Τι είναι η ηλεκτρική χωρητικότητα και πώς μετράται
Ορισμός
Για τους αγωγούς, μια ηλεκτρική χωρητικότητα είναι μια τιμή που χαρακτηρίζει την ικανότητα του σώματος να συσσωρεύει ένα ηλεκτρικό φορτίο. Αυτό είναι το φυσικό του νόημα. Συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα Γ. Είναι ίσο με το λόγο χρέωσης προς το δυναμικό, εάν είναι γραμμένο με τη μορφή ενός τύπου, λαμβάνονται τα εξής:
C = q / στ
Η ηλεκτρική ικανότητα οποιουδήποτε αντικειμένου εξαρτάται από το σχήμα και τις γεωμετρικές του διαστάσεις. Εάν θεωρήσουμε έναν αγωγό σε σχήμα μπάλας, για παράδειγμα, τότε ο τύπος για τον υπολογισμό της τιμής του θα μοιάζει με:
Αυτός ο τύπος ισχύει για έναν μοναχικό αγωγό. Εάν τοποθετήσετε δύο αγωγούς το ένα δίπλα στο άλλο και τους χωρίσετε με διηλεκτρικό, τότε θα πάρετε έναν πυκνωτή. Σχετικά με αυτό λίγο αργότερα, τώρα ας δούμε τι μετράται η ηλεκτρική χωρητικότητα.
Η μονάδα μέτρησης της ηλεκτρικής χωρητικότητας είναι farad. Εάν το αποσυνθέσετε σε συστατικά σύμφωνα με τον τύπο, τότε:
1 farad = 1 C / 1 V
Ιστορικά, η διάσταση αυτής της μονάδας δεν έχει επιλεγεί σωστά. Το γεγονός είναι ότι στην πράξη πρέπει να εργαστείτε με ηλεκτρικές ικανότητες: μίλια, micro, nano και picofarads. Το οποίο ισούται με τα κλάσματα ενός farad, δηλαδή:
1 mF = 10 ^ (- 3) Ф
1 μF = 10 ^ (- 6) F
1 nF = 10 ^ (- 9) Ф
1 pF = 10 ^ (- 12) Ф
Πυκνωτές
Ένας πυκνωτής είναι δύο πλάκες αγώγιμου υλικού που βρίσκονται απέναντι μεταξύ τους, μεταξύ των οποίων υπάρχει διηλεκτρικό στρώμα. Στην κατάσταση φόρτισης, οι πλάκες έχουν διαφορετικές δυνατότητες: μία από αυτές θα είναι θετική και η δεύτερη αρνητική. Η ηλεκτρική χωρητικότητα του πυκνωτή εξαρτάται από το μέγεθος του φορτίου στις πλάκες του και τη διαφορά δυναμικού, την τάση μεταξύ τους. Ένα ηλεκτροστατικό πεδίο προκύπτει μεταξύ των πλακών, το οποίο συγκρατεί τα φορτία στις πλάκες. Ο τύπος για την χωρητικότητα ενός πυκνωτή στη γενική περίπτωση:
C = q / U
Με απλά λόγια, η χωρητικότητα του πυκνωτή εξαρτάται από την περιοχή των πλακών και την απόσταση μεταξύ τους, καθώς και από τη σχετική διηλεκτρική σταθερά του υλικού που βρίσκεται μεταξύ τους. Διακρίνονται από το διηλεκτρικό που χρησιμοποιείται:
- κεραμικό?
- φιλμ
- μίκα;
- μεταλλικό χαρτί
- ηλεκτρολυτική;
- ταντάλιο κ.λπ.
Σύμφωνα με το σχήμα των πλακών:
- επίπεδο?
- κυλινδρικός;
- σφαιρικά, κ.λπ.
Δεδομένου ότι ο τύπος για την περιοχή ενός σχήματος εξαρτάται από το σχήμα του, ο τύπος χωρητικότητας θα είναι διαφορετικός για κάθε περίπτωση.
Για έναν επίπεδο πυκνωτή:
Για δύο ομόκεντρες σφαίρες με κοινό κέντρο:
Για κυλινδρικό πυκνωτή:
Όπως και άλλα στοιχεία του ηλεκτρικού κυκλώματος, σε αυτήν την περίπτωση υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι σύνδεσης πυκνωτών: παράλληλοι και σειριακοί.
Η τελική ηλεκτρική χωρητικότητα του προκύπτοντος κυκλώματος εξαρτάται από αυτό. Οι υπολογισμοί της χωρητικότητας πολλών πυκνωτών θυμίζουν τους υπολογισμούς της αντίστασης αντιστάσεων σε διαφορετικές συνδέσεις, μόνο οι τύποι για τις μεθόδους σύνδεσης βρίσκονται αντίθετα, δηλαδή:
- Όταν συνδέεται παράλληλα, η συνολική ηλεκτρική ικανότητα του κυκλώματος είναι το άθροισμα των χωρητικοτήτων καθενός από τα στοιχεία. Κάθε επόμενο συνδεδεμένο αυξάνει τη συνολική χωρητικότητα
Ctotal = C1 + C2 + C3
- Όταν συνδέεται σε σειρά, η ηλεκτρική ικανότητα του κυκλώματος μειώνεται, όπως η μείωση της αντίστασης σε ένα κύκλωμα παράλληλων συνδεδεμένων αντιστάσεων. Δηλαδή:
Κούνια = (1 / C1) + (1 / C2) + (1 / C3)
Σημαντικό! Σε ένα παράλληλο κύκλωμα, οι συνδέσεις στις πλάκες κάθε στοιχείου είναι ίδιες. Αυτό χρησιμοποιείται για την απόκτηση μεγάλων ηλεκτρικών δυνατοτήτων. Στη σειρά η σύνδεση δύο στοιχείων τάσης στις πλάκες καθενός από τους πυκνωτές είναι η μισή της συνολικής τάσης. Για τρία, τρίτα και ούτω καθεξής.
Μπαταρίες και κατανάλωση ενέργειας
Τα κύρια χαρακτηριστικά των μπαταριών είναι:
- Ονομαστική τάση
- Χωρητικότητα
- Μέγιστο ρεύμα εκφόρτισης.
Σε αυτήν την περίπτωση, για τον προσδιορισμό των ποσοτικών χαρακτηριστικών του χρόνου λειτουργίας ή, με απλούς όρους, για τον υπολογισμό της διάρκειας της μπαταρίας, χρησιμοποιείται η τιμή χωρητικότητας.
Στις επαναφορτιζόμενες μπαταρίες, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες διαστάσεις για την περιγραφή της ηλεκτρικής χωρητικότητας:
- Και * h - ώρες αμπέρ για μεγάλες μπαταρίες, για παράδειγμα αυτοκίνητο.
- mAh - milliampere-hour, για μπαταρίες για φορητές συσκευές, όπως smartphones, quadcopters και ηλεκτρονικά τσιγάρα.
- W * ώρες - Watt ώρες.
Αυτά τα χαρακτηριστικά σας επιτρέπουν να προσδιορίσετε πόσο καιρό θα αντέξει η μπαταρία υπό ένα συγκεκριμένο φορτίο. Για τον προσδιορισμό της ηλεκτρικής χωρητικότητας της μπαταρίας μετράται σε μενταγιόν (C). Με τη σειρά του, το μενταγιόν ισούται με την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που μεταφέρεται στη μπαταρία με ρεύμα 1Α για 1 δευτερόλεπτο. Στη συνέχεια, εάν μεταφράσετε σε ώρες, τότε σε ρεύμα 1Α για 1 ώρα, μεταδίδονται 3600 C.
Ένας τρόπος μέτρησης της χωρητικότητας της μπαταρίας είναι να την αποφορτίσετε με ένα γνωστό ρεύμα και πρέπει να μετρήσετε το χρόνο εκφόρτισης. Ας υποθέσουμε, εάν η μπαταρία αποφορτιστεί στο ελάχιστο επίπεδο τάσης σε 10 ώρες με ρεύμα 5Α, τότε η χωρητικότητά της είναι 50 A * h
Η ηλεκτρική ενέργεια είναι μια σημαντική ποσότητα στην ηλεκτρονική και στην ηλεκτρολογία. Στην πράξη, οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται σε σχεδόν κάθε κύκλωμα μιας ηλεκτρονικής συσκευής. Για παράδειγμα, στα τροφοδοτικά - για εξομάλυνση των κυματισμών, μειώστε την επίδραση των υπερτάσεων υψηλής τάσης στους διακόπτες τροφοδοσίας. Κατά τη χρονική στιγμή κυκλώματα διαφόρων κυκλωμάτων, καθώς και σε ελεγκτές PWM για να ρυθμίσετε τη συχνότητα λειτουργίας. Οι μπαταρίες χρησιμοποιούνται επίσης συνήθως. Σε γενικές γραμμές, οι εργασίες αποθήκευσης ενέργειας και μετατόπισης φάσεων είναι πολύ κοινές.
Το παρεχόμενο βίντεο θα βοηθήσει στη μελέτη του ζητήματος με περισσότερες λεπτομέρειες:
Μια σύντομη εξήγηση παρέχεται σε αυτό το βίντεο φροντιστήριο:
Τώρα ξέρετε τι είναι μια ηλεκτρική χωρητικότητα, σε ποιες μονάδες μετριέται και σε τι εξαρτάται αυτή η ποσότητα. Ελπίζουμε ότι οι παρεχόμενες πληροφορίες ήταν χρήσιμες και κατανοητές για εσάς!
Σχετικά υλικά:
Φόρτωση ...
