Aká je kapacita kondenzátora: definícia a vzorce

Kondenzátor je elektrický prvok, ktorý vám umožňuje nahromadiť nabíjanie. Jeho najjednoduchšia forma je dve platne oddelené dielektrickou vrstvou. Ak je doska na použitie napätia, potom po chvíli zostane. Je dôležité vedieť, čo sa meria kondenzátorová kapacita, aby sa správne konštruovali obvody s týmito prvkami.

Aplikácia v technológii

Kondenzátory sa používajú v rôznych elektrických a rádiových zariadeniach. Tieto prvky sú schopné akumulovať nabíjanie a udržiavať napätie (napríklad sieť) na správnej úrovni počas menších výpadkov. Vysokokapacitné kondenzátory sa používajú ako podávače pre malé mobilné zariadenia. Tiež sa nazývajú ionizátory. Ich nevýhodou je potreba častého dobíjania.

Veľmi dôležité sú tieto prvky a vo filtračných zariadeniach, zariadenia, ktorých úlohou nie je prejsť interferenciou do užitočného signálu alebo zachytiť požadovaný signál v konštantnom napätí zvýšenej úrovne.

Bez kondenzátorov to nedokáže generátor alternatívnych signálov. Ich účelom je nastaviť frekvenciu generovania, časové a iné časové parametre. Tu sa používajú veľmi presné prvky s toleranciou najviac 1%.

Kondenzátory môžu mať buď konštantnú alebo variabilnú kapacitu. Prvky variabilnej kapacity sa používajú v zariadeniach, ktoré vyžadujú ladenie na rôzne frekvencie. Napríklad je široko používaný pri ladení rádiových frekvencií v FM prijímačoch.

Vzorce pre výpočet kondenzátorov

Na vyriešenie problémov inžinierstva a aplikovaných teoretických výpočtov je potrebné poznať zákony, ktorými sa navzájom ovplyvňujú elektrické množstvá. Tieto zákony sú vyjadrené vzorcami. Napätie na kondenzátore závisí napríklad od jeho kapacity a náboja, ktoré sa nahromadí.

Stanovenie kapacity

Táto hodnota závisí od viacerých parametrov. Ak chcete vypočítať, musíte vedieť, ako sa meria kondenzátor. Táto hodnota je ekvivalentná tomu, koľko je hromadenie náboja nahromadené prvkom pri napätí 1 voltu, ktoré sa na ňu aplikuje. Meria sa vo faradách. Kapacita týchto prvkov závisí aj od ich tvaru.

• Rovinné kondenzátory sú najjednoduchším druhom nabíjačiek. Ako nájsť kondenzátor, ktorý má plochý tvar, možno nájsť, ak si definovať všetky parametre, ktoré ju ovplyvňujú. Vo svojej funkcii ovplyvňuje vzdialenosť medzi jeho doskami (vodivá doska) d, štvorcových dosiek sa s, dielektrickej konštanty materiálu medzi elektródami £ a dielektrickú konštantou ε0, ktorá sa rovná 8,85 ⋅ 10-12 farads na meter. Vzorec kondenzátora je:

C = ε ⋅ ε0 ⋅ S / d

• Valcovitý kondenzátor sa skladá tiež z dvoch nabitých krytov, obidva sú vo forme valcov usporiadaných vnútri druhej. Vnútorný valec je jednodielny, vonkajší je dutý. Vzdialenosť medzi doskami je rovná rozdielu polomerov týchto valcov. Vzorec kapacity kondenzátora môže byť reprezentovaný rovnako ako v predchádzajúcom prípade s tým rozdielom, že plocha dosiek sa vypočíta z ich výšky a polomeru:

C = 2 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ h ⋅ R vn / (R na ρ - R vn) = ε ⋅ ε0 ⋅ S / d

kde h je výška elektródy,

Rvn - vnútorný polomer, R нар - vonkajší polomer,

π = 3,14.

• Nabíjanie môže mať nielen telo s dvoma doskami, ale aj vodivý sférický predmet. Ak do neho použijete napätie a potom zmeníte potenciál medzi ním a zemou, potenciál bude nenulový. Vzorec na výpočet akumulátora s guľovým nábojom:

C = 4 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ R

kde R je polomer lopty.

Ak vzorec nahradí polomer Zeme a dielektrickú konštantu ovzdušia, môžete získať hodnotu zemskej kapacity vo faradách. Po výpočtoch:

C (Zem) = 700 mikrofarád

Takáto kapacita môže mať moderné elektrolytické kondenzátory.

Ak vložíte jednu guľu do druhej a použijete medzi sebou napätie, výsledný dizajn tiež nahromadí náboj medzi povrchmi guľôčok. Určenie kapacity takej konštrukcie sa môže robiť pomocou vzorca:

C = ε ⋅ ε0 ⋅ 4⋅π ⋅ R1 ⋅ R2 / (R2 - R1)

kde R2 a R1 sú polomery zodpovedajúcich sférických povrchov.

Kapacita kondenzátora závisí aj od typu použitého dielektrika. Najbežnejšie sú keramické, elektrolytické, papierové, vzduchové a sľudové plnidlá.

Výpočet energie

Nabíjacie akumulátory majú iné parametre. Jednou z nich je energia. Pri nabíjaní kondenzátora na doskách sa nahromadí potenciálna energia.

Vytvára silu, ktorá priťahuje na rozdiel od nabitých dosiek, rovnako ako prúd, ktorý napája elektrické spotrebiče, ak používate ionizátor ako zdroj energie. Energia môže byť vyjadrená ako závislosť od napätia dosiek a kapacity:

W = C ⋅ U 2/2

Svodový prúd cez dielektrikum

Sietový prúd sa objaví v prvku, ak existujú cesty prúdenia elektrického prúdu z jednej dosky na druhú. Menej izolačných vlastností dielektrika má väčší únikový prúd. To platí najmä pre kondenzátory s dielektrikom vo forme olejovaného papiera. Tento parameter závisí od konštrukcie prvku a od kontaminácie jeho puzdra. Ak prúd uniká, môže dôjsť k zvýšeniu unikajúceho prúdu pri preniknutí vlhkosti do krytu. Tento prúd môže byť vypočítaný podľa Ohmovho zákona:

I ut = U / Rd

kde Im je unikajúci prúd,

U je napätie na doskách,

Rd je izolačný odpor dielektrika.

Pripojovacie prvky

Pri vytváraní schém sa používa rôzne spojenie prvkov. Prvky okruhu je možné pripojiť:

• Súbežne;
• postupne;
• Súbežne - dôsledne (zmiešané).

Ako nájsť kapacitu paralelne pripojených prvkov? Je potrebné pochopiť, čo je spoločné s týmto typom spojenia. Keďže napätie sa aplikuje súčasne na všetky dosky, je to bežné. Poplatok bude pre každého. Podľa vzorca:

q = C ⋅ U, tu q je celkový náboj,

q = ΣC i ⋅ U = U ⋅ ΣC i

C celkom sa bude rovnať súčtu všetkých C.

Keď sú elementy zapojené do série, bude to spoločné všetko. Zároveň bude napätie pre každý z nich odlišné a celková bude zložená zo všetkých samostatne.

U = q / C, tu U je súčet stresov na všetkých prvkoch

U celkom = q ⋅ Σ (1 / C i)

1 / C celkom = 1 / C 1 + 1 / C 2 + ... + 1 / C i

Pri tomto spojení bude hodnota celkovej kapacity nižšia ako najmenšia hodnota tejto hodnoty v skupine.

V prípade použitia zmiešaného pripojenia je potrebné samostatne vypočítať celkovú kapacitu pre paralelné a samostatné sériové pripojenie. Potom pomocou vzorca pre sériové spojenie nájdite hodnotu spoločnú pre obidve získané hodnoty.