Конденсатор это устройство предназначенное. Конденсаторы: устройство, виды, применение и принцип работы — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое конденсатор и как он работает. Какие бывают типы конденсаторов. Где применяются конденсаторы в электронике и технике. Как рассчитать емкость конденсатора.

Содержание

Что такое конденсатор и для чего он нужен

Конденсатор — это пассивный электронный компонент, который способен накапливать и хранить электрический заряд. Основное назначение конденсатора — накопление энергии электрического поля.

Конденсатор состоит из двух проводящих пластин (обкладок), разделенных диэлектриком. При подаче напряжения на обкладки в конденсаторе накапливается электрический заряд. Способность конденсатора накапливать заряд характеризуется его емкостью.

Основные функции конденсаторов в электрических схемах:

Накопление и хранение электрического заряда
Фильтрация сигналов и устранение помех
Сглаживание пульсаций напряжения
Разделение постоянной и переменной составляющих сигнала
Создание резонансных контуров
Накопление энергии для импульсных схем

Устройство и принцип работы конденсатора

Простейший конденсатор состоит из следующих основных частей:

Две проводящие пластины (обкладки)
Диэлектрик между пластинами
Выводы для подключения

Принцип работы конденсатора основан на способности накапливать электрический заряд на обкладках. При подключении конденсатора к источнику напряжения электроны перетекают с одной обкладки на другую, создавая разность потенциалов. Диэлектрик препятствует прохождению тока между обкладками.

Емкость конденсатора C определяется по формуле:

C = Q / U

где Q — накопленный заряд, U — напряжение между обкладками.

Единица измерения емкости — Фарад (Ф). На практике чаще используются дольные единицы: микрофарады (мкФ), нанофарады (нФ), пикофарады (пФ).

Основные характеристики конденсаторов

Важнейшими параметрами конденсаторов являются:

Номинальная емкость

Рабочее напряжение
Допустимое отклонение емкости
Температурный коэффициент емкости
Тангенс угла диэлектрических потерь
Сопротивление изоляции
Собственная индуктивность

Номинальная емкость — это основной параметр конденсатора, характеризующий его способность накапливать заряд. Измеряется в фарадах и кратных единицах.

Рабочее напряжение — максимально допустимое напряжение, которое может быть приложено к конденсатору в течение длительного времени.

Допустимое отклонение емкости показывает, насколько фактическая емкость может отличаться от номинального значения. Обычно выражается в процентах.

Виды конденсаторов

По типу диэлектрика конденсаторы делятся на следующие основные виды:

Керамические конденсаторы

Используют керамику в качестве диэлектрика. Отличаются компактностью, широким диапазоном емкостей и рабочих напряжений. Применяются в высокочастотных цепях.

Пленочные конденсаторы

Диэлектриком служит полимерная пленка. Обладают высокой стабильностью параметров и малыми потерями. Используются в фильтрах и прецизионных схемах.

Электролитические конденсаторы

Имеют большую удельную емкость за счет использования электролита. Полярные, требуют соблюдения полярности при включении. Применяются для фильтрации и накопления заряда.

Танталовые конденсаторы

Разновидность электролитических конденсаторов с оксидным диэлектриком на основе тантала. Отличаются высокой удельной емкостью и стабильностью.

Воздушные конденсаторы

Простейший вид конденсаторов, где диэлектриком служит воздух. Используются в качестве эталонных и подстроечных.

Маркировка конденсаторов

На корпусе конденсатора обычно указываются следующие параметры:

Номинальная емкость
Допустимое отклонение емкости

Рабочее напряжение
Тип диэлектрика
Полярность (для полярных конденсаторов)
Температурный коэффициент (для некоторых типов)

Емкость может указываться как напрямую числовым значением, так и кодом из нескольких цифр. Например, код «104» означает емкость 100000 пФ = 100 нФ = 0.1 мкФ.

Допуск обозначается буквенным кодом, например: J — ±5%, K — ±10%, M — ±20%.

Рабочее напряжение указывается в вольтах после емкости, например: 0.1 мкФ 50В.

Применение конденсаторов

Благодаря способности накапливать заряд, конденсаторы широко применяются в различных областях электроники и электротехники:

Источники питания — для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения
Фильтры — для выделения или подавления определенных частот сигнала
Блокировочные цепи — для устранения помех и наводок
Разделительные цепи — для разделения постоянной и переменной составляющих
Импульсные схемы — для формирования импульсов заданной длительности

Резонансные контуры — в сочетании с катушками индуктивности
Запоминающие устройства — для хранения информации в виде заряда
Пусковые цепи электродвигателей — для создания пускового момента

Как выбрать конденсатор

При выборе конденсатора для конкретного применения нужно учитывать следующие факторы:

Требуемая емкость
Рабочее напряжение схемы
Допустимые отклонения емкости
Диапазон рабочих температур
Частотные характеристики
Габариты и способ монтажа
Стоимость

Емкость выбирается исходя из требований схемы. Рабочее напряжение конденсатора должно быть выше максимального напряжения в цепи с запасом 30-50%.

Для прецизионных схем выбирают конденсаторы с малым допуском (1-5%). В силовых цепях допустимы отклонения до 20%.

Важно учитывать изменение емкости при нагреве. Для стабильных схем используют конденсаторы с малым ТКЕ.

Расчет емкости конденсатора

Емкость плоского конденсатора можно рассчитать по формуле:

C = (ε * ε0 * S) / d

где:

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

Из формулы видно, что емкость конденсатора можно увеличить за счет:

Увеличения площади пластин
Уменьшения расстояния между пластинами
Применения диэлектрика с большей проницаемостью

Заключение

Конденсаторы являются важнейшими пассивными компонентами электронных устройств. Их способность накапливать энергию электрического поля позволяет решать множество схемотехнических задач. Правильный выбор типа и параметров конденсатора критически важен для надежной работы электронной аппаратуры.

Презентация по теме Конденсатор доклад, проект

Главная
Разное
Образование
Спорт
Естествознание
Природоведение
Религиоведение
Французский язык
Черчение
Английский язык
Астрономия
Алгебра
Биология
География
Геометрия
Детские презентации
Информатика
История
Литература
Математика
Музыка
МХК
Немецкий язык
ОБЖ
Обществознание
Окружающий мир
Педагогика
Русский язык
Технология
Физика
Философия
Химия
Шаблоны, фоны, картинки для презентаций
Экология
Экономика

Презентация на тему Презентация по теме Конденсатор, предмет презентации: Физика. Этот материал в формате pptx (PowerPoint) содержит 19 слайдов, для просмотра воспользуйтесь проигрывателем. Презентацию на заданную тему можно скачать внизу страницы, поделившись ссылкой в социальных сетях! Презентации взяты из открытого доступа или загружены их авторами, администрация сайта не отвечает за достоверность информации в них, все права принадлежат авторам презентаций и могут быть удалены по их требованию.

Слайд 1Текст слайда:

КОНДЕНСАТОР

Слайд 2Текст слайда:

Цель урока:

Сформировать понятие электроемкости;
Ввести новую характеристику – электроемкость конденсатора, и ее единицу измерения.
Рассмотреть виды конденсаторов и где они применяются

Слайд 3Текст слайда:

Конденсатор- это устройство, предназначенное для накопления электрического заряда и энергии электрического поля.

Слайд 4Текст слайда:

Простейший плоский конденсатор

Слайд 5Текст слайда:

Конденсатор представляет собой два
проводника (обкладки), разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников.

Слайд 6Текст слайда:

Первый конденсатор был изобретен в 1745 г. немецким юристом и учёным Эвальд Юрген фон Клейстом
Первый конденсатор: одна обкладка-ртуть, другая обкладка- рука экспериментатора, державшая банку.

Немного истории….

Слайд 7Текст слайда:

Почти такой же опыт и почти в то же время был поставлен в голландском городе Лейдене профессором университета Питером ван Мушенбруком.
Зарядив воду и взяв банку в одну руку, он прикоснулся другой рукой к металлическому стержню, служившему для подвода заряда к воде. При этом Мушенбрук ощутил такой сильный удар в руки, плечи и грудь, что потерял сознание, и два дня приходил в себя.
Эксперимент ван Мушенбрука получил большую известность, поэтому конденсатор стал известен как «лейденская банка».

Слайд 8Текст слайда:

С помощью лейденской банки удалось выяснить высокую скорость распространения электричества, его влияние на организм человека и животных, возможность поджигания электрическими искрами горючих газов и т. д. Новость о лейденской банке с большой скоростью распространилась по Европе и Америке. В лабораториях, аристократических салонах, на ярмарках ставились удивительнее опыты, неприятные, забавные и волнующие одновременно.

Слайд 9Текст слайда:

Зарядка конденсатора от электрофорной машины

Слайд 10Текст слайда:

по виду диэлектрика: воздушные, слюдяные, керамические, электролитические;
по форме обкладок: плоские, цилиндрические, сферические;
по величине емкости: постоянной емкости, переменной емкости, подстроечные.

Конденсаторы классифицируют

Слайд 11Текст слайда:

Электроемкость

Физическая величина, характеризующая способность двух проводников накапливать электрический заряд называется электроёмкостью, или ёмкостью.

Слайд 12Текст слайда:

При увеличении заряда в 2, 3, 4 раза соответственно в 2, 3, 4
раза увеличатся показания электрометра, т. е. увеличится
напряжение между пластинами конденсатора.
Отношение заряда к напряжению будет оставаться
постоянным:

Слайд 13Текст слайда:

Электроёмкость конденсатора

Величина, измеряемая отношением заряда (q) одной из пластин конденсатора к напряжению (U) между пластинами, называется электроёмкостью конденсатора.
Электроёмкость конденсатора вычисляется по формуле:
C = q / U

Слайд 14Текст слайда:

Единицы электроемкости

Электроемкость измеряется в фарадах(Ф)

Электроемкость конденсатора равна единице, если при сообщении им зарядов1 Кл возникает напряжение1В
1Ф = 1Кл/В
1 мкФ (микрофарад)=10-6 Ф
1 нФ ( нанофарад)=10-9 Ф
1 пФ ( пикофарад)=10-12 Ф

Слайд 15Текст слайда:

Работа совершаемая электрическим полем конденсатора

Слайд 16Текст слайда:

Энергия заряженного конденсатора

W – энергия конденсатора (Дж)

Слайд 17Текст слайда:

Кондeнсaтор нaкопил зaряд 300 мкКл.

Кaкaя нa это былa зaтрaчeнa энeргия, eсли ёмкость кондeнсaторa 1 мкФ?

Дaно:

СИ

Слайд 18Текст слайда:

При нaпряжeнии 220 В, зaряд нa кондeнсaторe состaвляeт
30 мкКл. Кaковa элeктроёмкость этого кондeнсaторa?

Дaно:

СИ

Отвeт: 13,6 мкФ

Слайд 19Текст слайда:

Применение конденсаторов

Конденсаторы могут длительное время накапливать энергию, а при разрядке они отдают её почти мгновенно.
Свойство конденсатора накапливать и быстро отдавать электрическую энергию широко используется в электротехнических и электронных устройствах, в медицинской технике (рентгеновская техника, устройства электротерапии), при изготовлении дозиметров, аэрофотосъёмке.

Скачать презентацию

Что такое shareslide.

ru?

Это сайт презентаций, где можно хранить и обмениваться своими презентациями, докладами, проектами, шаблонами в формате PowerPoint с другими пользователями. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами.

Для правообладателей

Обратная связь

Email: Нажмите что бы посмотреть

это что за устройство? Заряд конденсатора :: SYL.ru

Как сделать трендовый монохромный макияж: советы по созданию модного мейкапа

Подходит к коротким и длинным: 10 идей стрижек с прямой челкой

Уход за кожей лица осенью: попробуйте густые гели

Листья мяты от прыщей и хна: пять секретов красоты кожи женщин Ближнего Востока

Стрижки на прямые волосы, которые сочетаются с челкой-шторкой: фото

Добавляем крахмал: как повысить урожайность смородины в октябре

Подкормки, которые не навредят. Что полезно для машины в октябре

Черный – лучший вариант: выбираем ремень под различные джинсы

Самые трендовые стрижки весны 2022: что в моде, как выбрать

Остаётся сочным. Как приготовить лук, чтобы он не пригорел

Автор Замесина Кристина April 22, 2015

В электрической цепи каждого прибора есть такой элемент, как конденсатор. Это он служит для наполнения энергией, которая нужна для правильной и бесперебойной работы оборудования.

Что такое конденсатор

Каждый конденсатор — это устройство, обладающее набором технических параметров, которые стоит рассмотреть детально.

Конденсаторы можно встретить во многих отраслях электротехники. Их непосредственная область применения:

Создание цепей, колебательных контуров.
Получение импульса с большим количеством мощности.
В промышленной электротехнике.
В изготовлении датчиков.
Усовершенствование работы защитных устройств.

Емкость конденсатора

Для каждого конденсатора главный параметр – это его емкость. У каждого устройства она своя и измеряется она в Фарадах. В основе электроники и радиотехники используют конденсаторы с миллионной долей Фарад. Чтобы узнать номинальную емкость устройства, достаточно просмотреть его корпус, на котором имеется вся информация. Показания емкости могут изменяться из-за следующих параметров:

Общая площадь всех обкладок.
Расстояние между ними.
Материал, из которого сделан диэлектрик.
Температура окружающей среды.

Наряду с номинальной емкостью существует еще и реальная. Ее значение намного ниже предыдущей. По реальной емкости можно определить основные электрические параметры. Емкость определяют от заряда обкладки и ее напряжения. Максимальная емкость может достигать нескольких десятков Фарад. Конденсатор может также быть охарактеризован удельной емкостью. Это отношение емкости и объема диэлектрика. Маленькая толщина диэлектрика обеспечивает большое значение удельной емкости. Каждый конденсатор может изменять свою емкость, и делятся они на следующие типы:

Постоянные конденсаторы – они практически не меняют свою емкость.
Переменные конденсаторы – значение емкости изменяется в ходе работы оборудования.
Подстроечные конденсаторы – изменяют свою емкость от регулировки аппаратуры.

Напряжение конденсатора

Напряжение считается еще одним из важных параметров. Чтобы конденсатор выполнял свои функции в полном объеме, нужно знать точное показание напряжения. Оно указывается на корпусе устройства. Номинальное напряжение напрямую зависит от сложности конструкции конденсатора и основных свойств материалов, используемых при его изготовлении. Напряжение, подаваемое на конденсатор, должно полностью совпадать с номинальным. Многие устройства при работе нагреваются, в таком случае напряжение понижается. Часто из-за большой разницы в напряжениях конденсатор может перегореть или взорваться. Также это происходит из-за утечки или повышения сопротивления. Для безопасной работы конденсатора его оснащают защитным клапаном и насечкой на корпусе. Как только происходит увеличение давления, клапан автоматически открывается, и по намеченной насечке корпус ломается. Из конденсатора в таком случае электролит выходит в виде газа и не происходит никакого взрыва.

Допуски конденсаторов

Самый простой конденсатор – это два электрода, сделанные в форме пластин, которые разделяются тонкими изоляторами. Каждое устройство имеет отклонение, которое допустимо при его работе. Эту величину также можно узнать по маркировке устройства. Его допуск измеряется и указывается в процентном соотношении и может лежать в пределах от 20 до 30%. Для электротехники, которая должна работать с высокой точностью, можно использовать конденсаторы с маленьким значением допуска, не больше 1%.
Приведенные параметры являются основными для работы конденсатора. Зная их значения, можно использовать конденсаторы для самостоятельной сборки аппаратов или машин.

Виды конденсаторов

Существует несколько основных видов конденсаторов, которые используют в различной технике. Итак, стоит рассмотреть каждый вид, его описания и свойства:

Конденсаторы электролитические. Устройства такого типа обладают большой емкостью. Выпускаются компактного размера и небольшого веса. Обкладки в количестве двух штук сделаны из фольги и тонкого слоя материи, пропитанной электролитом. Это позволяет служить хорошим проводником. Конденсаторы электролитические имеют два вывода: положительный и отрицательный. Обязательное условие правильного подключения – это соблюдение полярности.
Конденсаторы из бумаги или пластика. Изготавливаются, как правило, в виде рулона, сделанного из фольги с диэлектриком. Чаще всего в схемах используют пластиковые устройства, так как они обладают большим сопротивлением, чем бумажные. Выпускаются такие конденсаторы небольших размеров и малого веса. Устройства могут быть низковольтными и высоковольтными.
Конденсаторы дисковые из керамики. Дешевые аналоги устройств, которые обладают высокой выносливостью и надежностью. Конденсатор МКФ встречается в каждой электронной схеме. Подходят такие типы для работы в приборах с сигналами, которые изменяют полярность. Многослойный керамический конденсатор работает только на высоких частотах. Только такие устройства обладают низкой потерей тока, компактными размерами, маленьким весом и невысокой стоимостью.
Конденсатор переменный. Выпускается различной формы и размера. При установке такого устройства требуется только опытный специалист, который разбирается в подобных конденсаторах. Выпускается в виде навесного и печатного монтажа, а также для микросхем и микромодулей.
Конденсатор вакуумный. Диэлектриком является сам вакуум. Его электроды помещены в стеклянный корпус с вакуумом.
Конденсаторы с газообразными диэлектриками. К ним относятся устройства с воздушными или газонаполненными диэлектриками.
Конденсатор с жидким диэлектриком. Как правило, это органические жидкости, к которым относятся кремний или совол, а также минеральные и нефтяные масла.
Конденсаторы со стеклянным, смоляным, комбинированным диэлектриком. Они подразделяются на три подгруппы: низковольтные, высоковольтные и помехоподавляющие. Его обкладка изготавливается из тонкого слоя металла, который наносится на диэлектрик в виде тонкой фольги.

У каждого конденсатора свое предназначение, поэтому их дополнительно классифицируют на общие и специальные. Общие конденсаторы применяют в любых видах и классах аппаратуры. В основном это низковольтные устройства. Специальные конденсаторы – это все остальные виды устройств, которые являются высоковольтными, импульсными, пусковыми и другими различными видами.

Особенности плоского конденсатора

Так как конденсатор – это устройство, предназначенное для накопления напряжения и его дальнейшего распределения, поэтому нужно выбирать его с хорошей электроемкостью и «пробивным» напряжением. Одним из таких является плоский конденсатор. Выпускается он в виде двух тонких пластин определенной площади, которые расположены на близком расстоянии друг от друга. Плоский конденсатор обладает двумя зарядами: положительным и отрицательным.

Пластины плоского конденсатора между собой имеют однородное электрическое поле. Этот тип устройства не вступает во взаимодействие с другими приборами. Пластина конденсатора способна усиливать электрическое поле.

Правильный заряд конденсатора

Он является хранилищем для электрических зарядов, которые должны постоянно заряжаться. Заряд конденсатора происходит за счет подключения его к сети. Чтобы зарядить устройство, нужно правильно подсоединить его. Для этого берут цепь, которая состоит из разряженного конденсатора с емкостью, резистором, и подключают к питанию с постоянным напряжением.

Разряжается конденсатор по следующему типу: замыкают ключ, и пластины его соединяются между собой. В это время конденсатор разряжается, и между его пластинами исчезает электрическое поле. Если конденсатор разряжается через провода, то на это уйдет много времени, так как в них накапливается много энергии.

Зачем нужен контур конденсатора

В контурах находятся конденсаторы, которые изготавливаются из пары пластин. Для их изготовления берут алюминий или латунь. Хорошая работа радиотехники зависит от правильной настройки контуров. Самая обычная цепь контура состоит из одной катушки и конденсатора, которые между собой замкнуты в электрическую цепь. Есть условия, которые влияют на появление колебаний, поэтому чаще всего контур конденсатора называют колебательным.

Заключение

Конденсатор – это пассивное устройство в электрической цепи, которое используется в качестве емкости для хранения электричества. Чтобы средство для накопления энергии в электрических цепях, именуемое конденсатором, проработало долго, нужно следовать указанным условиям, которые прописаны на корпусе устройства. Область применения широкая. Используют конденсаторы в радиоэлектронике и различной аппаратуре.

Подразделяются устройства на много разных видов и выпускаются многообразной конструкцией. Конденсаторы могут соединяться двумя видами: параллельным и последовательным. Также на корпусе устройства есть информация о емкости, напряжении, допуске и его типе. Стоит запомнить, что при подключении конденсатора стоит соблюдать полярность. В противном случае устройство быстро выйдет из строя.

Презентация к уроку физики в 8 классе по теме «Конденсаторы» презентация, доклад, проект

Слайд 1Текст слайда:

Конденсаторы

8 класс
Учитель физики
И. В.Торопчина

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
«Лицей № 7» г. Бердск

Слайд 2Текст слайда:

Конденсатор

Слайд 3Текст слайда:

Конденсатор представляет собой два
проводника (обкладки), разделенных слоем
диэлектрика, толщина которого мала по
сравнению с размерами проводников.

Конденсатор

Слайд 4Текст слайда:

Заряд конденсатора — это абсолютное значение заряда одной из обкладок конденсатора.

Все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора и однородно.

Слайд 5Текст слайда:

Зарядка конденсатора от электрофорной машины

Слайд 6Текст слайда:

— по виду диэлектрика: воздушные,
слюдяные, керамические,
электролитические. — по форме обкладок: плоские,
сферические, цилиндрические. — по величине емкости:
постоянные, переменные.

Различные типы конденсаторов

Слайд 7Текст слайда:

Различные типы конденсаторов

В зависимости от назначения конденсаторы имеют различное устройство.

Слайд 8Текст слайда:

Различные типы конденсаторов

Обычный технический бумажный конденсатор состоит из двух полосок алюминиевой фольги, изолированных друг от друга и от металлического корпуса бумажными лентами, пропитанными парафином. Полоски и ленты туго свернуты в пакет небольшого размера

Слайд 9Текст слайда:

Различные типы конденсаторов

Конденсаторы переменной электроемкости

Слайд 10Текст слайда:

Обозначение конденсаторов

Конденсатор постоянной ёмкости

Конденсатор переменной ёмкости

Слайд 11Текст слайда:

Электроемкость

Слайд 12Текст слайда:

Слайд 13Текст слайда:

Электроёмкость конденсатора

Слайд 14Текст слайда:

Единицы электроемкости

Электроемкость измеряется в фарадах(Ф)
[С] = 1Ф (фарад)

Электроемкость двух проводников численно
равна единице, если при сообщении им зарядов
+1 Кл и -1 Кл между ними возникает разность
потенциалов 1В
1Ф = 1Кл/В

Слайд 15Текст слайда:

Единицы электроемкости

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

Слайд 16Текст слайда:

От чего зависит электроемкость конденсатора?

Слайд 17Текст слайда:

От чего зависит электроемкость конденсатора?

Чем больше площадь пластин, тем больше ёмкость конденсатора.
При уменьшении расстояния между пластинами конденсатора при неизменном заряде ёмкость конденсатора увеличивается.
При внесении диэлектрика ёмкость конденсатора увеличивается.

Емкость конденсатора зависит от площади пластин, расстояния между пластинами, от свойств внесённого диэлектрика.

Слайд 18Текст слайда:

Электроемкость

Слайд 19Текст слайда:

Энергия конденсатора

Для того чтобы зарядить конденсатор, нужно совершить работу по разделению положительных и отрицательных зарядов. В соответствии с законом сохранения энергии, совершённая работа А равна энергии конденсатора Е, т. е
А = Е,
где Е — энергия конденсатора.
Работу электрическое поле конденсатора, можно найти по формуле: А = qUcp,
где Uср — это среднее значение напряжения.
Uср = U/2; тогда А = qUср = qU/2, так как q = CU, то А = CU2/2.

Энергия конденсатора ёмкостью С равна:
W = CU2/2

Слайд 20Текст слайда:

Применение конденсаторов

Слайд 21Текст слайда:

Слайд 22Текст слайда:

Применение конденсаторов

Лампа-вспышка питается электрическим током разрядки конденсатора.
Газоразрядные трубки зажигаются при разрядки батареи конденсаторов.
Радиотехника.

Слайд 23Текст слайда:

Слайд 24Текст слайда:

Историческая справка

Слайд 25Текст слайда:

Историческая справка

Слайд 26Текст слайда:

Домашнее задание

§ 54, Упражнение 38

Скачать презентацию

8.2: Емкость и конденсаторы — технические библиотеки LibreTexts

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы: 25141

Джеймс М. Фиоре
Муниципальный колледж Mohawk Valley

Конденсатор — это устройство, хранящее энергию. Конденсаторы хранят энергию в виде электрического поля. В самом простом случае конденсатор может быть немного больше, чем пара металлических пластин, разделенных воздухом. Поскольку это представляет собой разомкнутую цепь, постоянный ток не будет течь через конденсатор. Если это простое устройство подключить к источнику постоянного напряжения, как показано на рис. 8.2.1. , отрицательный заряд будет накапливаться на нижней пластине, а положительный заряд накапливается на верхней пластине. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не станет равным напряжению источника. При этом на пластинах будет накапливаться определенное количество электрического заряда.

Рисунок 8.2.1 : Базовый конденсатор с источником напряжения.

Способность этого устройства накапливать заряд относительно возникающего на нем напряжения называется емкостью. Его символ — C, и он имеет единицы измерения фарад (F) в честь Майкла Фарадея, английского ученого 19-го века, который сделал ранние работы в области электромагнетизма. По определению, если общий заряд в 1 кулон связан с потенциалом в 1 вольт на пластинах, то емкость равна 1 фараду.

\[1 \text{ фарад} \экв 1 \text{кулон} / 1 \text{вольт} \label{8.1} \]

или чаще

\[C = \frac{Q}{V} \label{8.2} \]

Где

\(C\) — емкость в фарадах,

\(Q\) — заряд в кулонах,

\(В\) — напряжение в вольтах.

Из уравнения \ref{8.2} видно, что при любом заданном напряжении, чем больше емкость, тем большее количество заряда может быть сохранено. Мы также можем видеть, что при заданном размере конденсатора, чем выше напряжение, тем больше сохраняется заряд. Эти наблюдения относятся непосредственно к количеству энергии, которое может быть сохранено в конденсаторе. 92 \метка{8.3} \]

Где

\(Вт\) — энергия в джоулях,

\(C\) — емкость в фарадах,

\(В\) — напряжение в вольтах.

Базовый конденсатор состоит из двух проводящих пластин, разделенных изолятором или диэлектриком. Этот материал может быть воздухом или изготовлен из различных материалов, таких как пластик и керамика. Это показано на рисунке 8.2.2. .

Рисунок 8.2.2 : Компоненты универсального конденсатора.

Для практических конденсаторов пластины могут быть уложены попеременно или даже сделаны из фольги и сформированы в скрученную трубку. Какой бы ни была конструкция, характеристики диэлектрика будут играть главную роль в характеристиках устройства, как мы увидим.

Как правило, емкость увеличивается прямо пропорционально площади пластины \(A\) и обратно пропорционально расстоянию между пластинами \(d\). Далее, это также пропорционально физической характеристике диэлектрика; диэлектрическая проницаемость \(\varepsilon\). Таким образом, емкость равна:

\[C = \varepsilon \frac{A}{d} \label{8.4} \]

Где

\(C\) — емкость в фарадах,

\(A\) — площадь плиты в квадратных метрах,

\(d\) — расстояние между пластинами в метрах,

\(\varepsilon\) — диэлектрическая проницаемость диэлектрика между пластинами.

Следует отметить, что эффективная площадь пластин несколько больше, чем точная физическая площадь пластин. Это происходит из-за явления, называемого окантовкой. По сути, линии электрического поля выпячиваются наружу на краях пластины, а не сохраняют однородную параллельную ориентацию. Это показано на рисунке 8.2.3.

Рисунок 8.2.3 : Конденсатор электрического поля с окантовкой.

Из уравнения \ref{8.4} очевидно, что диэлектрическая проницаемость диэлектрика играет важную роль в определении объемного КПД конденсатора, другими словами, величины емкости, которая может быть упакована в компонент данного размера. Некоторые диэлектрики заметно более эффективны, чем другие. Для облегчения сравнения часто используется относительная диэлектрическая проницаемость, то есть отношение диэлектрической проницаемости к диэлектрической проницаемости вакуума \(\varepsilon_0\).

Таблица относительной диэлектрической проницаемости различных диэлектриков приведена в таблице 8. 2.1. . Ряд обычных диэлектриков, таких как различные полипластиковые пленки и слюда, обладают диэлектрической проницаемостью, в два-шесть раз превышающей диэлектрическую проницаемость воздуха, но существуют также керамические диэлектрики, диэлектрическая проницаемость которых в сотни и тысячи раз больше, чем у воздуха.

Таблица 8. 2.1 : Относительная диэлектрическая проницаемость различных диэлектриков. Данные взяты из Википедии и других источников.
Материал	Относительная диэлектрическая проницаемость, \(\varepsilon_r = \varepsilon /\varepsilon_0\)
Вакуум	1 (\(\varepsilon_0\) =8,85E−12 фарад/метр)
Воздух	1.00058986 (на СТП)
ПТФЭ/тефлон	2. 1
Полиэтилен/XLPE	2,25
Полиимид	3,4
Полипропилен	2,2-2,36
Полистирол	2,4-2,7
Полиэстер (майлар)	3.1
Бумага	1,4
Слюда	3-6
Диоксид кремния	3,9
Резина	7
Алмаз	5,5-10
Кремний	11,68
Диоксид титана	86-173
Титанат стронция	310
Титанат меди кальция	>250 000

На первый взгляд может показаться, что выбор диэлектрика с самой высокой диэлектрической проницаемостью будет лучшим выбором, но это не обязательно так. Есть несколько других факторов, влияющих на это решение, включая температурную стабильность, сопротивление утечки (эффективное параллельное сопротивление), ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) и прочность на пробой. Для идеального конденсатора сопротивление утечки было бы бесконечным, а ESR было бы равно нулю.

В отличие от резисторов, конденсаторы не имеют максимальной рассеиваемой мощности. Вместо этого они имеют максимальное номинальное напряжение. Пробойная прочность диэлектрика устанавливает верхний предел того, насколько большое напряжение может быть приложено к конденсатору, прежде чем он будет поврежден. Пробойная прочность измеряется в вольтах на единицу расстояния, таким образом, чем ближе пластины, тем меньшее напряжение выдерживает конденсатор. Например, уменьшение вдвое расстояния между пластинами удваивает емкость, но также вдвое снижает номинальное напряжение. Таблица 8.2.2 перечисляет прочность на пробой различных диэлектриков. Сравнение таблиц Таблиц 8.2.1 и 8.2.2 намекает на сложность ситуации. Например, рассмотрим полистирол против полипропилена. Полистирол предлагает умеренно повышенную диэлектрическую проницаемость, но полипропилен имеет значительное преимущество с точки зрения прочности на разрыв. Как следствие, пластины могут быть размещены намного ближе друг к другу при использовании полипропилена, при этом достигается такое же номинальное напряжение, как у конденсатора с использованием полистирола. Следовательно, полипропиленовый конденсатор потребует меньшего объема при той же емкости. Дополнительным преимуществом полипропилена является, среди прочих характеристик, высокая термостойкость и низкое влагопоглощение. Сравнивая полипропилен с полиэфиром, мы обнаруживаем, что улучшенная диэлектрическая проницаемость полиэфира наряду с аналогичной прочностью на разрыв дает улучшенную объемную эффективность по сравнению с полипропиленом. К сожалению, полиэстер страдает от большей температурной зависимости.

Вещество

Прочность на разрыв (кВ/мм)

Воздух

3,0

Боросиликатное стекло

20-40

ПТФЭ (тефлон, изоляционная пленка)

60-173

Полиэтилен

19-160

Полипропилен

650

Полистирол

19,7

PEEK (полиэфирэфиркетон)

Полиэстер (майлар)

580

Неопреновый каучук

15,7-26,7

Дистиллированная вода

65-70

Вощеная бумага

40-60

Слюда

118

Алмаз

2000

ЦТС (керамика)

10-25

Таблица 8.

{12}\). В отличие от резисторов, чей физический размер связан с их номинальной мощностью, а не значением сопротивления, физический размер конденсатора связан как с его емкостью, так и с его номинальным напряжением (следствие уравнения \ref{8.4}). Небольшие конденсаторы для поверхностного монтажа могут быть довольно малы, в то время как конденсаторы фильтра источника питания, обычно используемые в устройствах бытовой электроники, таких как аудиоусилитель, могут быть значительно больше, чем батарея элемента D. Выборка конденсаторов показана на рисунке 8.2.4. .

Рисунок 8.2.4 : Разнообразие стилей и упаковок конденсаторов.

В передней и левой части фотографии находятся различные конденсаторы из пластиковой пленки. Дисковый конденсатор использует керамический диэлектрик. Небольшое квадратное устройство спереди представляет собой конденсатор для поверхностного монтажа, а справа от него — каплевидный танталовый конденсатор, обычно используемый для обхода источника питания в электронных схемах. Конденсатор среднего размера справа со сложенными выводами представляет собой бумажный конденсатор, который когда-то был очень популярен в аудиосхемах. Некоторые конденсаторы имеют обжимное кольцо с одной стороны, включая большое устройство с винтовыми клеммами. Это алюминиевые электролитические конденсаторы. Эти устройства, как правило, демонстрируют высокий объемный КПД, но, как правило, не обеспечивают максимальной производительности в других областях, таких как абсолютная точность и ток утечки. Обычно они поляризованы, что означает, что выводы должны соответствовать полярности приложенного напряжения. Вставка их в цепь в обратном порядке может привести к катастрофическому отказу. Полярность обычно обозначается рядом знаков минус и/или полосой, обозначающей отрицательный вывод. Танталовые конденсаторы также поляризованы, но обычно обозначаются знаком плюс рядом с положительным выводом. Конденсатор переменной емкости, используемый для настройки радио, показан на рис. 8.2.5. . Один набор пластин крепится к раме, а пересекающийся набор пластин крепится к валу. Вращение вала изменяет площадь перекрытия пластин и, таким образом, изменяет емкость.

Рисунок 8.2.5 : Переменный конденсатор.

Для больших конденсаторов значение емкости и номинальное напряжение обычно печатаются непосредственно на корпусе. В некоторых конденсаторах используется «MFD», что означает «микрофарады». Хотя цветовой код конденсатора существует, как и цветовой код резистора, он, как правило, теряет популярность. Для конденсаторов меньшего размера используется числовой код, повторяющий цветовой код. Обычно он состоит из трехзначного числа, например «152».

Первые две цифры представляют собой часть точности, а третья цифра представляет собой множитель степени десяти. Результат в пикофарадах. Таким образом, 152 — это 1500 пф.

Рисунок 8.2.6 : Обозначения конденсаторов (сверху вниз): неполяризованные, поляризованные, переменные.

Схематические обозначения конденсаторов показаны на рис. 8.2.6. . Широко используются три символа. Первый символ, использующий две параллельные линии для отражения двух пластин, предназначен для стандартных неполяризованных конденсаторов. Второй символ обозначает поляризованные конденсаторы. В этом варианте положительный вывод изображается прямой линией для этой пластины и часто обозначается знаком плюс. Минусовая клемма нарисована изогнутой линией. Третий символ используется для конденсаторов переменной емкости и прочерчен стрелкой, как реостат.

Рисунок 8.2.7 : Измеритель LCR, предназначенный для считывания емкости, сопротивления и индуктивности.

Для получения точных измерений конденсаторов используйте измеритель LCR, такой как показанный на рис. 8.2.7. , может быть использовано. Эти устройства предназначены для измерения трех распространенных пассивных электрических компонентов: резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности ¹ . В отличие от простого цифрового мультиметра, измеритель LCR также может измерять значения на различных частотах переменного тока, а не только постоянного тока, а также определять вторичные характеристики, такие как эквивалентное последовательное сопротивление и эффективное сопротивление параллельной утечки.

Спецификация конденсатора

Часть типовой спецификации конденсатора показана на рис. 8.2.8. . Это серия металлизированных пленочных конденсаторов со сквозными отверстиями, в которых в качестве диэлектрика используется полипропилен. Сначала мы видим список общих функций. Во-первых, мы обнаружили, что в конденсаторах используется огнестойкое эпоксидное покрытие, а также они соответствуют требованиям RoHS. Затем мы переходим к набору технических характеристик электрических характеристик. Например, мы видим, что эта серия доступна в двух вариантах: один рассчитан на 800 вольт постоянного тока, а другой — на 1600 вольт постоянного тока. Кроме того, допуск доступен как \(\pm\)3% или \(\pm\)5%. Коэффициент рассеяния \((\tan \delta )\) является мерой, имеющей особое значение для работы переменного тока, и пропорционален ESR (эквивалентному последовательному сопротивлению, в идеале равному 0), чем меньше, тем лучше. Сопротивление изоляции указывает на значение эффективного сопротивления параллельной утечки (чем выше, тем лучше), здесь около 30 000 МОм\(\Омега\). Наконец, мы видим данные о физических размерах, необходимые для разводки печатных плат.

Конденсаторы, включенные последовательно и параллельно

Несколько конденсаторов, включенных последовательно и/или параллельно, ведут себя не так, как резисторы. Параллельное размещение конденсаторов увеличивает общую площадь пластины и, следовательно, увеличивает емкость, как показано в уравнении \ref{8.4}. Поэтому конденсаторы, включенные параллельно, увеличивают стоимость, ведя себя как резисторы, включенные последовательно. Напротив, когда конденсаторы расположены последовательно, расстояние между пластинами как бы увеличивается, что приводит к уменьшению емкости. Поэтому конденсаторы, включенные последовательно, ведут себя как резисторы, включенные параллельно. Их значение находится с помощью обратной суммы суммированных обратных величин или по правилу произведения-суммы.

Рисунок 8.2.8 : Паспорт конденсатора. Предоставлено Panasonic

Пример 8.2.1

Найдите эквивалентную емкость сети, показанной на рис. 8.2.9. .

Рисунок 8.2.9 : Схема для примера 8.2.1 .

Все эти конденсаторы подключены параллельно, поэтому эквивалентное значение равно сумме трех емкостей:

\[C_{Всего} = C_1+C_2+C_3 \номер\]

\[C_{Всего} = 1 \мкФ+100 нФ+560 нФ \номер\]

\[C_{Всего} = 1,66 \мкФ \номер\]

Пример 8.2.2

Найдите эквивалентную емкость сети, показанной на рис. 8.2.10. .

Рисунок 8.2.10 : Схема для примера 8.2.2 .

В этой схеме мы видим, что левый и средний конденсаторы включены параллельно. Эта комбинация последовательно с конденсатором справа:

\[C_{левый} = C_1+C_2 \номер \]

\[C_{левый} = 3,3 \mu F+4,7 \mu F \номер \]

\[C_{левый} = 8 \mu F \номер \]

\[C_{Всего} = \frac{C_{левый}C_3} {C_{левый}+C_3} \номер\]

\[C_{Всего} = \frac{8 \mu F16 \mu F}{8 \mu F+16 \mu F} \nonumber \]

\[C_{Всего} \приблизительно 5,33 \мкФ \номер\]

Если цепь не содержит ничего, кроме источника напряжения, включенного параллельно с группой конденсаторов, напряжение будет одинаковым на всех конденсаторах, как и в резистивной параллельной цепи. Если вместо этого цепь состоит из нескольких конденсаторов, включенных последовательно с источником напряжения, как показано на рис. 8.2.11. , напряжение будет делиться между ними обратно пропорционально. Другими словами, чем больше емкость, тем меньше ее доля в приложенном напряжении. Напряжения также можно найти, сначала определив последовательную эквивалентную емкость. Затем общий заряд может быть определен с использованием приложенного напряжения. Наконец, отдельные напряжения рассчитываются по уравнению \ref{8.2}, \(V = Q/C\), где \(Q\) — общий заряд, а \(C\) — интересующая емкость. Это показано в следующем примере.

Рисунок 8.2.11 : простая последовательная схема, состоящая только из конденсаторов.

Пример 8.2.3

Найдите напряжения на конденсаторах на рис. 8.2.12. .

Рисунок 8.2.12 : Схема для примера 8.2.3 .

Первым шагом является определение общей емкости. Поскольку они расположены последовательно, мы можем использовать правило взаимности:

\[C_{Всего} = \frac{1}{\frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \frac{1}{C_3}} \nonumber \]

\[C_{Total} = \frac{1}{\frac{1}{2 \mu F} + \frac{1}{4 \mu F} + \frac{1}{8 \mu F}} \номер\]

\[C_{Всего} \ приблизительно 1,143 \мкФ \номер\]

Отсюда определяем общий заряд:

\[Q = V C \номер\]

\[Q = 12 V1. 143 \mu F \номер \]

\[Q = 13,71 мкм C \номер\]

Заряд всех последовательных конденсаторов постоянен, поэтому:

\[V_{2uF} = \frac{Q}{C} \номер\]

\[V_{2uF} = \frac{13.71 \mu C}{2 \mu F} \nonumber \]

\[В_{2 мкФ} = 6,855 В \номер \]

\[V_{4uF} = \frac{Q}{C} \номер\]

\[V_{4uF} = \frac{13.71 \mu C}{4 \mu F} \nonumber \]

\[В_{4 мкФ} = 3,427 В \номер\]

\[V_{8uF} = \frac{Q}{C} \номер\]

\[V_{8uF} = \frac{13.71 \mu C}{8 \mu F} \nonumber \]

\[V_{8uF} = 1.714V \номер\]

Сумма трех напряжений составляет 12 вольт (в пределах погрешности округления) и соответствует ожидаемому значению KVL.

Практический совет

Хотя может возникнуть соблазн попробовать, не пытайтесь проверить работу примера 8.2.3. в лаборатории с помощью стандартного цифрового мультиметра. Причина в том, что внутреннее сопротивление типичного цифрового вольтметра на много порядков меньше, чем сопротивление утечки конденсаторов. В результате заряд будет передаваться счетчику, нарушая измерение. Это было бы похоже на попытку измерить напряжение на цепочке резисторов, каждый из которых превышает 100 МОм\(\Омега\), с помощью измерителя, внутреннее сопротивление которого равно 1 МОм\(\Омега\). Сопротивление измерителя доминирует над параллельной комбинацией и вызывает чрезмерную нагрузку, которая разрушает измерение. Для этих типов измерений необходим специальный тип вольтметра, электростатический вольтметр или электрометр. Их иногда называют счетчиками без взимания платы.

Зависимость тока от напряжения

Зависимость тока от напряжения в конденсаторе отличается от зависимости резистора. Конденсаторы не так сильно сопротивляются току; более продуктивно думать с точки зрения их реакции на это. Ток через конденсатор равен емкости, умноженной на скорость изменения напряжения на конденсаторе во времени (т. е. на его наклон). То есть важно не значение напряжения, а то, как быстро меняется напряжение. При фиксированном напряжении ток конденсатора равен нулю, и поэтому конденсатор ведет себя как открытый. Если напряжение меняется быстро, ток будет высоким, и конденсатор ведет себя скорее как короткое замыкание. Выражается формулой:

\[i = C \frac{d v}{d t} \label{8.5} \]

Где

\(i\) — ток, протекающий через конденсатор,

\(C\) — емкость ,

\(dv/dt\) — скорость изменения напряжения конденсатора во времени.

Особенно полезная форма уравнения \ref{8.5}:

\[\frac{d v}{d t} = \frac{i}{C} \label{8.6} \]

Альтернативный способ поиска в уравнении \ref{8.5} указывает, что если конденсатор питается от источника постоянного тока, напряжение будет расти с постоянной скоростью (\(dv/dt\)). Он непрерывно накапливает заряд на пластинах конденсатора со скоростью \(I\), что эквивалентно \(Q/t\). Пока присутствует ток, питающий конденсатор, напряжение на конденсаторе будет продолжать расти. Хорошая аналогия, если бы у нас была труба, льющая воду в резервуар, при этом уровень в резервуаре продолжает расти. Этот процесс накопления заряда на пластинах называется зарядкой конденсатора. Например, рассматривая схему на рис. 8.2.13. , мы видим источник тока, питающий один конденсатор. Если бы мы построили график зависимости напряжения конденсатора от времени, мы бы увидели график, подобный рисунку 8.2.14. .

Рисунок 8.2.13 : Конденсатор с источником тока.

Рисунок 8.2.14 : Напряжение конденсатора в зависимости от времени.

С течением времени напряжение на конденсаторе увеличивается с положительной полярностью сверху вниз. С теоретически идеальными конденсатором и источником это будет продолжаться вечно или до тех пор, пока не будет отключен источник тока. В действительности эта линия либо начала бы отклоняться по горизонтали, когда источник достиг своих пределов, либо конденсатор вышел бы из строя, как только было бы достигнуто его напряжение пробоя. Наклон этой линии определяется размером источника тока и емкостью.

Пример 8.2.4

Определить скорость изменения напряжения на конденсаторе в цепи рис. 8. 2.15 . Также определите напряжение конденсатора через 10 миллисекунд после включения питания.

Рисунок 8.2.15 : Схема для примера 8.2.4 .

Во-первых, обратите внимание на направление источника тока. Это создаст отрицательное напряжение на конденсаторе сверху вниз. Скорость изменения:

\[\frac{dv}{dt} = \frac{i}{C} \nonumber \]

\[\frac{dv}{dt} = \frac{−5 \mu A}{30 нФ} \nonumber \]

\[\frac{dv}{dt} \приблизительно −166,7 \text{ вольт в секунду} \nonumber \]

Таким образом, каждую секунду напряжение повышается еще на -166,7 вольт. Если предположить, что он полностью разряжен при подаче питания, через 10 миллисекунд он возрастет до -166,7 В / с, умноженный на 10 мс, или -1,667 вольт.

Уравнение \ref{8.6} дает представление о поведении конденсаторов. Как только что было отмечено, если конденсатор питается от постоянного источника тока, напряжение на нем возрастает с постоянной скоростью \(i/C\). Существует предел скорости изменения напряжения на конденсаторе. Мгновенное изменение означает, что \(dv/dt\) бесконечно, и, следовательно, ток, питающий конденсатор, также должен быть бесконечным (что невозможно). Это не проблема резисторов, которые подчиняются закону Ома, а ограничение конденсаторов. Поэтому мы можем указать особенно важную характеристику конденсаторов:

\[\text{Напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно.} \label{8.7} \]

Это наблюдение будет ключом к пониманию работы конденсаторов в цепях постоянного тока.

Каталожные номера

¹ Катушки индуктивности рассматриваются в следующей главе.

Эта страница под названием 8.2: Емкость и конденсаторы используется в соответствии с лицензией CC BY-NC-SA 4.0, автором, ремиком и/или куратором которой является Джеймс М. Фиоре с помощью исходного контента, отредактированного в соответствии со стилем и стандартами Платформа LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

Наверх

Была ли эта статья полезной?

Тип изделия
Раздел или Страница
Автор
Джеймс М. Фиоре
Лицензия
CC BY-NC-SA
Версия лицензии
4,0
Показать оглавление
нет
Теги
1. source@http://www.dissidents.com/resources/DCElectricalCircuitAnalysis.pdf

Молекулярные выражения: электричество и магнетизм

gif»>



Галерея

Информация о лицензии

Использование изображения

Пользовательские фотографии

Партнеры

Информация о сайте

Свяжитесь с нами

Публикации

Главная

Visit Science, Оптика и вы	gif»>

Галереи:

Фотогалерея

Кремниевый зоопарк

Фармацевтика

Чип-шоты

Фитохимикаты

Галерея ДНК

Микроскейпы

Витамины

Аминокислоты

Камни

Религиозная коллекция

Пестициды

Пивошоты

Коктейльная коллекция

Заставки

Выиграть обои

Mac Обои

Киногалерея

Факторы, влияющие на емкость

Конденсатор представляет собой электрическое устройство, предназначенное для хранения электрического заряда, обычно состоящее из двух параллельных проводящих пластин, разделенных изолирующим слоем, называемым диэлектриком.

Нажимайте на стрелки, чтобы выбрать различные комбинации диэлектриков, площадей пластин и расстояний.

На емкость конденсатора влияет площадь пластин, расстояние между пластинами и способность диэлектрика выдерживать электростатические силы. В этом руководстве показано, как изменение этих параметров влияет на емкость конденсатора. Пластины большего размера обеспечивают большую емкость для накопления электрического заряда. Следовательно, с увеличением площади пластин увеличивается емкость.

Емкость прямо пропорциональна электростатическому силовому полю между пластинами. Это поле сильнее, когда пластины расположены ближе друг к другу. Следовательно, при уменьшении расстояния между пластинами емкость увеличивается.

Диэлектрические материалы оцениваются на основе их способности выдерживать электростатические силы с точки зрения числа, называемого диэлектрической проницаемостью. Чем выше диэлектрическая проницаемость, тем больше способность диэлектрика выдерживать электростатические силы. Следовательно, с увеличением диэлектрической проницаемости увеличивается емкость.

ВЕРНУТЬСЯ К РУКОВОДСТВУ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСТВУ И МАГНИТИЗМУ

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.

© 1995-2022 автор Майкл В. Дэвидсон и Университет штата Флорида. Все права защищены. Никакие изображения, графика, программное обеспечение, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения владельцев авторских прав. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми правовыми положениями и условиями, изложенными владельцами.

Этот веб-сайт поддерживается нашим

Группа графического и веб-программирования
в сотрудничестве с Optical Microscopy на
Национальная лаборатория сильного магнитного поля.

Последнее изменение: среда, 7 июня 2017 г., 13:21

Количество обращений с 03 апреля 1999 г.: 486327

Молекулярные выражения: электричество и магнетизм

gif»>



Галерея

Информация о лицензии

Использование изображения

Пользовательские фотографии

Партнеры

Информация о сайте

Свяжитесь с нами

Публикации

Главная

Visit Science, Optics, & You	gif»>

Галереи:

Фотогалерея

Кремниевый зоопарк

Фармацевтика

Чип-шоты

Фитохимикаты

Галерея ДНК

Микроскейпы

Витамины

Аминокислоты

Камни

Религиозная коллекция

Пестициды

Пивошоты

Коктейльная коллекция

Заставки

Выиграть обои

Mac Обои

Киногалерея

Введение в емкость

Емкость — это свойство электрического проводника, характеризующее его способность накапливать электрический заряд. Электронное устройство, называемое конденсатором, предназначено для создания емкости в электрической цепи путем накопления энергии в электрическом поле между двумя проводящими телами.

Около 1745 года Эвальд Кристиан фон Клист и Питер ван Мусшенбрук независимо друг от друга открыли емкость в электрической цепи. Занимаясь отдельными исследованиями электростатики, они обнаружили, что электрический заряд может храниться в течение определенного периода времени. Они использовали устройство, теперь называемое лейденской банкой, которое состояло из закрытой пробкой стеклянной банки, наполненной водой, с гвоздем, протыкающим пробку и погружаемым в воду. Они подключили гвоздь к электростатическому заряду. После отключения гвоздя от источника заряда они обнаружили, что при прикосновении к гвоздю можно было почувствовать удар. Это продемонстрировало, что устройство накопило заряд.

В 1747 году Джон Бевис усовершенствовал устройство, заменив воду в банке металлической фольгой. Он обложил банку изнутри и снаружи фольгой. Это создало конденсатор с двумя проводниками (внутренний и внешний слои металлической фольги), одинаково разделенными изоляционным стеклом. Эти конструктивные особенности заложены в современном конденсаторе. Лейденская банка также использовалась Бенджамином Франклином для хранения заряда от молнии и в других экспериментах. На самом деле естественное явление молнии включает в себя емкость в том, что между слоями облаков или между облаками и землей перед ударом молнии возникают огромные электрические поля. Мы построили Руководство по Java , демонстрирующее это явление.

Интерактивное руководство по Java

gif»>


	Молния Узнайте, как разрядка естественного конденсатора вызывает молнию.

Конденсаторы по-разному используются в электронных схемах, таких как барьеры для постоянного тока, хранение памяти в компьютерном чипе, хранение заряда для электронной фотовспышки или настройка настроенной схемы, например, в радиоприемнике.

Описание конденсатора

Конденсатор в своей простейшей форме состоит из двух проводящих пластин, разделенных изолирующим слоем, называемым диэлектриком. Когда конденсатор включен в цепь через источник напряжения, напряжение выталкивает электроны на поверхность одной пластины и вытягивает электроны с поверхности другой пластины, что приводит к разности потенциалов между пластинами. Конденсаторы заряжаются и разряжаются по мере необходимости. Конденсаторы различаются размерами и расположением пластин, а также типом используемых диэлектрических материалов. В зависимости от типа необходимого диэлектрика можно использовать бумагу, керамику, воздух, слюду и электролитические материалы. Емкость конденсатора может быть фиксированной или регулируемой (как в радиотюнере).

Зарядка конденсатора

Когда конденсатор подключен к источнику напряжения, такому как батарея, напряжение заставляет электроны прилипать к одной пластине, в результате чего пластина становится отрицательно заряженной. Электроны другой пластины отрываются от батареи, в результате чего получается положительно заряженная пластина. Поскольку диэлектрик между пластинами является изолятором, через него не может протекать ток. Конденсатор имеет конечную емкость для накопления зарядов. Когда конденсатор достигает своей емкости, он полностью заряжен.

На следующих схемах показана зарядка конденсатора. На рис. 2 показана цепь, содержащая проводник, соединяющий батарею, разомкнутый переключатель и конденсатор. Конденсатор на рисунке 2 не заряжен. Разности потенциалов между пластинами нет.

Когда переключатель замкнут, как на рис. 3, происходит мгновенный скачок тока через проводник к пластинам конденсатора и от них. Когда ток достигает отрицательной пластины конденсатора, он останавливается диэлектриком.

Всплеск электрического тока в конденсаторе индуцирует противодействующую электродвижущую силу в проводнике и пластинах. Эта противоэлектродвижущая сила называется реактивным сопротивлением. Когда реактивное сопротивление достигает уровня, равного напряжению батареи, конденсатор полностью заряжен. Дальнейшего течения тока нет. Когда конденсатор полностью заряжен, переключатель можно разомкнуть, и конденсатор сохранит свой заряд (рис. 4). Из-за разницы зарядов на пластинах в конденсаторе имеется источник потенциальной энергии. Накопленная энергия – это энергия, необходимая для зарядки конденсатора.

Силовые линии между пластинами конденсатора представляют электрическое силовое поле (см. рис. 3 и 4). Это электрическое силовое поле существует из-за неравных зарядов, положительных и отрицательных, на внутренних поверхностях пластин. Ток не может течь через электростатическое поле из-за диэлектрического изолятора. Другими словами, разность потенциалов между пластинами индуцирует внутри диэлектрика электростатическое поле, удерживающее заряд.

Разрядка конденсатора

Заряженный конденсатор, показанный на рисунке 4, теперь является источником потенциальной энергии. Эта потенциальная энергия теперь доступна для предполагаемого электронного применения. Если переключатель замкнут, как на рисунке 5, ток немедленно начнет течь от отрицательной пластины к положительной. Конденсатор разряжается.

Заряженный конденсатор является источником напряжения для протекания тока. Ток перестанет течь, когда заряды двух пластин снова сравняются, а это означает, что конденсатор полностью разряжен.

Мы моделировали зарядку и разрядку конденсатора в нашем интерактивном учебном пособии по Java для конденсаторов .

Интерактивное руководство по Java


	Конденсатор Узнайте, как конденсатор заряжается и разряжается.

Диэлектрические материалы

Диэлектрический материал в конденсаторе предотвращает протекание тока между его пластинами. Он также служит средой для поддержания электростатической силы заряженного конденсатора. Для диэлектриков используются различные материалы, как показано в таблице ниже.

Диэлектрические материалы оцениваются на основе их способности выдерживать электростатические силы с точки зрения числа, называемого диэлектрической проницаемостью. Способность диэлектрика выдерживать электростатические силы прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости. Вакуум является стандартом, по которому оцениваются другие диэлектрики. Диэлектрическая проницаемость вакуума равна 1. Из диаграммы видно, что разница в диэлектрической проницаемости вакуума и воздуха очень мала. Поэтому воздух часто называют воздухом с диэлектрической проницаемостью 1,9.0032

Материал	Диэлектрическая проницаемость
Вакуум	1,0
Воздух	1.00059
Полистирол	2,5
Бумага	3,5
Слюда	5,4
Бесцветное стекло	9,9
Спирт метиловый	35
Глицерин	56,2
Чистая вода	81

gif»>

Измерение емкости

Емкость измеряется в фарадах, названных в честь Майкла Фарадея (1791-1867). Фарад обозначается буквой F. Если на пластины конденсатора поместить заряд в 1 кулон и разность потенциалов между ними составляет 1 вольт, то емкость определяется как 1 фарад. Один кулон равен заряду 6,25 х 10 ¹⁸ электронов. Один фарад — это чрезвычайно большая величина емкости. Чаще используются микрофарад (10 ^-6 Ф) и пикофарад (10 ^-12 Ф).

Емкость конденсатора пропорциональна количеству заряда, которое может быть в нем сохранено на каждый вольт разности потенциалов между его пластинами. Математически это отношение записывается как:

С = Q/V

Где С — емкость в фарадах, Q — количество накопленного электрического заряда в кулонах, а В — разность потенциалов в вольтах.

Таким образом, накопленный электрический заряд можно рассчитать по формуле:

Q = резюме

Разность потенциалов или напряжения конденсатора можно рассчитать по формуле:

В = Q/C

Факторы, влияющие на значение емкости

На емкость конденсатора влияют три фактора:

Площадь пластин
Расстояние между плитами
Диэлектрическая проницаемость материала между пластинами

Пластины большего размера обеспечивают большую емкость для накопления электрического заряда. Следовательно, с увеличением площади пластин увеличивается емкость.

Как обсуждалось выше, способность диэлектрика выдерживать электростатические силы прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости. Следовательно, с увеличением диэлектрической проницаемости увеличивается емкость.

С учетом каждого из трех вышеперечисленных факторов емкость конденсатора с двумя параллельными пластинами можно рассчитать по формуле:

С = (8,855 К А) ÷ д

Where C is capacitance in picofarads, K is the dielectric constant, A is the area of one plate in m ² , and d is the distance between plates in м .

Наш интерактивный учебник по Java «Факторы, влияющие на емкость» демонстрирует изменения емкости при изменении размера пластины, расстояния и диэлектрической проницаемости.

Интерактивное руководство по Java

gif»>


	Факторы, влияющие на емкость Откройте для себя факторы, влияющие на емкость.

Резистивно-емкостные последовательные схемы и постоянная времени

Когда конденсатор заряжается, протекающий ток уменьшается, потому что напряжение, развиваемое конденсатором, со временем увеличивается и противодействует напряжению источника. Следовательно, скорость заряда конденсатора со временем снижается. Время, необходимое для зарядки и разрядки конденсатора, является очень важным фактором при разработке электронных схем. Резисторы часто используются в сочетании с конденсаторами, чтобы контролировать время заряда и разряда, необходимое для предполагаемого применения. Сопротивление напрямую влияет на время, необходимое для зарядки конденсатора. Чем больше сопротивление, тем больше времени требуется для зарядки конденсатора. Время, в течение которого конденсатор полностью заряжается в резистивно-емкостной (RC) цепи, зависит от номиналов конденсатора и резистора.

На следующем графике показана скорость заряда конденсатора в RC-цепи. Обратите внимание, что скорость зарядки сильно снижается со временем. Последняя часть времени его зарядки во много раз больше, чем первая часть. Фактически, конденсатор достигает 63,2% своего заряда за одну пятую часть времени, необходимого для полной зарядки. Из-за этого конденсаторы в реальных приложениях обычно заряжаются не полностью. Конденсаторы в цепях обычно заряжаются всего на 63,2% от полной емкости. Время, необходимое конденсатору для зарядки до 63,2% его полной емкости, называется его постоянной времени RC (резистивно-емкостной).

Важно знать, как рассчитать постоянные времени RC, чтобы проектировать множество различных электронных схем. Постоянную времени RC-цепи можно рассчитать по следующей формуле:

т = С x R

Где t — время в секундах, C — емкость в фарадах, а R — сопротивление в омах.

Наш RC Time Constant Interactive Java Tutorial демонстрирует изменения постоянной времени RC при корректировке значений сопротивления и емкости.

Интерактивное руководство по Java

gif»>


	RC Постоянная времени Наблюдайте за изменениями постоянной времени RC-цепи при различных значениях сопротивления и емкости.

Конденсаторы в параллельных цепях

Емкость цепи можно увеличить, подключив конденсаторы параллельно, как показано на следующей схеме:

Мы знаем, что емкость конденсатора можно увеличить, увеличив размер его пластин. Параллельное соединение двух или более конденсаторов увеличивает размер пластины. Увеличение площади пластины позволяет хранить больше заряда и, следовательно, создает большую емкость. Чтобы определить общую емкость нескольких параллельно включенных конденсаторов, просто сложите их индивидуальные значения. Ниже приведена формула для расчета общей емкости в цепи, содержащей конденсаторы, включенные параллельно:

С _Т = С ₁ + С ₂ + С ₃ . . .

Конденсаторы в последовательных цепях

Емкость цепи может быть уменьшена путем последовательного включения конденсаторов, как показано на следующей диаграмме:

Мы знаем, что емкость конденсатора можно уменьшить, разместив пластины дальше друг от друга. Последовательное соединение двух или более конденсаторов фактически увеличивает расстояние между пластинами и толщину диэлектрика, тем самым уменьшая величину емкости.

Ниже приведена формула для расчета общей емкости в цепи, содержащей два последовательно включенных конденсатора:

C _T = (C ₁ x C ₂ x C ₃ ) _/ (C ₁ + C ₂ + C ₃ )

Номинальное напряжение конденсаторов

При выборе подходящего конденсатора для данного приложения необходимо учитывать не только значение емкости, но и величину напряжения, которому будет подвергаться конденсатор. Конденсаторы рассчитаны на определенное максимальное напряжение. Превышение максимального напряжения может привести к протеканию тока через диэлектрик и повреждению конденсатора. Максимальное напряжение, которое может выдержать конденсатор, является его рабочим напряжением. Производитель указывает рабочее напряжение. Однако стандартная погрешность заключается в выборе конденсатора с рабочим напряжением, на 50 % превышающим максимальное напряжение, которое будет использоваться в приложении.

Переменные конденсаторы

Существует два основных типа конденсаторов: постоянные и переменные. Постоянный конденсатор имеет определенное значение емкости. Переменный конденсатор допускает диапазон емкости. Переменные конденсаторы сконструированы таким образом, что емкость можно изменять механическими средствами, такими как регулировка винта или вращение вала. Переменные конденсаторы используются, когда приложение требует регулировки емкости, например, в радиотюнере.

Ниже приведен типичный конденсатор переменной емкости. Имеет два комплекта пластин. Один набор называется ротором, а другой — статором. Ротор обычно подключается к ручке снаружи конденсатора. Два набора пластин расположены близко друг к другу, но не соприкасаются. Воздух является диэлектриком в конденсаторе переменной емкости. При повороте ручки наборы пластин становятся более или менее зацепленными, увеличивая или уменьшая расстояние между пластинами. По мере того, как пластины становятся более зацепленными, емкость увеличивается. По мере того, как пластины становятся менее зацепленными, емкость уменьшается.

Наш интерактивный учебник по Java для переменного конденсатора демонстрирует механику переменного конденсатора.

Интерактивное руководство по Java


	Переменный конденсатор 907:20 Изучите механику переменного конденсатора.

Конденсаторы в действии

Компьютерная память

В большинстве случаев основной памятью компьютера является быстродействующая оперативная память (ОЗУ). Возможны два типа основной памяти со схемами ОЗУ: статическая оперативная память (SRAM) и динамическая оперативная память (DRAM). Одна микросхема памяти состоит из нескольких миллионов ячеек памяти. В чипе SRAM каждая ячейка памяти состоит из триггера с резисторной схемой для хранения двоичных цифр 1 или 0. В чипе DRAM каждая ячейка памяти состоит из конденсатора, а не триггера с резисторной схемой. Говорят, что когда конденсатор электрически заряжен, он хранит двоичную цифру 1, а когда он разряжен, он представляет 0. На рисунке 10 ниже показана часть микросхемы памяти, содержащая 16 ячеек памяти.

Конденсаторные микрофоны

Микрофон преобразует звуковые волны в электрический сигнал. Все микрофоны имеют диафрагму, которая вибрирует при ударе звуковых волн. Вибрирующая диафрагма, в свою очередь, заставляет электрический компонент создавать выходной поток тока с частотой, пропорциональной звуковым волнам. В конденсаторном микрофоне для этой цели используется конденсатор.

В конденсаторном микрофоне диафрагма представляет собой отрицательно заряженную пластину заряженного конденсатора. Когда звуковая волна сжимает диафрагму, диафрагма перемещается ближе к положительной пластине. Уменьшение расстояния между пластинами увеличивает электростатическое притяжение между ними. Это приводит к протеканию тока к отрицательной пластине. По мере того, как диафрагма выдвигается в ответ на звуковые волны, диафрагма перемещается дальше от положительной пластины. Увеличение расстояния между пластинами уменьшает электростатическое притяжение между ними. Это приводит к обратному току к положительной пластине. Эти переменные потоки тока обеспечивают слабые электронные сигналы, которые поступают в микшер, затем в усилитель и, наконец, в громкоговоритель. Вы можете понаблюдать за работой конденсаторного микрофона на нашем Учебник по Java для конденсаторного микрофона.

Интерактивное руководство по Java


	Конденсаторный микрофон Узнайте, как работает микрофон.

Радиоприемник

Конденсаторы переменной емкости применяются в цепях настройки радиоприемников. На рисунке 11 переменный конденсатор подключен к схеме антенна-трансформатор. Передаваемые радиоволны вызывают протекание индуцированного тока в антенне через первичную катушку на землю.

Во вторичной обмотке индуцируется вторичный ток противоположного направления. Этот ток течет к конденсатору. Мы знаем, что скачок тока в конденсаторе индуцирует противодействующую электродвижущую силу. Эта противоэлектродвижущая сила называется реактивным сопротивлением. Индуцированный ток через катушку также индуцирует противодействующую электродвижущую силу. Это называется индуктивным реактивным сопротивлением. Таким образом, у нас есть как емкостное, так и индуктивное реактивное сопротивление.

На более высоких частотах индуктивное сопротивление больше, а емкостное сопротивление меньше. На более низких частотах все наоборот. Переменный конденсатор используется для выравнивания индуктивного и емкостного сопротивлений. Состояние, при котором реактивные сопротивления уравниваются, называется резонансом. Конкретная частота, которая выделяется уравновешенными реактивными сопротивлениями, называется резонансной частотой.

Радиоконтур настраивают регулировкой емкости переменного конденсатора так, чтобы уравнять индуктивное и емкостное сопротивления контура на нужную резонансную частоту, или, другими словами, настроиться на нужную радиостанцию. Наши Radio Receiver Interactive Java Tutorial демонстрирует, как переменный конденсатор используется для настройки на радиочастоты.

Интерактивное руководство по Java

gif»>


	Радиоприемник Узнайте, как переменный конденсатор используется для настройки радиочастот.

Импульсные магниты

В Национальной лаборатории сильного магнитного поля магниты используются для исследований во всех областях науки, включая биологию, химию, геологию, инженерию, материаловедение и физику. Исследования в сильных магнитных полях имеют решающее значение, поскольку они позволяют ученым изучать материю на молекулярном уровне.

Одним из используемых типов магнитов является импульсный магнит. Импульсные магниты способны индуцировать магнитные поля до 800 тесла. Чтобы генерировать такие сильные поля, требуются чрезвычайно высокие электрические токи, часто в десятки тысяч ампер. Импульсные магниты обычно питаются от батареи конденсаторов, устройства, содержащего большое количество конденсаторов, способных накапливать огромное количество электроэнергии. Конденсаторная батарея разряжается за доли секунды через катушку магнита. Типичные энергии порядка от 0,5 до 1 мегаджоуля. Мы смоделировали питание импульсного магнита в нашем Интерактивное руководство по Java с импульсным магнитом .

Интерактивное руководство по Java

gif»>


	Импульсные магниты Посмотрите, как импульсные магниты питаются от конденсаторов.

Ссылки на дополнительную информацию об импульсных магнитах:

Что такое импульсный магнит?

ВЕРНУТЬСЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНИТИЗМ ДОМАШНЯЯ СТРАНИЦА

Что такое конденсатор и для чего он нужен

Устройство и принцип работы конденсатора

Основные характеристики конденсаторов

Виды конденсаторов

Керамические конденсаторы

Пленочные конденсаторы

Электролитические конденсаторы

Танталовые конденсаторы

Воздушные конденсаторы

Маркировка конденсаторов

Применение конденсаторов

Как выбрать конденсатор

Расчет емкости конденсатора

Заключение

Презентация по теме Конденсатор доклад, проект

Что такое shareslide.

Обратная связь

это что за устройство? Заряд конденсатора :: SYL.ru

Что такое конденсатор

Емкость конденсатора

Напряжение конденсатора

Допуски конденсаторов

Виды конденсаторов

Особенности плоского конденсатора

Правильный заряд конденсатора

Зачем нужен контур конденсатора

Заключение

Похожие статьи

Презентация к уроку физики в 8 классе по теме «Конденсаторы» презентация, доклад, проект

8.2: Емкость и конденсаторы — технические библиотеки LibreTexts

Спецификация конденсатора

Конденсаторы, включенные последовательно и параллельно

Пример 8.2.1

Пример 8.2.2

Пример 8.2.3

Практический совет

Зависимость тока от напряжения

Пример 8.2.4

Каталожные номера

Молекулярные выражения: электричество и магнетизм

Факторы, влияющие на емкость

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.

Этот веб-сайт поддерживается нашим

Последнее изменение: среда, 7 июня 2017 г., 13:21

Количество обращений с 03 апреля 1999 г.: 486327

Молекулярные выражения: электричество и магнетизм

Введение в емкость

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.

Похожие записи

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика

Добавить комментарий Отменить ответ