Конденсаторы с воздушным диэлектриком: конденсаторы | Электрознайка. Домашний Электромастер.

Содержание

конденсаторы | Электрознайка. Домашний Электромастер.


Одним из самых распространенных элементов в электрических цепях является конденсатор.
Конденсатор – это накопитель электрической энергии.
Его назначение:

  • - запасать (заряжаться) электрический заряд в момент подключения к электрическому источнику;
  • - отдавать (разряжаться) электрический разряд в нагрузку в момент пропадания напряжения от электрического источника (батареи).

Способность тела накапливать определенное количество электричества с одновременным ростом потенциала называется  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТЬЮ.
В формуле C = Q/U выражена зависимость емкости конденсатора С от количества запасенной энергии Q  в конденсаторе и величины напряжения U на его обкладках.
Где:

  •  С – емкость конденсатора в фарадах( Ф)
  •  Q – количество электрического заряда в кулонах
  •  U
    – напряжение в вольтах (В)

Емкость в 1 Фарад очень большая величина. Обычно пользуются мелкими ее единицами.
Где:

  •  Ф – Фарад,
  •  мкФ – микроФарад — тысячная доля Фарада,
  •  нФ – наноФарад — миллионная доля Фарада,
  •  пФ – пикоФарад — миллиардная доля Фарада.

Простейший, т.н. плоский конденсатор, состоит из 2-х близко расположенных металлических пластин (обкладок), между которыми помещен какой либо диэлектрик (воздух, бумага, слюда, керамика и т.д.). Емкость конденсатора зависит от площади поверхности пластин, расстояния между ними и электрической проницаемости диэлектрика.  C = µ • S/d 
где:

  •  С – емкость в пф
  •  S – площадь поверхности пластин (обкладок) в см.кв.
  •  d – расстояние между пластинами в мм.

Емкость конденсатора сильно зависит от вещества диэлектрика,находящегося между пластинами, его электрической проницаемости   µ.

Значение рабочего напряжения конденсатора (напряжение, при котором он долгое время сохраняет свои электрические свойства), зависит от электрической прочности диэлектрика. Воздух обладает малой электрической прочностью, твердые диэлектрики имеют высокую электрическую прочность на пробой. На корпусе конденсатора обычно указывается его тип, рабоче напряжение, величина емкости.

В электрических цепях и цепях управления электрическими сигналами используют нерегулируемые (постоянные) и регулируемые (переменные) конденсаторы.
Конденсаторы переменной емкости состоят из блока неподвижных (статор) и блока подвижных (ротор) пластин, разделенных диэлектриком (обычно воздух). При вращении ротора изменяется площадь взаимного перекрытия пластин и соответственно изменяется величина емкости конденсатора. Емкость конденсатора также может изменяться и от изменения расстояния между пластинами.

По типу диэлектрика, конденсаторы делятся на группы:

1. Конденсаторы с воздушным диэлектриком.

Это конденсаторы переменной и постоянной емкост
 Применяются в основном в схемах радиотехники и автоматики. Емкость у них в пределах 1 – 1000 пФ.  Рабочее напряжение от десятков до сотен вольт.

2. Конденсаторы с твердым диэлектриком.

В качестве диэлектрика используется бумага, слюда, керамика и др. емкость этих конденсаторов в пределах 1 пФ – 100 мкФ, рабочее напряжение до тысяч вольт.

3. Конденсаторы с жидким диэлектриком.

Это электролитические или оксидные конденсаторы.В качестве диэлектрика в них используется тончайшая пленка оксида алюминия, полученная в результате электрохимической реакции.

Благодаря ничтожно малой толщине этого слоя, удается получить очень большие величины емкостей.Электролитический конденсатор состоит из 2-х алюминиевых пластин, помещенных в электролит или специальную пасту. Пластина с оксидной пленкой – одна из обкладок конденсатора. Второй обкладкой служит электролит или паста. Алюминиевая пластина без пленки обеспечивает контакт с электролитом.

Электролитические конденсаторы применяются в цепях постоянного и пульсирующего напряжения, его нельзя включать в цепи переменного тока. На корпусе указывается полярность подключения: плюс (+), минус (-). Корпус электролитического конденсатора обычно есть минус.

Если соединить последовательно два конденсатора одинаковой емкости навстречу друг другу (плюс с плюсом или минус с минусом) то получится неполярный конденсатор. Его можно включать в цепь переменного тока. Общая емкость и рабочее напряжение будут равны емкости и напряжению одного конденсатора.

К достоинствам электролитических конденсаторов относятся:

  • — относительно малые размеры и масса,
  • — большая емкость (до десятков тысяч микрофарад).

К недостаткам электролитических конденсаторов относятся:

  • — сравнительно малое рабочее напряжение (до 500 В)
  • — значительный ток утечки, значительные потери энергии
  • — конденсатор имеет полярность, (нельзя включать в цепь переменного тока)
  • — снижение емкости при длительном использовании (высыхает электролит).

Так же к недостаткам можно отнести частичное разрушение оксидной пленки после длительного хранения, ток утечки конденсатора при этом возрастает в десятки раз.
 Этот недостаток можно исправить. Конденсатор можно отформовать, т.е. поставить его на некоторое время (достаточно одного часа) под напряжение ниже рабочего, указанного на корпусе. Напряжение следует подавать через гасящий резистор 1 — 5 КОм с соблюдением полярности подключения. Оксидная пленка восстанавливается.

4. Конденсатор, где ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПЕРЕХОД диода выступает в РОЛИ ДИЭЛЕКТРИКА.
Любой полупроводниковый диод, если подать на него обратное напряжение, образует запирающий слой, не пропускающий обратный ток. Ширина этого слоя зависит от запирающего напряжения.

Образуется конденсатор с диэлектриком в виде запирающего слоя и обкладками. Если напряжение, смещающее диод в обратном направлении возрастает, емкость диода уменьшается и наоборот, при уменьшении напряжения обратного смещения до нуля, емкость увеличивается до максимума.

В зависимости от типа конденсатора и приложенного напряжения смещения , емкость его может меняться от 1 пФ до 500 пФ.

Полупроводниковый конденсатор – это варакторный диод – варикап. Находит применение в резонансных цепях в радиоприемной и радиопередающей аппаратуре перестраиваемой с помощью управляющего напряжения. Варикап применяется вместо переменного конденсатора.

Самодельный КПЕ с воздушным диэлектриком

Предлагаемый вниманию читателей конденсатор переменной ёмкости (КПЕ) с изолированными ротором и статором прост конструктивно, не требует применения дефицитных материалов и станочных работ и может быть изготовлен в домашних условиях радиолюбителем, владеющим элементарными слесарными навыками. Из материалов понадобятся жесть или латунь толщиной 0,5...0,6 мм (желательно лужёные), кусочек листовой латуни толщиной 0,8...1 мм, отрезки медной проволоки диаметром 3 мм и тонкостенной медной трубки диаметром 7 мм, немного листового стеклотекстолита толщиной 6 мм, чуть более дюжины винтов М3 и припой (желательно ПОС-60, как довольно низкоплавкий и обеспечивающий хороший внешний вид паяного соединения), а из инструментов - ножовка и ножницы по металлу, напильники, шуруповёрт или дрель, несколько свёрл и мощный (не менее 100 Вт) электропаяльник.

Устройство КПЕ показано на рис. 1. Он состоит из статора (детали 1, 12), ротора (детали 5, 6, 8, 18, 19) и корпуса (детали 2, 10, 11, 16, 17). Его ёмкость зависит от угла поворота ротора относительно статора, т. е. от взаимно перекрываемой площади роторных и статорных пластин, их числа и воздушного зазора между ними. Пластины статора 1 закреплены пайкой на фиксаторах 12, которые, в свою очередь, закреплены в отверстиях боковых планок 16 корпуса КПЕ. Пластины ротора 5 припаяны к валику 6 и фиксатору 8. Валик 6 вращается в подшипниках 14, закреплённых на планках 16 винтами 15. Осевое смещение ротора предотвращают закреплённые на валике 6 ограничительные шайбы 18, упирающиеся в подшипники 14, а в направлении, перпендикулярном оси, - ограничители-токосъёмники 7, закреплённые на подшипниках 14 и планках 16 винтами 15. Корпус КПЕ представляет собой прямоугольную рамку, состоящую из скреплённых винтами 10 и 17 двух планок 16 и поперечных планок 2 и 11.

 


Рис. 1. Конструкция КПЕ: 1 - пластина статора, жесть, латунь листовая толщиной 0,5 мм, 8 шт., паять к фиксаторам 12; 2 - планка торцевая, стеклотекстолит листовой толщиной 6 мм, крепить к деталям 16 винтами 17; 3 - гайка М3, 2 шт.; 4, 9 - винт М3х15, 2 шт., фиксировать в найденном положении гайками 3; 5 - пластина ротора, жесть, латунь листовая толщиной 0,5 мм, 8 шт., паять к валику 6 и фиксатору 8; 6 - валик ротора, трубка латунная тонкостенная (отрезок колена телескопической антенны), паять к пластинам 5; 7 - токосъёмник-ограничитель, проволока стальная диаметром 0,8 мм, 2 шт., крепить к деталям 14 и 16 винтами 15; 8 - фиксатор роторных пластин, проволока медная диаметром 3,2 мм, 2 шт., паять к дет. 5; 10 - винты (М3х12, 4 шт.) крепления планки 11 к деталям 16; 11 - планка, стеклотекстолит толщиной 6 мм, крепить к деталям 16 винтами 10; 12 - фиксатор статорных пластин, проволока медная диаметром 3,2 мм, 2 шт., паять к деталям 1; 13 - лепесток, медь, латунь листовая толщиной 0,5 мм, 2 шт., крепить к дет. 16 винтом 15; 14 - подшипник, латунь толщиной 1 мм, 2 шт., крепить к детали 16 винтом 15; 15 - винт М3х6, 6 шт.; 16 - планка боковая, стеклотекстолит толщиной 6 мм, 2 шт., крепить к деталям 2 и 11 винтами 10 и 17; 17 - винт М3х12, 4 шт.; 18 - шайба ограничительная, латунь толщиной 1 мм, 2 шт., паять к детали 6; 19 - штифт, проволока медная диаметром 2 мм, запрессовать в деталь 6 до пайки шайб 18.

 

При изготовлении КПЕ заготовки одинаковых деталей (пластин ротора и статора, подшипников 14, планок 16) рекомендуется обрабатывать совместно, объединив их в пакеты с помощью заклёпок или винтов с гайками (именно для этого предусмотрены отверстия диаметром 2,6 мм в пластинах ротора).

В описываемом варианте КПЕ статор и ротор содержат по восемь пластин, воздушный зазор между ними - около 2 мм, максимальная ёмкость - около 90 пФ. Разумеется, форма пластин, их число и зазор между ними могут быть и иными, здесь многое зависит от возможностей и опыта радиолюбителя, например, браться сразу за изготовление конденсатора с зазором менее 1 мм при отсутствии достаточного опыта в слесарном деле вряд ли стоит.

Перед сборкой ротора и статора валик 6, фиксаторы 8, 12 и места пайки на пластинах (пояски шириной 2...3 мм вокруг отверстий под валик и фиксаторы) необходимо залудить. Кроме того, следует заготовить вырезанные из гофрокартона, толщиной, равной воздушному зазору между пластинами (т. е. 2 мм), технологические прокладки размерами 35х35 мм (их число должно быть примерно на десяток больше числа пластин). Выбор материала прокладок обусловлен низкой теплоёмкостью гофрокартона, что облегчает процесс пайки пластин к фиксаторам. Далее к верхней (по рисунку) боковой планке 16 привинчивают планки 2 и 11, подшипник 14 и токосъёмник-ограничитель 7. В валике 6 сверлят отверстие под штифт 19. Запрессовав его, надевают на валик ограничительную шайбу 18, после чего его конец вставляют в отверстие, образованное полукруглым вырезом в подшипнике 14 и токосъёмником 7, а концы фиксаторов 12 - в соответствующие отверстия планки 16. Положив на её внутреннюю сторону четыре-пять картонных прокладки, надевают на валик 6 первую пластину ротора, кладут на неё следующую прокладку, затем на выступающие внутрь концы фиксаторов 12 надевают первую пластину статора, кладут следующую прокладку, надевают на валик следующую пластину ротора и т. д. Когда число пластин ротора достигнет трёх-четы-рёх, в их отверстия диаметром 3,3 мм вставляют фиксатор 8, и в дальнейшем каждую следующую пластину ротора надевают и на валик 6, и на фиксатор 8.

Установив на место последнюю пластину статора, привинчивают вторую планку 16, вставляют в зазор между ней и пластиной статора последние несколько технологических прокладок из гофрокартона, и если необходимо, выбирают излишний зазор между ними дополнительными прокладками нужной толщины. После этого свободные концы фиксаторов 12 вставляют в соответствующие отверстия второй планки 16, а конец трубчатого валика 6 с предварительно надетой на него второй шайбой 18 - в вырез второго подшипника 14, устанавливают на место второй ограничитель-токосъёмник 7 и фиксируют его положение винтом 15.

Взаимное положение пластин ротора и статора фиксируют припоем, прогревая места пайки их к валику и фиксаторам мощным паяльником. Перед пайкой фиксаторы статора 12 устанавливают в положение, в котором их концы выступают за пределы планок 16 примерно на одинаковую величину, а фиксатор 8 - с таким расчётом, чтобы при максимальной ёмкости его нижний (по рисунку) конец надёжно упирался в винт-ограничитель 9.

Рис. 2. Внешний вид одного из вариантов практической конструкции

 

Завершают сборку установкой на место винтов-ограничителей 4 и 9. Первым фиксируют ротор в положении, соответствующем минимальной ёмкости КПЕ, вторым - в положении, соответствующем его максимальной ёмкости. Положение самих винтов фиксируют гайками 3 (М3). Выступающие концы фиксаторов 12 аккуратно расклёпывают в отверстиях планок 16. Материалы деталей КПЕ и некоторые технологические указания по его сборке содержатся в подписи к рис. 1. Внешний вид одного из вариантов практической конструкции показан на рис. 2.

Автор: С. Долганов, г. Барабинск Новосибирской обл.

электричекое поле и плотность энергии

В статье мы расскажем про диэлектрики и их роль в конденсаторе, электрическое поле в диэлектрике и плотность энергии электрического поля в диэлектрике.

Диэлектрик — это газ, жидкость или твердое тело, которое не является проводником электричества. Это означает, что электрические заряды, содержащиеся в каждом теле, связаны в диэлектрике в том смысле, что они могут перемещаться только внутри диэлектрика. Если электрическое поле приложено к диэлектрику, смещение нагрузок под этим полем приведет к поляризации диэлектрика, то есть, давая ему ненулевой дипольный момент. Это означает, что между крышками заряженного конденсатора поверхность диэлектрика, примыкающая к положительно заряженной крышке, получит отрицательный заряд. И наоборот, отрицательно заряженная крышка будет притягиваться к положительно заряженной поверхности диэлектрика. Наиболее важным эффектом диэлектрической поляризации является то, что часть заряда на крышках конденсатора нейтрализуется и больше не способствует генерации электрического поля между крышками.

Частичная, но не полная нейтрализация (компенсация) заряда электрода диэлектрическим слоем связана с тем фактом, что полярность диэлектрика обусловлена ​​ориентацией диполей, существующих внутри диэлектрика. Такие диполи можно условно разделить на постоянные и индуцированные диполи. Постоянные диполи встречаются в веществах, молекулы которых имеют стабильный дипольный момент. Здесь наглядным примером является вода, которая подвергается очень сильной поляризации в электрическом поле. Индуцированные диполи не возникают при отсутствии приложенного электрического поля и появляются в атоме или молекуле только под действием этого поля. Внешнее поле деформирует электронный заряд атомов и молекул, в результате чего центр отрицательного заряда электронов больше не совпадает с центром положительного заряда ядра и, таким образом, появляется дипольный момент, который сразу исчезает после выключения поля. Примером может быть бензол С66, не имеющий постоянного дипольного момента и получающий этот момент только под действием поля. Конечно, также вещества, состоящие из молекул, имеющих постоянные дипольные моменты, подвергаются слабой дополнительной индуцированной поляризации. Поляризация ионных кристаллов состоит в том, что положительные и отрицательные ионы смещаются относительно друг друга под воздействием приложенного поля, и в некоторых веществах поляризация движущегося пространственного заряда (например, ионных примесей) также может играть роль. 

Ориентация диполя в диэлектрике никогда не бывает идеальной, и поэтому мы не имеем полной компенсации заряда конденсатора конденсатора, заполненного диэлектриком. Причиной отсутствия полной ориентации диполей является, главным образом, дезорганизация тепловых движений, а также ограничения, налагаемые кристаллической структурой диэлектрического слоя и препятствиями при вращении молекул из других молекул. Таким образом, полная ориентация диполя, то есть полная поляризация диэлектрика, не достигается до напряжения пробоя диэлектрика.

Роль диэлектрика в конденсаторе

Что происходит с емкостью конденсатора, если пространство между его крышками заполнено диэлектриком?

Оказывается, емкость конденсатора, заполненного диэлектриком, во много раз превышает емкость пустого конденсатора (наполненного воздухом). Давайте посмотрим, в чем причина этого очень важного явления. Емкость зарядного конденсатора С с разностью потенциалов между крышками основана на определении

Формула емкости проводникаФормула емкости проводника

Хотя все рассуждения, представленные ниже, действительны для каждого типа конденсатора, мы ограничимся далее простейшим случаем плоского конденсатора.

Схема плоского конденсаторСхема плоского конденсатор

Ранее мы получили, используя закон Гаусса, формулу для емкости такого конденсатора

Формула емкость из закона Гаусса для плоского конденсатораФормула емкость из закона Гаусса для плоского конденсатора

Если в этом примере плоский конденсатор заряжен постоянным зарядом Q, обозначенным на левом рисунке ниже двумя знаками плюс и двумя минусами (заряды на крышках создаются смещением заряда и должны быть одинаковыми), то интенсивность поля E будет обозначаться двумя векторами, начинающимися с заряда плюс и конец на заряде минус. Количество загрузок на крышках, представленных на рисунке, является только символическим — на самом деле это число исчисляется многими миллиардами.

Схема количества загрузок на крышкахСхема количества загрузок на крышках

Натяжение между крышками, удаленными друг от друга, определяется уже известным нам шаблоном («шаговое напряжение»)

Схема количества загрузок на крышкахСхема количества загрузок на крышках

Если теперь мы поместим диполь между крышками, как на правом рисунке выше, то один из E-векторов будет удален из пространства между электродами противоположно направленным дипольным полем. Поле Е уменьшилось вдвое, и поэтому натяжение между крышками также уменьшится вдвое. Поскольку конденсатор отключен от источника питания, заряд на электродах не может быть изменен, и при применении формулы, определяющей емкость

Формула емкости проводникаФормула емкости проводника

Затем мы обнаруживаем, что емкость конденсатора стала вдвое больше. Если мы обозначим емкость левого конденсатора как Сслева , а справа как Ссправа, то мы сразу увидим, что

Формула емкости проводникаФормула емкости проводника

  и 

другими словами, в этом символическом случае емкость конденсатора с диэлектриком удвоилась

Формула емкости проводникаФормула емкости проводника

На самом деле работа диэлектрика намного эффективнее, и увеличение емкости конденсатора, заполненного диэлектриком, может достигать нескольких, нескольких десятков или даже нескольких сотен раз.

Совершенно аналогично, мы получаем увеличение емкости конденсатора после заполнения его диэлектриком, когда конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения V. Ситуация в «воздушном» конденсаторе показана ниже

Формула емкости проводникаФормула емкости проводника

На этом символическом рисунке каждый плюс-заряд порождает вектор поля E, который заканчивается минус-зарядом. Если теперь мы поместим диполь между крышками, как на рисунке ниже, то теперь также один из векторов E будет удален из пространства между электродами противоположно направленным дипольным полем.

Формула емкости проводникаФормула емкости проводника

Возникла ситуация, которую невозможно поддерживать. Когда источник постоянного напряжения V подключен, напряженность поля E должна быть такой, чтобы зависимость выполнялась. Для этого от источника напряжения должен вытекать дополнительный заряд, который заменит заряд, компенсируемый наличием диэлектрика. С другой стороны, у нас есть три вектора E, как на рисунке ниже, и это столько, сколько необходимо для удовлетворения требования, выраженного в формуле.

от источника напряжения должен вытекать дополнительный зарядот источника напряжения должен вытекать дополнительный заряд

Теперь, при неизменном напряжении, на конденсаторе появляется больший заряд, что означает, что емкость конденсатора соответственно увеличилась. Чтобы количественно оценить влияние диэлектрика на емкость конденсатора, мы вводим материальную постоянную для этого диэлектрика, которую мы называем относительной электрической проницаемостью ε и которую мы определяем, как отношение емкости конденсатора, заполненного диэлектриком C, к емкости пустого конденсатора C0  

диэлектриком C, к емкости пустого конденсатора C0 диэлектриком C, к емкости пустого конденсатора C0

E, D и P векторы

Более точное формальное описание поведения диэлектрика в конденсаторе получается путем введения двух дополнительных векторов: вектора P — поляризации и вектора D — смещения. Вектор P уже появился на скриншоте выше. Обратите особое внимание на вектор D, длина которого равна общей плотности заряда σ, накопленной на крышках конденсатора, и которая входит в уравнения Максвелла, записанные в компактной, элегантной форме. Когда пустой конденсатор поддерживается под постоянным напряжением V, а плотность заряда на крышках этого конденсатора обозначается σ0, то поле E между крышками таково, что

диэлектриком C, к емкости пустого конденсатора C0 диэлектриком C, к емкости пустого конденсатора C0

Механизм диэлектрической поляризации теперь будет работать. После установки диэлектрика между крышками конденсатора электрическое поле между крышками вызывает поляризацию диэлектрика, что означает перемещение к крышкам зарядов с противоположными знаками. Часть нагрузок на покрытиях, имеющих плотность σ0, будет «замаскирована» противоположным индуктивным зарядом с плотностью σi. Затем источник напряжения должен перезарядить конденсатор до такой плотности заряда, чтобы снова напряженность поля между крышками удовлетворяла условию V = Ed. Таким образом, σ = σ0 + σi , то есть плотность полного заряда на крышках конденсатора с диэлектриком равна сумме плотности заряда на конденсаторе без диэлектрика и плотности поляризационного заряда.

            Если мы имеем в виду

σ 0 = ε 0 E,

σ i = P

σ = D

и мы применим закон Гаусса к конденсатору с диэлектриком, тогда мы сразу получим соединение

закон Гаусса к конденсатору с диэлектрикомзакон Гаусса к конденсатору с диэлектриком

Эта связь между векторами DE и P записана в векторной форме

Формула связь между векторами D , E и P записана в векторной формеФормула связь между векторами D , E и P записана в векторной формеСхема связи между векторами D, E и PСхема связи между векторами D, E и P

Напомним, что D — вектор смещения, E — вектор поля, а P — вектор поляризации. Вектор Р (показано ниже обозначена красным) проходит внутри диэлектрика и сделать его в виде стрелки от «негативного» на «позитивный», то есть противоположно вектору Е .

Схематично D - вектор смещения, E - вектор поля, а P - вектор поляризацииСхематично D - вектор смещения, E - вектор поля, а P - вектор поляризацииСхематично D - вектор смещения, E - вектор поля, а P - вектор поляризацииСхематично D - вектор смещения, E - вектор поля, а P - вектор поляризации

Как уже было сказано, диэлектрическая проницаемость ε определяется как отношение емкости С и диэлектрическим заполнением конденсатора пустых C0.

Формула диэлектрической проницаемости ε определяется как отношение емкости С и диэлектрическим заполнением конденсатора пустых C0Формула диэлектрической проницаемости ε определяется как отношение емкости С и диэлектрическим заполнением конденсатора пустых C0

Помните, что конденсатор постоянно подключен к источнику напряжения, т.е. V = Q/C = const. Емкость конденсатора с диэлектриком будет

Формула емкости конденсатора с диэлектрикомФормула емкости конденсатора с диэлектриком

и емкость пустого конденсатора будет

Формула емкости пустого конденсатора с диэлектрикомФормула емкости пустого конденсатора с диэлектриком

Исходя из этого, мы можем написать

Емкость пустого конденсатора с диэлектриком формулаЕмкость пустого конденсатора с диэлектриком формула

Подставив выражение, мы получим эквивалентное определение вектора D

Емкость пустого конденсатора с диэлектриком формулаЕмкость пустого конденсатора с диэлектриком формула

Электрическое поле в диэлектрике

Если конденсатор НЕ подключен к источнику питания, заряд Q = CV на его крышках будет оставаться постоянным независимо от того, помещен ли диэлектрик между ними. Если мы обозначим C0 и E0 соответственно, емкость пустого конденсатора и значение электрического поля между его крышками, а C и E аналогичные значения для конденсатора, заполненного диэлектриком, мы можем записать

Формула электрического поля в диэлектрикеФормула электрического поля в диэлектрике

Отсюда и на основании определения диэлектрической проницаемости ε получаем

Формула электрического поля в диэлектрикеФормула электрического поля в диэлектрике

Таким образом, видно, что напряженность поля в диэлектрике в ε раз меньше, чем в вакууме.

Формула электрического поля в диэлектрикеФормула электрического поля в диэлектрике

Это соотношение является общим и применяется в каждом фиксированном поле E, независимо от его источника. 

Плотность энергии электрического поля в диэлектрике

Плотность энергии электрического поля E в диэлектрике в ε раз больше, чем в вакууме, и равна

Формула плотности энергии электрического поля EФормула плотности энергии электрического поля E

Используя выражение зависимости от плотности энергии, мы можем записать в компактном векторном виде 

Формула плотности энергии электрического поля EФормула плотности энергии электрического поля E

Это выражение всегда применимо, в том числе и для кристаллов, где векторы E и D обычно не параллельны друг другу.

1. Вставка и снятие диэлектрика с крышек конденсатора с постоянной суммарной нагрузкой, как на чертеже, вызывает передачу нагрузки от одного конденсатора к другому. Лампочка может светить.

Формула плотности энергии электрического поля EФормула плотности энергии электрического поля E

2. Плотность заряда на крышке конденсатора, частично заполненного диэлектриком, не постоянна. 

Формула плотности энергии электрического поля EФормула плотности энергии электрического поля E

Гауссовский обобщенный закон

Описывая кулоновскую силу между точечными зарядами в диэлектрике, электрическая проницаемость вакуума умножалась на диэлектрическую проницаемость и вместо ε 0 мы использовали произведение ε 0 ε. Мы можем обобщить эту процедуру и применить ее к закону Гаусса, где центром, через который проникает поле, является не вакуум, а диэлектрик. Тогда мы знаем закон Гаусса

Формула плотности энергии электрического поля EФормула плотности энергии электрического поля E

мы сможем написать в форме

Формула плотности энергии электрического поля EФормула плотности энергии электрического поля E

мы получим окончательную форму обобщенного закона Гаусса

Формула обобщенного закона ГауссаФормула обобщенного закона Гаусса

Закон Гаусса в таком виде применяется в вакууме, где ε = 1, и в диэлектриках. Заряд Q в этом уравнении, как и прежде, представляет собой результирующий заряд, содержащийся внутри замкнутой поверхности, после чего происходит интегрирование.

В конденсаторе с диэлектриком результирующий заряд представляет собой разницу между нагрузкой, накопленной на крышке q1 = σA, и поляризационным зарядом (с противоположным знаком), индуцированным в диэлектрике поверхностного слоя q2 = -σ и A. Если мы используем закон Гаусса для этой структуры, то мы предполагаем, что заряды они накапливаются на соседних поверхностях крышки и диэлектрика, и это поле не выходит за пределы крышек конденсатора. Естественным выбором гауссовой поверхности, после которой мы интегрируем поток, является прямоугольная призма или поверхность цилиндра. Основание прямоугольной призмы А параллельно поверхности крышки. Одна база находится снаружи крышки (там, где нет поля), а другая находится внутри диэлектрика.

Формула обобщенного закона ГауссаФормула обобщенного закона Гаусса

Закон Гаусса в представленной выше форме является одним из четырех уравнений Максвелла, описывающих все электрические, магнитные и оптические явления. Уравнения Максвелла являются фундаментальными законами электродинамики, и ни одно из них не может быть выведено из более простых законов. Если бы существовали еще более фундаментальные права, они, безусловно, были бы представлены здесь. Эти уравнения являются результатом творческого вдохновения, просвещения их создателей Гаусса, Фарадея и Ампера. Максвелл представил им гениальную концепцию «тока смещения», о которой мы поговорим чуть позже, которая позволила унифицировать структуру этих уравнений и распространить их на случай электромагнитных и, следовательно, световых волн.

Конструкция электрического конденсатора с воздушным диэлектриком

Автор На чтение 10 мин. Опубликовано

Глава 9. Конденсаторы с газообразным диэлектриком

Особенности газообразных диэлектриков:

– невозможность их использования для закрепленных обкладок, поэтому в конструкции конденсаторов используют дополнительный твердый диэлектрик, служащий для обеспечения требуемого зазора между обкладками разного знака. Наличие твердого диэлектрика создает дополнительную паразитную емкость, включенную параллельно основной емкости и способную вызвать ухудшение характеристик конденсатора;

– восстанавливаемость электрической прочности конденсаторов после пробоя. Однако, если мощность источника энергии велика и пробой может перейти в дугу, то обкладки могут оплавиться и свариться.

Преимущества газообразного диэлектрика: малая проводимость, малый меньше при исключении ионизации, независимость от частоты и малая зависимость от температуры, полное отсутствие явления абсорбции (), поэтому газообразный диэлектрик применяют в образцовых конденсаторах и в различных типах высокочастотных конденсаторов.

Недостатки газообразного диэлектрика: низкое значение диэлектрической проницаемости (), необходимость применения больших зазоров между обкладками (при малых напряжениях – из конструктивных соображений, при высоких напряжениях – из-за низкой электрической прочности газов при обычных давлениях). Малая и сравнительно большое значение приводят к малым значениям удельной емкости , что ограничивает предельные значения номинальной емкости конденсаторов с газообразным диэлектриком величиной порядка 1000 пФ, редко до 0,01 пФ. При высоком напряжении, даже при небольшой емкости, воздушные конденсаторы исключительно громоздки. В этом случае необходима замена воздуха сжатым газом или вакуумом для повышения электрической прочности.

Газонаполненные конденсаторы нашли себе основное применение при U=100-500 кВ и выше в качестве образцовых конденсаторов. При использовании газообразного диэлектрика легко осуществить изменение емкости за счет перемещения одной системы обкладок по отношению к другой. Поэтому как воздушные, так и газонаполненные, а также и вакуумные конденсаторы находят себе применение и в качестве конденсаторов переменной емкости.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 9021 – | 7253 – или читать все.

Конденсатор — это электрический (электронный) компонент, состоящий из двух проводников (обкладок), разделенных между собой слоем диэлектрика. Существует много видов конденсаторов. В основном они делятся по материалу из которого изготовлены обкладки и по типу используемого диэлектрика между ними.

Виды конденсаторов

Бумажные и металлобумажные конденсаторы

У бумажного конденсатора диэлектриком, разделяющим фольгированные обкладки, является специальная конденсаторная бумага. В электронике бумажные конденсаторы могут применяться как в цепях низкой частоты, так и в высокочастотных цепях.

Хорошим качеством электрической изоляции и повышенной удельной емкостью обладают герметичные металлобумажные конденсаторы, у которых вместо фольги (как в бумажных конденсаторах) используется вакуумное напыление металла на бумажный диэлектрик.

Бумажный конденсатор не имеет большую механическую прочность, поэтому его начинку помещают в металлический корпус, служащий механической основой его конструкции.

Электролитические конденсаторы

В электролитических конденсаторах, в отличии от бумажных, диэлектриком является тонкий слой оксида металла, образованный электрохимическим способом на положительной обложке из того же металла.

Вторую обложку представляет собой жидкий или сухой электролит. Материалом, создающим металлический электрод в электролитическом конденсаторе, может быть, в частности, алюминий и тантал. Традиционно, на техническом жаргоне «электролитом» называют алюминиевые конденсаторы с жидким электролитом.

Но, на самом деле, к электролитическим также относятся и танталовые конденсаторы с твердым электролитом (реже встречаются с жидким электролитом). Почти все электролитические конденсаторы поляризованы, и поэтому они могут работать только в цепях с постоянным напряжением с соблюдением полярности.

В случае инверсии полярности, может произойти необратимая химическая реакция внутри конденсатора, ведущая к разрушению конденсатора, вплоть до его взрыва по причине выделяемого внутри него газа.

К электролитическим конденсаторам так же относится, так называемые, суперконденсаторы (ионисторы) обладающие электроемкостью, доходящей порой до нескольких тысяч Фарад.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

В качестве положительного электрода используется алюминий. Диэлектрик представляет собой тонкий слой триоксида алюминия (Al2O3),

  • работают корректно только на малых частотах;
  • имеют большую емкость.

Характеризуются высоким соотношением емкости к размеру: электролитические конденсаторы обычно имеют большие размеры, но конденсаторы другого типа, одинаковой емкости и напряжением пробоя были бы гораздо больше по размеру.

Характеризуются высокими токами утечки, имеют умеренно низкое сопротивление и индуктивность.

Танталовые электролитические конденсаторы

Это вид электролитического конденсатора, в которых металлический электрод выполнен из тантала, а диэлектрический слой образован из пентаоксида тантала (Ta2O5).

  • высокая устойчивость к внешнему воздействию;
  • компактный размер: для небольших (от нескольких сотен микрофарад), размер сопоставим или меньше, чем у алюминиевых конденсаторов с таким же максимальным напряжением пробоя;
  • меньший ток утечки по сравнению с алюминиевыми конденсаторами.

Полимерные конденсаторы

В отличие от обычных электролитических конденсаторов, современные твердотельные конденсаторы вместо оксидной пленки, используемой в качестве разделителя обкладок, имеют диэлектрик из полимера. Такой вид конденсатора не подвержен раздуванию и утечке заряда.

Физические свойства полимера способствуют тому, что такие конденсаторы отличаются большим импульсным током, низким эквивалентным сопротивлением и стабильным температурным коэффициентом даже при низких температурах.

Полимерные конденсаторы могут заменять электролитические или танталовые конденсаторы во многих схемах, например, в фильтрах для импульсных блоков питания, или в преобразователях DC-DC.

Пленочные конденсаторы

В данном виде конденсатора диэлектриком является пленка из пластика, например, полиэстер (KT, MKT, MFT), полипропилен (KP, MKP, MFP) или поликарбонат (KC, MKC).

Электроды могут быть напыленными на эту пленку (MKT, MKP, MKC) или изготовлены в виде отдельной металлической фольги, сматывающейся в рулон или спрессованной вместе с пленкой диэлектрика (KT, KP, KC). Современным материалом для пленки конденсаторов является полифениленсульфид (PPS).

Общие свойства пленочных конденсаторов (для всех видов диэлектриков):

  • работают исправно при большом токе;
  • имеют высокую прочность на растяжение;
  • имеют относительно небольшую емкость;
  • минимальный ток утечки;
  • используется в резонансных цепях и в RC-снабберах.

Отдельные виды пленки отличаются:

  • температурными свойствами (в том числе со знаком температурного коэффициента емкости, который является отрицательным для полипропилена и полистирола, и положительным для полиэстера и поликарбоната)
  • максимальной рабочей температурой (от 125 °C, для полиэстера и поликарбоната, до 100 °C для полипропилена и 70 °С для полистирола)
  • устойчивостью к электрическому пробою, и следовательно максимальным напряжением, которое можно приложить к определенной толщине пленки без пробоя.

Конденсаторы керамические

Этот вид конденсаторов изготавливают в виде одной пластины или пачки пластин из специального керамического материала. Металлические электроды напыляют на пластины и соединяют с выводами конденсатора. Используемые керамические материалы могут иметь очень разные свойства.

Разнообразие включает в себя, прежде всего, широкий диапазон значений относительной электрической проницаемости (до десятков тысяч) и такая величина имеется только у керамических материалов.

Столь высокое значение проницаемости позволяет производить керамические конденсаторы (многослойные) небольших размеров, емкость которых может конкурировать с емкостью электролитических конденсаторов, и при этом работающих с любой поляризацией и характеризующихся меньшими утечками.

Керамические материалы характеризуются сложной и нелинейной зависимостью параметров от температуры, частоты, напряжения. В виду малого размера корпуса — данный вид конденсаторов имеет особую маркировку.

Конденсаторы с воздушным диэлектриком

Здесь диэлектриком является воздух. Такие конденсаторы отлично работают на высоких частотах, и часто выполняются как конденсаторы переменной емкости (для настройки).

Одним из самых распространенных элементов в электрических цепях является конденсатор.
Конденсатор – это накопитель электрической энергии.
Его назначение:

  • запасать (заряжаться) электрический заряд в момент подключения к электрическому источнику;
  • отдавать (разряжаться) электрический разряд в нагрузку в момент пропадания напряжения от электрического источника (батареи).

Способность тела накапливать определенное количество электричества с одновременным ростом потенциала называется ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТЬЮ.
В формуле C = Q/U выражена зависимость емкости конденсатора С от количества запасенной энергии Q в конденсаторе и величины напряжения U на его обкладках.
Где:

  • С – е мкость конденсатора в фарадах ( Ф )
  • Q – количество электрического заряда в кулонах ( К
  • U – напряжение в вольтах (В)

Емкость в 1 Фарад очень большая величина. Обычно пользуются мелкими ее единицами.
Где:

  • Ф – Фарад,
  • мкФ – микроФарад — тысячная доля Фарада,
  • нФ – наноФарад — миллионная доля Фарада,
  • пФ – пикоФарад — миллиардная доля Фарада.

Простейший, т.н. плоский конденсатор, состоит и з 2-х близко расположенных металлических пластин (обкладок), между которыми помещен какой либо диэлектрик (воздух, бумага, слюда, керамика и т.д.). Емкость конденсатора зависит от площади поверхности пластин, расстояния между ними и электрической проницаемости диэлектрика. C = µ • S/d
где:

  • С – емкость в пф
  • S – площадь поверхности пластин (обкладок) в см.кв.
  • d – расстояние между пластинами в мм.

Емкость конденсатора сильно зависит от вещества диэлектрика,находящегося между пластинами, его электрической проницаемост и µ .

Значение рабочего напряжения конденсатора (напряжение, при котором он долгое время сохраняет свои электрические свойства), зависит от электрической прочности диэлектрика. Воздух обладает малой электрической прочностью, твердые диэлектрики имеют высокую электрическую прочность на пробой. На корпусе конденсатора обычно указывается его тип, рабоче напряжение, величина емкости.

В электрических цепях и цепях управления электрическими сигналами используют нерегулируемые (постоянные) и регулируемые (переменные) конденсаторы.
Конденсаторы переменной емкости состоят из блока неподвижных (статор) и блока подвижных (ротор) пластин, разделенных диэлектриком (обычно воздух). При вращении ротора изменяется площадь взаимного перекрытия пластин и соответственно изменяется величина емкости конденсатора. Емкость конденсатора также может изменяться и от изменения расстояния между пластинами.

По типу диэлектрика, конденсаторы делятся на группы:

1. Конденсаторы с воздушным диэлектриком.

Это конденсаторы переменной и постоянной емкост
Применяются в основном в схемах радиотехники и автоматики. Емкость у них в пределах 1 – 1000 пФ. Рабочее напряжение от десятков до сотен вольт.

2. Конденсаторы с твердым диэлектриком.

В качестве диэлектрика используется бумага, слюда, керамика и др. емкость этих конденсаторов в пределах 1 пФ – 100 мкФ, рабочее напряжение до тысяч вольт.

3. Конденсаторы с жидким диэлектриком.

Это электролитические или оксидные конденсаторы.В качестве диэлектрика в них используется тончайшая пленка оксида алюминия, полученная в результате электрохимической реакции.

Благодаря ничтожно малой толщине этого слоя, удается получить очень большие величины емкостей.Электролитический конденсатор состоит из 2-х алюминиевых пластин, помещенных в электролит или специальную пасту. Пластина с оксидной пленкой – одна из обкладок конденсатора . Второй обкладкой служит электролит или паста. Алюминиевая пластина без пленки обеспечивает контакт с электролитом.

Электролитические конденсаторы применяются в цепях постоянного и пульсирующего напряжения, его нельзя включать в цепи переменного тока. На корпусе указывается полярность подключения: плюс (+), минус (-). Корпус электролитического конденсатора обычно есть минус.

Если соединить последовательно два конденсатора одинаковой емкости навстречу друг другу (плюс с плюсом или минус с минусом) то получится неполярный конденсатор. Его можно включать в цепь переменного тока. Общая емкость и рабочее напряжение будут равны емкости и напряжению одного конденсатора.

К достоинствам электролитических конденсаторов относятся:

  • — относительно малые размеры и масса,
  • — большая емкость (до десятков тысяч микрофарад).

К недостаткам электролитических конденсаторов относятся:

  • — сравнительно малое рабочее напряжение (до 500 В)
  • — значительный ток утечки, значительные потери энергии
  • — конденсатор имеет полярность, (нельзя включать в цепь переменного тока)
  • — снижение емкости при длительном использовании (высыхает электролит).

Так же к недостаткам можно отнести частичное разрушение оксидной пленки после длительного хранения, ток утечки конденсатора при этом возрастает в десятки раз.
Этот недостаток можно исправить. Конденсатор можно отформовать, т.е. поставить его на некоторое время (достаточно одного часа) под напряжение ниже рабочего, указанного на корпусе. Напряжение следует подавать через гасящий резистор 1 — 5 КОм с соблюдением полярности подключения. Оксидная пленка восстанавливается.

4. Конденсатор, где ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПЕРЕХОД диода выступает в РОЛИ ДИЭЛЕКТРИКА .
Любой полупроводниковый диод, если подать на него обратное напряжение, образует запирающий слой, не пропускающий обратный ток. Ширина этого слоя зависит от запирающего напряжения.

Образуется конденсатор с диэлектриком в виде запирающего слоя и обкладками. Если напряжение, смещающее диод в обратном направлении возрастает, емкость диода уменьшается и наоборот, при уменьшении напряжения обратного смещения до нуля, емкость увеличивается до максимума.

В зависимости от типа конденсатора и приложенного напряжения смещения , емкость его может меняться от 1 пФ до 500 пФ.

Полупроводниковый конденсатор – это варакторный диод – варикап . Находит применение в резонансных цепях в радиоприемной и радиопередающей аппаратуре перестраиваемой с помощью управляющего напряжения. Варикап применяется вместо переменного конденсатора.

Общая характеристика. Глава 11. Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком

Глава 11. Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком

Глава 10. Конденсаторы с жидким диэлектриком

Жидкий диэлектрик не может служить опорой для обкладок конденсатора, поэтому в конструктивном исполнении они подобны конденсаторам с газообразным диэлектриком: они должны иметь две системы толстых и механически прочных обкладок, зазор между которыми определяется дополнительной твердой изоляцией. Но в отличие от воздушных конденсаторов конденсаторы с жидким диэлектриком должны иметь герметически закрытый корпус, предохраняющей жидкость, залитую в конденсатор, от попадания в нее влаги и пыли из окружающего воздуха.

Преимущество жидкого диэлектрика по сравнению с воздухом – повышенная , позволяющая в несколько раз увеличить емкость конденсатора, а также повышенная электрическая прочность. Но в жидкости наблюдается явление старения жидкости при длительном воздействии электрического поля и повышения температуры. Недостатки: высокий ТКЕ, зависимость от частоты для полярных жидкостей. Поэтому конденсаторы с жидким диэлектриком мало пригодны для использования в стабильных контурах радиоустройств. Конденсатор с жидким диэлектриком можно применять в контурах электротермических устройств, где к стабильности частоты не предъявляется высоких требований.

Применение полярных жидкостей целесообразно, так как их выше, чем неполярные (нефтяное масло =2,2), но у них выше и имеется зависимость и от частоты.


В качестве твердого диэлектрика для крепления пластин используют микалекс. Применяют водяное охлаждение (змеевик), что увеличивает удельную реактивную мощность.

Конденсаторы с жидким диэлектриком в настоящее время не являются перспективными. Жидкий диэлектрик находит применение лишь как дополнительный диэлектрик для пропитки и заливки бумаги и пленочных конденсаторов.

При использовании твердого неорганического диэлектрика для изготовления конденсаторов его можно применять в качестве основы конструкции, закрепляя на нем обкладки, что резко упрощает конструкцию (обкладки могут быть нанесены и металлизацией, выводы – отрезки проволоки, припаянные к обкладкам).

Неорганические диэлектрики обладают большой нагревостойкостью и твердостью, что обеспечивает неизменность расстояния между обкладками – это способствует стабильности емкости во времени и помогает решить задачу повышения рабочей температуры конденсатора, имеют малое значение ТКЕ, большое значение .


Ряд неорганических диэлектриков имеют малый , что позволяет использовать их в производстве высокочастотных конденсаторов. Преимуществом неорганических диэлектриков перед органическими является их высокая химическая стабильность. Она обеспечивает отсутствие старения при длительном действии электрического поля и повышении температуры. Однако при высокой температуре и постоянном напряжении старение может иметь место и у некоторых типов конденсаторов с неорганическим диэлектриком.

Большинство твердых неорганических диэлектриков имеют ; диэлектрики на основе TiOимеют . В настоящее время при малом могут получать диэлектрики с . Разработаны материалы со сверхвысокой , но столь высокие значения сопровождаются резким ухудшением ее стабильности как во времени, так и при изменении температуры, а также резким возрастанием угла потерь, что невыгодно отличает эти материалы от обычных неорганических диэлектриков и делает возможным их использование только в области низких частот или постоянного напряжения.

Недостаток неорганического материала: трудность получения малых толщин диэлектрика, что затрудняет изготовление конденсаторов большой емкости даже при высоких . Это определяется хрупкостью неорганического материала при малой толщине. При испытании керамики или стекла минимальное значение составляло 0,2-0,3 мм, электрическая прочность у большинства неорганических диэлектриков невелика.

Исключением является слюда, позволяющая получить пластинки толщиной до 0,01 мм с достаточной механической и электрической прочностью. Но и этот материал неудобен для получения больших емкостей, так как площадь пластинок небольшая, а также высокая стоимость слюды и ее дефицит.

Пленочное стекло – позволяет получать толщины 0,025-0,05 мм, но его площадь также ограничена, причем стоимость стеклопленочных конденсаторов оказывается еще выше, чем стоимость слюдяных. Поэтому получают малые значения емкостей порядка 0,1-0,2 мкФ.

Основной областью применения конденсаторов с неорганическим диэлектриком являются высокочастотные установки, где не требуются большие емкости, а нужны конденсаторы с малым углом потерь и высокой стабильностью емкости, а также с высоким значением рабочего напряжения (десятки кВ).

Используя принцип нанесения тонких слоев металла и неорганического диэлектрика на изоляционную подложку, обеспечивающую механическую прочность, удается получить малые толщины неорганического диэлектрика порядка 1-2 мкм и ниже – это создало основу для появления тонкопленочных конденсаторов с неорганическим диэлектриком для микроминиатюрной радиоаппаратуры при малых рабочих напряжениях (В) и емкостях до нескольких тысяч и десятков тысяч пФ.

К неорганическим диэлектрикам относятся керамические, стеклянные, стеклоэмалевые, стеклокерамические и слюдяные – характеризуются большой нагревостойкостью, механической твердостью, высокой химической стабильностью, повышенными значениями .

По конструктивному исполнению конденсаторы подразделяются на:

- незащищенные, допускающие эксплуатацию в условиях повышенной влажности в составе герметизирующей аппаратуры, предусматривающей защиту конденсаторов от воздействия влажности;

- защищенные, допускающие эксплуатацию в составе аппаратуры в условиях повышенной влажности;

- неизолированные, то есть конденсаторы с влагозащитным покрытием, не допускающие касания своим корпусом шасси или токоведущих частей аппаратуры;

- изолированные с изоляционным покрытием, допускающие касание.

По своему назначению конденсаторы подразделяются на 3 типа:

Тип 1 – конденсатор, предназначенный для использования в цепях фильтров, блокировки и развязки, где малые потери и высокая стабильность емкости имеют существенное значение.

Тип 2 – конденсатор, предназначенный для использования в цепях фильтров, блокировки и развязки, где малые потери и высокая стабильность емкости не имеют существенного значения.

Тип 3 – керамический конденсатор с барьерным слоем, предназначенный для работы в тех же цепях, что и конденсатор типа 2, но имеющий несколько меньшее значение и большее значение , что ограничивает область применения низкочастотными.

Обычно конденсаторы типа 1 являются высокочастотными, а типов 2 и 3 - низкочастотными.

Слюдяные и стеклоэмалевые (стеклянные) конденсаторы относятся к конденсаторам типа 1, стеклокерамические – как тип 1, так и 2, керамические – 3-х типов.

Конденсаторы типов 2 и 3 за счет большой имеют значительную удельную емкость, но вместе с тем и большие значения . Особенностями конденсаторов типа 2 и 3 являются резкая зависимость от температуры, а для некоторых типов конденсаторов – зависимость от напряжения и наличие диэлектрического гистерезиса.

Современные конденсаторы с неорганическим диэлектриком можно разбить на основные группы: слюдяные, керамические (ВЧ и НЧ), стеклянные и тонкослойные конденсаторы с неорганическим диэлектриком.

конденсатор с воздушным диэлектриком - это... Что такое конденсатор с воздушным диэлектриком?


конденсатор с воздушным диэлектриком

Engineering: air capacitor, air condenser, air-dielectric capacitor

Универсальный русско-английский словарь. Академик.ру. 2011.

  • конденсатор с воздушной изоляцией
  • конденсатор с воздушным охлаждением

Смотреть что такое "конденсатор с воздушным диэлектриком" в других словарях:

  • конденсатор с воздушным диэлектриком — orinis kondensatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. air capacitor; air dielectric capacitor; air spaced capacitor vok. Luftkondensator, m rus. воздушный конденсатор, m; конденсатор с воздушным диэлектриком, m pranc. aérocondensateur …   Fizikos terminų žodynas

  • Переменный конденсатор — Не следует путать с Варикап. Двухсекционный переменный конденсатор с воздушным диэлектриком, широко применяющийся в радиоприёмниках. Одна из секций включается в контур входного фильтра, вторая  в …   Википедия

  • воздушный конденсатор — Конденсатор, диэлектриком которого служит воздух. [ГОСТ 21415 75] Тематики конденсаторы для электронной аппаратуры Синонимы конденсатор с воздушным диэлектриком EN air capacitorair condenserair dielectric capacitor DE Luftkondensator FR… …   Справочник технического переводчика

  • воздушный конденсатор — orinis kondensatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. air capacitor; air dielectric capacitor; air spaced capacitor vok. Luftkondensator, m rus. воздушный конденсатор, m; конденсатор с воздушным диэлектриком, m pranc. aérocondensateur …   Fizikos terminų žodynas

  • Luftkondensator — orinis kondensatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. air capacitor; air dielectric capacitor; air spaced capacitor vok. Luftkondensator, m rus. воздушный конденсатор, m; конденсатор с воздушным диэлектриком, m pranc. aérocondensateur …   Fizikos terminų žodynas

  • air capacitor — orinis kondensatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. air capacitor; air dielectric capacitor; air spaced capacitor vok. Luftkondensator, m rus. воздушный конденсатор, m; конденсатор с воздушным диэлектриком, m pranc. aérocondensateur …   Fizikos terminų žodynas

  • air-dielectric capacitor — orinis kondensatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. air capacitor; air dielectric capacitor; air spaced capacitor vok. Luftkondensator, m rus. воздушный конденсатор, m; конденсатор с воздушным диэлектриком, m pranc. aérocondensateur …   Fizikos terminų žodynas

  • air-spaced capacitor — orinis kondensatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. air capacitor; air dielectric capacitor; air spaced capacitor vok. Luftkondensator, m rus. воздушный конденсатор, m; конденсатор с воздушным диэлектриком, m pranc. aérocondensateur …   Fizikos terminų žodynas

  • aérocondensateur — orinis kondensatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. air capacitor; air dielectric capacitor; air spaced capacitor vok. Luftkondensator, m rus. воздушный конденсатор, m; конденсатор с воздушным диэлектриком, m pranc. aérocondensateur …   Fizikos terminų žodynas

  • condensateur à air — orinis kondensatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. air capacitor; air dielectric capacitor; air spaced capacitor vok. Luftkondensator, m rus. воздушный конденсатор, m; конденсатор с воздушным диэлектриком, m pranc. aérocondensateur …   Fizikos terminų žodynas

  • orinis kondensatorius — statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. air capacitor; air dielectric capacitor; air spaced capacitor vok. Luftkondensator, m rus. воздушный конденсатор, m; конденсатор с воздушным диэлектриком, m pranc. aérocondensateur, m; condensateur à… …   Fizikos terminų žodynas

переменный конденсатор с воздушным диэлектриком — со всех языков на русский

  • 1 поворотный переменный конденсатор

    Большой англо-русский и русско-английский словарь > поворотный переменный конденсатор

  • 2 поворотный переменный конденсатор

    Англо-русский словарь технических терминов > поворотный переменный конденсатор

  • 3 Luftdrehkondensator

    Универсальный немецко-русский словарь > Luftdrehkondensator

  • 4 air capacitor

    Англо-русский словарь технических терминов > air capacitor

  • 5 air capacitor

    Универсальный англо-русский словарь > air capacitor

  • 6 air condenser

    4) Полимеры: конденсатор с воздушным охлаждением

    Универсальный англо-русский словарь > air condenser

  • 7 air-dielectric capacitor

    Универсальный англо-русский словарь > air-dielectric capacitor

  • 8 Luftkondensator

    сущ.

    1) электр. воздушный конденсатор, конденсатор с воздушным диэлектриком

    Универсальный немецко-русский словарь > Luftkondensator

  • 9 Lufttrimmer

    сущ.

    электр. подстроенный конденсатор с воздушным диэлектриком, подстроечный конденсатор с воздушным диэлектриком

    Универсальный немецко-русский словарь > Lufttrimmer

  • 10 Normalluftkondensator

    сущ.

    электр. образцовый конденсатор с воздушным диэлектриком, эталонный конденсатор с воздушным диэлектриком

    Универсальный немецко-русский словарь > Normalluftkondensator

  • 11 konzentrischer Lufttrimmer

    Универсальный немецко-русский словарь > konzentrischer Lufttrimmer

  • 12 condensatore ad aria

    воздушный конденсатор, конденсатор с воздушным диэлектриком

    Dictionnaire polytechnique italo-russe > condensatore ad aria

  • 13 Luftkondensator

    Deutsch-Russische Wörterbuch polytechnischen > Luftkondensator

  • 14 air capacitor

    English-Russian electronics dictionary > air capacitor

  • 15 air capacitor

    The New English-Russian Dictionary of Radio-electronics > air capacitor

  • 16 Luftkondensator

    (m)

    конденсатор с воздушным диэлектриком

    Deutsch-Russische Wörterbuch von Messgeräten > Luftkondensator

  • 17 Luftkondensator

    m конденсатор м. с воздушным диэлектриком

    Neue große deutsch-russische Wörterbuch Polytechnic > Luftkondensator

  • 18 condensateur à air

    Франко-русский словарь нормативно-технической терминологии > condensateur à air

  • 19 Luftkondensator

    Немецко-русский словарь нормативно-технической терминологии > Luftkondensator

  • 20 air capacitor

    Англо-русский словарь нормативно-технической терминологии > air capacitor

См. также в других словарях:

  • Переменный конденсатор — Не следует путать с Варикап. Двухсекционный переменный конденсатор с воздушным диэлектриком, широко применяющийся в радиоприёмниках. Одна из секций включается в контур входного фильтра, вторая  в …   Википедия

  • Regency TR-1 — Regency TR 1  первый в мире серийный полностью транзисторный радиоприёмник, поступивший в широкую продажу в США 1 ноября 1954 года. TR 1 был спр …   Википедия

  • КПВ (значения) — КПВ: Катетеризация подключичной вены Коммунистическая партия Великобритании Коммунистическая партия Венесуэлы Коммунистическая партия Венгрии Коммунистическая партия Вьетнама Конденсатор подстроечный с воздушным диэлектриком, см. Переменный… …   Википедия

  • КПВ — КПВ: Катетеризация подключичной вены Коммунистическая партия Великобритании Коммунистическая партия Венесуэлы Коммунистическая партия Венгрии Коммунистическая партия Вьетнама Конденсатор подстроечный с воздушным диэлектриком, см. Переменный… …   Википедия

Конденсаторы, емкость и диэлектрики Таблица проблем и решения

Конденсаторы, емкость и диэлектрики Таблица проблем и решения, разработанные доктором Жаном Полем Моснье

Комментарии

  • Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии.

Предварительный просмотр текста

PS104 Задачи и упражнения база данных Глава 3 Конденсаторы, емкость и диэлектрики КОНДЕНСАТОРЫ, СЕТИ, ДИЭЛЕКТРИКА 24.50 Воздушный конденсатор с параллельными пластинами состоит из двух металлических пластин 4 по 16 см2.7 мм друг от друга. это подключен к 12-вольтовой батарее. (а) Какая емкость? (б) Какой заряд на каждой пластине? (c) Какое электрическое поле между пластинами, (d) Какая энергия хранится в конденсаторе? (e) Если аккумулятор отсоединен и пластины разнесены на расстояние 9,4 мм, то какое являются ответы на (а), (б), (в) и (г)? 24.51. Предположим, что батарея теперь остается подключенной, пока пластины раздвинуты до расстояние 9,4 мм. Каковы ответы на (а), (б), (в) и (г)? 24.59 В конденсаторной цепи ниже C1 = C5 = 8,4 мкФ и C2 = C3 = C4 = 4,2 мкФ. Примененный потенциал Vab = 220 В. (а) Какова эквивалентная емкость сети между точками а а б? (b) Рассчитайте заряд и разность потенциалов на каждом конденсаторе. 24,63 В сети ниже каждая емкость C1 = 6,9 мкФ и каждая емкость C2 = 4,6 мкФ. (a) Вычислите эквивалентную емкость сети между точками a и b, когда Vab = 420 В. (b) Рассчитайте заряд каждого из трех ближайших к a и b конденсаторов, когда Vab = 420 В.(c) При Vab = 420 В вычислите Vcd. Конденсаторы Банк данных о проблемах JPM PS104 Страница 1 из 3 24.65 Заполненный воздухом конденсатор с параллельными пластинами заряжается путем подключения его к батарее. Батарея тогда отключен от конденсатора без потери заряда. (а) Вольтметр показывает 45 В на тарелки. Когда между пластинами вставлен диэлектрик, полностью заполняющий пространство, вольтметр показывает 11,5 В. Какова диэлектрическая проницаемость диэлектрического материала? (б) Что будет Показания вольтметра будут, если диэлектрик теперь частично вытащен, поэтому он заполняет только одну треть пространства между тарелками? РЕШЕНИЯ 24.50: а) б) в) E = = 2553 . г) д) Если АКБ отключен, значит, заряд остается постоянным, а пластины вытягиваются дальше друг от друга до 0,0094 м, то приведенные выше расчеты можно проводить так же, как и раньше, и мы находим: а) б) в) г) 24.59: а) б) 24.61: а) б) c) Если все конденсаторы включены параллельно, то: г) Конденсаторы Банк данных о проблемах JPM PS104 Страница 2 из 3 .

Как измерить диэлектрическую постоянную для конденсаторов своими руками

Время от времени вам нужно сделать свой собственный конденсатор. Это включает в себя выбор диэлектрика, изоляционного материала, который проходит между пластинами. Один из диэлектрических материалов, который я часто использую, - это парафин, который можно найти в художественных магазинах и который обычно используется для изготовления свечей. Другой - смола, легче всего найти автомобильная смола, используемая для ремонта кузовов.

Проблема в том, что иногда вам нужно сделать расчеты размеров конденсатора заранее, а не просто что-то собирать вместе.А это значит, что вам нужно знать диэлектрическую проницаемость диэлектрического материала. Этого не знают ни производители парафинового воска, из которого делают его для художественных магазинов, ни производители смолы для ремонта кузовов автомобилей. Предполагаемым клиентам просто все равно.

Поэтому вам остается измерить диэлектрическую проницаемость самостоятельно, и здесь я расскажу о методе, который я использую для этого.

Что такое диэлектрическая постоянная?

Конденсаторы в вакууме, а не

. Если вам интересно, что такое диэлектрическая постоянная, не беспокойтесь, потому что вы не единственный.Начнем с короткого объяснения.

Допустим, у вас есть конденсатор с плоской пластиной, между пластинами нет ничего, буквально вакуум. Этот конденсатор будет иметь определенную емкость, которая является мерой его способности накапливать заряд на пластинах. Если вместо этого вы вставите изолирующий материал между пластинами, например воск, тогда этот конденсатор будет иметь более высокую емкость, большую способность накапливать заряд на пластинах. Размещение изоляционного материала между пластинами увеличивает емкость.

Диэлектрическая постоянная - это мера того, насколько увеличилась эта емкость, когда вы вставили этот материал. Это отношение емкости конденсатора к материалу к емкости в вакууме. Например, поискав в Интернете, вы обнаружите, что парафиновый воск имеет диэлектрическую проницаемость от 2,1 до 2,5. Ниже вы узнаете, как я измерил свой 2,2.

Физики давно определили диэлектрическую проницаемость вакуума равной 1. Это означает, что парафиновый воск в конденсаторе дает конденсатору 2.В 2 раза больше способности хранить заряд, как если бы вместо этого был просто вакуум (в 2,2 раза больше, чем в 1, это 2,2).

Терминология

Прежде чем мы двинемся дальше, позвольте мне указать, что термин диэлектрическая проницаемость на самом деле не рекомендуется, и физики и инженеры вместо него используют относительную диэлектрическую проницаемость. Но его использование все еще широко распространено, и в большинстве таблиц, которые вы найдете в Интернете, используется заголовок диэлектрическая проницаемость.

Вы также часто будете видеть диэлектрическую проницаемость, представленную в формулах как Κ (греческая буква каппа) или ε r (греческая буква эпсилон и r для относительного).

Измерение диэлектрической постоянной

Сначала мы должны сделать одну оговорку. Диэлектрическая проницаемость меняется в зависимости от температуры. Он уменьшается с повышением температуры. Для большинства материалов разница невелика. Когда бы я ни измерял диэлектрическую проницаемость, я всегда использовал ее при комнатной температуре и 0 Гц.

Зная, что диэлектрическая проницаемость - это отношение емкости конденсатора с материалом к ​​его емкости с вакуумом, вы можете измерить его.Как я уже сказал, диэлектрическая проницаемость вакуума равна 1, а диэлектрическая проницаемость воздуха равна 1.0005, что примерно одинаково. Таким образом, если Cm - это емкость конденсатора с вашим материалом, а Ca - это емкость с воздухом, то диэлектрическая постоянная составляет Cm / Ca , то есть отношение двух.

Это означает, что для получения диэлектрической проницаемости просто измерьте емкость конденсатора с установленным материалом ( Cm ), а затем снова измерьте его емкость, но без материала i.е. с воздухом ( Ca ). Разделите первое значение ( Cm ) на второе ( Ca ), и вы получите диэлектрическую проницаемость материала.

На фотографиях ниже я определяю диэлектрическую проницаемость парафинового воска, купленного в местном художественном магазине.

Установка для измерения емкости с восковым диэлектриком

Измерение емкости с восковым диэлектриком

Сначала я измеряю емкость воскового конденсатора, показанного на первых двух фотографиях.Я сделал квадратный кусок воска толщиной 4 мм. Для пластин я вырезал несколько квадратных кусочков алюминиевого фартука, которые, когда их кладут на воск, не покрывают всю восковую поверхность.

Я приклеил одну пластину горячим клеем к верхней части пластиковой трубки, чтобы подвесить ее в воздухе. Затем я создаю сэндвич с конденсатором, помещая сначала воск, а затем вторую пластину поверх воска. Как обычно при измерении емкости, перед измерением я использую функцию REL измерителя, чтобы сохранить емкость только самих пробников.Это обнуляет счетчик. Затем измеряю емкость пластин и воскового конденсатора. Я получаю 0,053 нФ, это мой Cm .

Установка для измерения емкости с воздушным диэлектриком

Измерение емкости с воздушным диэлектриком

Далее необходимо измерить емкость воздушного конденсатора, показанного на двух фотографиях выше. Я приклеиваю вторую пластину к другой пластиковой трубке и расставляю пластины на расстоянии 4 мм друг от друга так, чтобы между ними был только воздух, следя за тем, чтобы расстояние было таким же, как когда между пластинами был воск.Это создает тот же конденсатор, с той лишь разницей, что в качестве диэлектрика используется воздух. Я получил емкость 0,024 нФ, что соответствует моему Ca .

Делая расчет, емкость с воском ( Cm ), 0,053 нФ, деленную на емкость с воздухом ( Ca ), 0,024 нФ, я получаю диэлектрическую проницаемость 2,2. Обратите внимание, что он безразмерный, поскольку представляет собой соотношение двух значений с одинаковыми размерами. При поиске в Интернете в большинстве таблиц приводится диапазон значений парафина 2.1 к 2,5, так что я вполне уверен в своем результате.

Измерение емкости с использованием диэлектрика титанат бария / эпоксидной смолы

Измерение емкости с воздушным диэлектриком

В этом наборе фотографий я использую ту же процедуру для измерения диэлектрической проницаемости смеси титаната бария и эпоксидной смолы, сделанной для цилиндрического конденсатора, как я описываю в своей статье Самодельные конденсаторы безумного ученого . Внутренняя пластина представляет собой медный стержень диаметром 1/4 дюйма, а внешняя пластина для определения диэлектрической проницаемости представляет собой алюминиевый цилиндр, который, как вы можете видеть, обернут вокруг диэлектрического цилиндра из титаната бария и смолы.Медный стержень был намного длиннее, чем нужно, поэтому для измерения емкости в воздухе я просто переместил алюминиевый цилиндр на длину стержня, где нет диэлектрика.

Емкость смеси титаната бария и эпоксидной смолы составляет 0,075 нФ (См), а емкость с воздухом составляет 0,005 нФ. 0,075 нФ делить на 0,005 нФ дает диэлектрическую проницаемость 15. В статье, указанной выше, я говорю о значении 27, но у меня нет фотографий измерений для этой версии.

Прочие соображения

Два других аспекта для ваших собственных измерений - это удельное сопротивление и влияние краев.

Тонкие и толстые пластины конденсатора

Если у вас конденсатор с плоской пластиной, вы можете представить себе электрическое поле, показанное линиями на диаграмме. Обратите внимание, что электрическое поле по краям отличается от поля между пластинами. Также обратите внимание, что это зависит от геометрии пластин. Например, тонкие пластины имеют более острые края и более плотные линии электрического поля по краям.Но нас интересует только то, что происходит с материалом в области между пластинами, а не по краям. Один из способов минимизировать влияние краев на наши измерения - просто иметь большую площадь пластины по сравнению с размером края, что делает край менее значимым.

Титанат бария и воск в форме

Еще одна вещь, которую следует учитывать, - это удельное сопротивление вашего диэлектрического материала. Естественно, вы захотите, чтобы ваш конденсатор имел хороший изолятор в качестве диэлектрика. Но поскольку мы здесь делаем самоделки, возможно, вы сделали диэлектрический материал, обладающий некоторой проводимостью.Итак, после того, как вы сделали свой диэлектрический материал, положите несколько пластин с каждой стороны и измерьте сопротивление от пластины к пластине, используя шкалу сопротивления вашего измерителя. Он должен показывать то, что ваш измеритель обычно показывает для чего-то, что имеет слишком высокое сопротивление для измерения.

Однажды я столкнулся с этой проблемой удельного сопротивления. Мы с другом сделали титанат бария и восковой конденсатор, и по какой-то причине сопротивление при сборке в виде конденсатора составило 2,31 МОм. Мы предположили, что, возможно, воздух на улице был влажным, когда смесь титаната бария и горячего парафина остыла, и в смесь попала влага.Поэтому мы ставим его в духовку при 110C (230F) на 65 минут, чтобы удалить влагу. После остывания мы снова измерили сопротивление. Оно было больше 20 МОм, выше, чем мог измерить измеритель.

Заключение

Вот как я измеряю диэлектрическую проницаемость или относительную диэлектрическую проницаемость диэлектрического материала. Если вы измерили диэлектрическую проницаемость материала, мне было бы очень интересно узнать, как вы это сделали, а также какие-либо особые соображения. Дайте нам знать в комментариях ниже.

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о