из них, и изменение напряжения на конденсаторе происходит быстро. Когда отрицательно заряженная пластина заполняется электронами, а положительно заряженная пластина опустошается, сопротивление потоку электронов увеличивается, а скорость изменения напряжения на конденсаторе уменьшается.

Если использовать аналогию, представьте, что конференц-зал в конце длинного коридора — это отрицательная сторона конденсатора, а толпа людей — свободные электроны. Когда люди впервые начинают заходить в пустую комнату, они могут быстро войти в нее, но по мере того, как комната заполняется, скорость, с которой люди могут войти в комнату, замедляется, поскольку людям приходится толкаться, чтобы освободить место.

Переходные характеристики конденсатора

Время, необходимое конденсатору для зарядки от нулевого заряда до приложенного напряжения, или время, необходимое для возврата к нулевому заряду от приложенного уровня напряжения, называется «переходным периодом». Этот переходный период можно рассчитать, но сначала вы должны рассчитать то, что известно как «постоянная времени», обозначаемая греческой буквой тау.

После расчета постоянной времени можно легко рассчитать напряжение на конденсаторе в любой точке во время этого переходного процесса по уравнениям справа. Обратите внимание, что профиль зарядки противоположен профилю разрядки. Если вы разработаете эти уравнения, то обнаружите, что переходный период всегда равен примерно пяти постоянным времени. Поэтому, если мы хотим просто узнать продолжительность переходного периода, мы можем отказаться от использования формулы времени заряда или времени разряда и просто умножить постоянную времени на 5.

Ниже показано переходное поведение простой цепи резистор-конденсатор (RC). Схема показана слева, а напряжение, измеренное в трех точках, показано справа. Осциллограф-XSC1 показывает сигнал источника напряжения (V1) в виде прямоугольной волны с временем включения 0,5 мс и периодом 1 мс. Это означает, что это сигнал прямоугольной формы с частотой 1 кГц (1 цикл / 0,001 с = 1000 Гц) и коэффициентом заполнения 50%. Этот сигнал обеспечивает достаточное время для возврата RC-цепи к установившемуся значению между каждым изменением сигнала, чтобы мы могли продемонстрировать приведенные выше формулы. Осциллограф-XSC2 показывает напряжение на R1 и напряжение на C1. Все три сигнала синхронизированы во временной области. Мы можем рассчитать постоянную времени как R * C = 3000 Ом * 0,00000002 F = 0,00006 секунды или 60 мкс (микросекунды).