Емкостные конденсаторы: Конденсатор.Типы конденсаторов.

Конденсатор.Типы конденсаторов.

Конденсатор – один из самых распространённых радиоэлементов. Роль конденсатора в электронной схеме заключается в накоплении электрического заряда, разделения постоянной и переменной составляющей тока, фильтрации пульсирующего тока и многое другое.

Конструктивно конденсатор состоит из двух проводящих обкладок, изолированных диэлектриком. В зависимости от конструкции и назначения конденсатора диэлектриком может служить воздух, бумага, керамика, слюда.

Основными параметрами конденсаторов являются:

• Номинальная ёмкость. Ёмкость измеряют в Фарадах (Ф). Ёмкость в 1 Фараду очень велика. К примеру, земной шар имеет ёмкость менее 1 Ф, а точнее около 710 мкф. Правда, тут надо понимать, что физики любят аналогии. Говоря про электрическую ёмкость земного шара, они имеют ввиду, что в качестве примера взят металлический шар размером с планету Земля и являющийся уединённым проводником. Это всего лишь аналогия. В технике существует электронный компонент, который обладает ёмкостью более 1 Фарады – это ионистор.

  В основном, в электронике и радиотехнике используются конденсаторы с ёмкостью равной миллионной доле фарады – микрофарада (1мкФ = 0,000001 Ф). Также находят применение конденсаторы с ёмкостями исчисляемыми десятками – сотнями нанофарад (1нФ = 0,000000001 Ф) и пикофарад (1пФ = 0,000000000001 Ф). Номинальную ёмкость указывают на корпусе конденсатора.

  Чтобы не запутаться в сокращениях (мкФ, нФ, пФ), и научиться переводить микрофарады в пикофарады, а нанофарады в микрофарады необходимо знать о сокращённой записи численных величин.

• Номинальное напряжение. Это напряжение, при котором конденсатор выполняет свои функции. При превышении допустимого значения конденсатор будет пробит, то есть, превратится в обычный проводник. Диапазон допустимых значений рабочих напряжений конденсаторов лежит в пределах от нескольких вольт до единиц киловольт (1 киловольт – 1 000 вольт). Номинальное напряжение маркируют на корпусе конденсатора.

• Допуск. Также как у резисторов и у конденсаторов есть допустимое отклонение величины его реальной ёмкости от той, что указана на его корпусе. Допуск обозначается в процентах. Допуск у конденсаторов может достигать 20 – 30%. В технике, где требуется особая точность номинальных значений ёмкости, применяются конденсаторы с малым допуском (1% и менее).

Три указанных параметра являются основными. Знание этих параметров достаточно, чтобы самостоятельно подбирать конденсаторы для изготовления самоделок и ремонта электроники.

Изображается конденсатор на принципиальных схемах так, как показано на рисунке.

Типы конденсаторов

Кроме обычных существуют ещё и электролитические конденсаторы. Емкость их намного больше, чем у обычных, следовательно, габариты также существенно больше. Отличительная особенность электролитических конденсаторов – полярность. Если обычные конденсаторы можно впаивать в схему не беспокоясь о полярности прикладываемого к конденсатору напряжения, то электролитический конденсатор необходимо включать в схему строго в соответствии с полярностью напряжения. У электролитических конденсаторов один вывод плюсовой, другой минусовой.

Обозначение электролитического конденсатора на схемах.

Также широкое применение получили подстроечные конденсаторы. Подстроечные конденсаторы необходимы в тех случаях, когда требуется точная подстройка ёмкости в электронной схеме. В таких конденсаторах подстройку ёмкости производят один раз или очень редко.

Обозначается так.

Наряду с подстроечными конденсаторами существуют и конденсаторы переменной ёмкости. В отличие от подстроечных, переменные конденсаторы служат для частой подстройки ёмкости. В простом (не цифровом) приёмнике настройка на радиостанцию как раз и осуществляется с помощью конденсатора переменной ёмкости.

Свойства конденсатора

• Конденсатор не пропускает постоянный ток и является для него изолятором.

• Для переменного тока конденсатор не является преградой. Сопротивление конденсатора (ёмкостное сопротивление) переменному току уменьшается с увеличением его ёмкости и частоты тока, и наоборот, увеличивается с уменьшением его ёмкости и частоты тока.

Свойство конденсатора оказывать разное сопротивление переменному току нашло широкое применение. Конденсаторы используют для фильтрации, отделения одних частот от других, отделения переменной составляющей от постоянной…

Вот так выглядят конденсаторы постоянной ёмкости.

Электролитический конденсатор. Длинный вывод – плюсовой, короткий – минусовой.

Планарный электролитический конденсатор. На корпусе указана номинальная ёмкость – 22 мкФ (22), номинальное напряжение – 16 Вольт (16V). Видно, что емкость обозначена только цифрами. Ёмкость электролитических конденсаторов указывается в микрофарадах.

Со стороны отрицательного вывода конденсатора на верхней части корпуса чёрный полукруг.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Как проверить конденсатор цифровым мультиметром?

• Основные параметры резисторов, которые должен знать каждый начинающий радиолюбитель.

• Устройство электрического трансформатора. Виды трансформаторов.

 

Емкостный конденсатор

Емкостное сопротивление в цепи переменного тока. Мгновенное значение напряжения равно. Мгновенное значение силы тока равно:. Емкостное сопротивление не является характеристикой проводника, так как зависит от параметров цепи частоты.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• ГОСТ IEC 60358-1-2014 Конденсаторы разделительные и емкостные делители. Часть 1. Общие правила
• Конденсатор в цепи переменного тока. Емкостное сопротивление конденсатора.
• Конденсаторы электролитические 1500 мкФ
• Электрическая емкость, конденсаторы и емкостные элементы
• Емкостный элемент (конденсатор)
• Конденсатор

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ВСЕМИРНЫЙ ВОПРОС—можно ли ставить конденсатор бОльшей ёмкости? Возвращение в прошлое

ГОСТ IEC 60358-1-2014 Конденсаторы разделительные и емкостные делители. Часть 1. Общие правила

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Ёмкость конденсатора измеряется в фарадах. Первые конденсаторы, состоящие из двух проводников, разделенных непроводником диэлектриком , упоминаемые обычно как конденсатор Эпинуса или электрический лист, были созданы ещё раньше [3].

Конденсатор является пассивным электронным компонентом [4]. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин называемых обкладками , разделённых диэлектриком , толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок см.

Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами из-за намотки.

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь происходит зарядка или перезарядка конденсатора , по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора, замыкаясь так называемым током смещения. С точки зрения метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом.

Резонансная частота конденсатора равна. Обычно максимальная рабочая частота конденсатора примерно в 2—3 раза ниже резонансной. Конденсатор может накапливать электрическую энергию. Энергия заряженного конденсатора:. В России для условных графических обозначений конденсаторов на схемах рекомендуется использовать ГОСТ 2. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения. Для электролитических конденсаторов, а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах В или киловольтах кВ.

В настоящее время изготавливаются конденсаторы с номинальными ёмкостями из десятичнологарифмических рядов значений Е3, Е6, Е12, Е24 , то есть на одну декаду приходится 3, 6, 12, 24 значения, так, чтобы значения с соответствующим допуском разбросом перекрывали всю декаду. Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость , характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов.

Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до тысяч микрофарад. Однако существуют конденсаторы ионисторы с ёмкостью до десятков фарад. Эта формула справедлива, лишь когда d намного меньше линейных размеров пластин. Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково.

Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею. Если у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшей площади. При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы, так как от источника питания они поступают только на внешние электроды, а на внутренних электродах они получаются только за счёт разделения зарядов, ранее нейтрализовавших друг друга.

Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна. Эта ёмкость всегда меньше минимальной ёмкости конденсатора, входящего в батарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможность пробоя конденсаторов, так как на каждый конденсатор приходится лишь часть разницы потенциалов источника напряжения.

Если площадь обкладок всех конденсаторов, соединённых последовательно, одинакова, то эти конденсаторы можно представить в виде одного большого конденсатора, между обкладками которого находится стопка из пластин диэлектрика всех составляющих его конденсаторов. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.

Плотность энергии электролитического конденсатора зависит от конструктивного исполнения. Максимальная плотность достигается у больших конденсаторов, где масса корпуса невелика по сравнению с массой обкладок и электролита.

Особенно важен этот параметр при использовании конденсатора в качестве накопителя энергии, с последующим мгновенным её высвобождением, например, в пушке Гаусса. Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. Эксплуатационное напряжение на конденсаторе должно быть не выше номинального. Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком электролитические функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком.

При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения актуально для импульсных устройств.

Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают вышибной предохранительный клапан или выполняют надсечку корпуса часто её можно заметить в виде креста или в форме букв X, K или Т на торце цилиндрического корпуса, иногда, на больших конденсаторах, она покрыта пластиком.

При повышении внутреннего давления вышибается пробка клапана или корпус разрушается по насечке, пары электролита выходят в виде едкого газа и, даже, брызг жидкости. При этом разрушение корпуса конденсатора происходит без взрыва, разбрасывания обкладок и сепаратора. Старые электролитические конденсаторы выпускались в герметичных корпусах и в конструкции их корпусов не предусматривалась взрывобезопасность. Скорость разлёта осколков при взрыве корпуса устаревших конденсаторов может быть достаточной для того, чтобы травмировать человека.

При пробое конденсатора или при его случайной переполюсовке выделившееся при протекании тока тепло инициирует реакцию между данными компонентами, протекающую в виде сильной вспышки с хлопком, что сопровождается разбрасыванием искр и осколков корпуса. Сила такого взрыва довольно велика, особенно у крупных конденсаторов, и способна повредить не только соседние радиоэлементы, но и плату. При тесном расположении нескольких конденсаторов возможен прожог корпусов соседних конденсаторов, что приводит к одновременному взрыву всей группы.

Реальные конденсаторы, помимо ёмкости, обладают также собственными последовательным и параллельным сопротивлением и индуктивностью.

С достаточной для практики точностью, эквивалентную схему реального конденсатора можно представить как показано на рисунке, где все двухполюсники подразумеваются идеальными.

Из-за тока утечки, протекающего через слой диэлектрика между обкладками и по поверхности диэлектрика, предварительно заряженный конденсатор с течением времени теряет заряд саморазряд конденсатора. Часто, в спецификациях на конденсаторы, сопротивление утечки определяют через постоянную времени T саморазряда конденсатора, которая численно равна произведению ёмкости на сопротивление утечки:.

Хорошие конденсаторы с полимерными и керамическими диэлектриками имеют постоянные времени саморазряда достигающие многих сотен тысяч часов. Эквивалентное последовательное сопротивление англ. Equivalent series resistance ; ESR, ЭПС, внутреннее сопротивление обусловлено, главным образом, электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контактов между ними, а также учитывает потери в диэлектрике.

Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор, вследствие поверхностного эффекта. В большинстве практических случаев этим параметром можно пренебречь, но, иногда напр. Некоторые схемы например, стабилизаторы напряжения критичны к диапазону изменения ЭПС конденсаторов в своих цепях. Это связано с тем, что при проектировании таких устройств инженеры учитывают этот параметр в фазочастотной характеристике ФЧХ обратной связи стабилизатора.

Существенное изменение со временем ЭПС применённых конденсаторов изменяет ФЧХ, что может привести к снижению запаса устойчивости контуров авторегулирования, и, даже, к самовозбуждению. Существуют специальные приборы ESR-метр англ. Эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. Результатом этой распределенной паразитной индуктивности является превращение конденсатора в колебательный контур с характерной собственной частотой резонанса.

Эта частота может быть измерена и обычно указывается в параметрах конденсатора либо в явном виде либо в виде рекомендованной максимальной рабочей частоты. Предварительно заряженный конденсатор с течением времени теряет запасённую энергию за счёт тока утечки, протекающего через слой диэлектрика между обкладками. Часто в справочниках на конденсаторы приводится постоянная времени саморазряда конденсатора, численно равная произведению ёмкости на сопротивление утечки. Это время, за которое начальное напряжение на отключенном конденсаторе уменьшится в e раз.

Потери энергии в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках. Тангенс угла потерь определяется отношением активной мощности P а к реактивной P р при синусоидальном напряжении определённой частоты. Термины добротности и тангенса угла потерь применяются также для катушек индуктивности и трансформаторов. ТКЕ определяется так:. Таким образом, изменение ёмкости от температуры при не слишком больших изменениях температуры выражается линейной функцией:.

TKE применяется для характеристики конденсаторов с практически линейной зависимостью ёмкости от температуры. Однако ТКЕ указывается в спецификациях не для всех типов конденсаторов. Для конденсаторов, имеющих существенно нелинейную зависимость ёмкости от температуры и для конденсаторов с большими изменениями ёмкости от воздействия температуры окружающей среды в спецификациях нормируются относительное изменение ёмкости в рабочем диапазоне температур или в виде графика зависимости ёмкости от температуры.

Если заряженный конденсатор быстро разрядить до нулевого напряжения путём подключения низкоомной нагрузки, а затем снять нагрузку и наблюдать за напряжением на выводах конденсатора, то мы увидим, что напряжение на обкладках снова появится как если бы мы разрядили конденсатор не до нуля. Это явление получило название диэлектрическая абсорбция диэлектрическое поглощение.

Конденсатор ведёт себя так, словно параллельно ему подключено множество последовательных RC -цепочек с различной постоянной времени.

Интенсивность проявления этого эффекта зависит в основном от свойств диэлектрика конденсатора. Подобный эффект можно наблюдать практически на всех типах диэлектриков. В электролитических конденсаторах он особенно ярок и является следствием химических реакций между электролитом и обкладками. У конденсаторов с твердым диэлектриком например, керамических и слюдяных эффект связан с остаточной поляризацией диэлектрика.

Эффект зависит от времени зарядки конденсатора, времени закорочения, иногда от температуры. Количественное значение абсорбции принято характеризовать коэффициентом абсорбции , который определяется в стандартных условиях. Особое внимание в связи с эффектом следует уделять измерительным цепям постоянного тока: прецизионным интегрирующим усилителям, устройствам выборки-хранения, некоторым схемам на переключаемых конденсаторах.

Это характерно для конденсаторов с пьезоэлектрическими диэлектриками. Пьезоэффект ведёт к возникновению электрических помех, в устройствах, где использованы такие конденсаторы при воздействии акустического шума или вибрации на конденсатор.

Конденсаторы с металлизированным электродом бумажный и пленочный диэлектрик обладают важным свойством самовосстановления англ. Механизм самовосстановления заключается в отгорании металлизации электрода после локального пробоя диэлектрика посредством микродугового электрического разряда.

Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др. В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения.

Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования.

Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические , пусковые и другие конденсаторы. Буквенная система распространяется на конденсаторы, разработанные до года.

Для упрощения системы обозначений часто первую букву К пропускают, оставляя вторую и последующие [10].

Конденсатор в цепи переменного тока. Емкостное сопротивление конденсатора.

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Правильна ли Специальная теория относительности? Перестал работать Mi band 4 1 ставка. Роботы уничтожат ваши рабочие места?

Срединный узел каждого звена типа с плавающим конденсатором ступени номер i подключен к концу емкостного моста -делителя.

Конденсаторы электролитические 1500 мкФ

Конденсатор — это пассивный элемент, характеризующийся емкостью. Для расчета последней необходимо рассчитать электрическое поле в конденсаторе. Емкость определяется отношением заряда q на обкладках конденсатора к напряжению u между ними. В этом случае зависимость представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат, см. У нелинейных диэлектриков сегнетоэлектриков диэлектрическая проницаемость является функцией напряженности поля, что обусловливает нелинейность зависимости рис. В этом случае без учета явления электрического гистерезиса нелинейный конденсатор характеризуется статической и дифференциальной емкостями. Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Следующая. Поделитесь с друзьями:. Согласно ст. Элементы стратегии выживания человечества Raley to blind — как проходный элемент в мир базовых перехватов!

Электрическая емкость, конденсаторы и емкостные элементы

Соберем цепь с конденсатором , в которой генератор переменного тока создает синусоидальное напряжение. Разберем последовательно, что произойдет в цепи, когда мы замкнем ключ. Начальным будем считать тот момент, когда напряжение генератора равно нулю. Изменение тока и напряжения в цепи с емкостью.

Индуктивно-емкостные фильтры обычно используются с низким напряжением. Контур ёмкостного фильтра запасает энергию во время усиления импульса через нагрузку; он высвобождает сохранённую таким образом энергию, когда импульс начинает угасать.

Емкостный элемент (конденсатор)

Алюминиевый электролитический конденсатор радиального типа — электролитическое накопительное устройство постоянной ёмкости мкФ при напряжении В. Корпус цилиндрический с однонаправленными проволочными гибкими выводами радиального типа radial lead , жесткими выводами лепестковыми snap-in или с выводами под винт screw terminal. Представленные серии конденсаторов имеют полярный тип конструкции. Полярность выводов, краткие технические данные, а также маркировка конденсатора нанесены на корпусе с помощью краски. Наработка при этом составляет не менее ч. Радиальные электролитические конденсаторы широко используются в зарядных устройствах и электроисточниках питания, частотных преобразователях, акустической и бытовой технике.

Конденсатор

Время от времени в интернете начинаются разговоры о том, что электролитические конденсаторы большой емкости, применяемые в фильтрах питания, имеют плохие высокочастотные свойства, и их нужно заменять массивом конденсаторов меньшей емкости. Например, вместо одного конденсатора емкостью мкФ устанавливать 20 конденсаторов емкостью мкФ. Вот так:. Массив конденсаторов, вроде бы эквивалентный одному конденсатору большой емкости. Для начала определимся с частотными свойствами конденсаторов. Я недавно проводил исследования на эту тему но статью про это еще не написал — ждите , поэтому у меня есть результаты и есть что показать. Я не буду здесь описывать методы моих измерений, все будет в статье про конденсаторы. Скажу только, что все измерялось правильно и точно — я хорошо знаю теорию измерений и имею не только огромный опыт в разных электронных измерениях, но и хорошие измерительные приборы.

Трехфазный конденсатор. Свободное поле. После выполнения необходимых техноло- гических операций и прохождения контроля качества емкостные.

Конденсатором называется устройство, служащее для накопления зарядов. На рис. Между обкладками плоского конденсатора электрическое поле будет однородным если не учитывать краевого эффекта с напряженностью см.

Coupling capacitors and capacitor dividers. Part 1. General rules. МКС

Слой оксида на поверхности анода получают методом электрохимического анодирования , что обеспечивает высокую однородность по толщине и диэлектрическим свойствам диэлектрика конденсатора.

Алюминиевые электролитические конденсаторы широко используются в различных электро- и радиотехнических приборах теле-, радио-, аудиоустройствах, стиральных машинах, кондиционерах воздуха и т. Применение на постоянном напряжении с наложенной переменной составляющей пульсирующее напряжение :. Алюминиевый электролитический конденсатор имеет простую конструкцию. Две ленты из конденсаторной бумаги проложены между двумя лентами из специальным образом обработанной алюминиевой фольги и эта комбинация из четырех лент свернута в рулон. Бумага, служащая сепаратором для алюминиевых электродов, пропитана электропроводящим раствором.

Во время работы над разделом о конденсаторах я подумал, что было бы полезно объяснить, почему один тип конденсаторов может быть заменен другим. Это важный вопрос, так как существует множество факторов температурные характеристики, тип корпуса и так далее , которые делают тот или иной тип конденсаторов электролитический, керамический и пр. В статье будут рассмотрены популярные типы конденсаторов, их достоинства и особенности, а также области применения. В каждом разделе помещены ссылки на результаты поисковых запросов для некоторых серий наиболее популярных конденсаторов из каталога компании Терраэлектроника.

4.1 Конденсаторы и емкость – введение в электричество, магнетизм и схемы

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

---

К концу этого раздела вы сможете:

• Объяснить понятия конденсатора и его емкости
• Опишите, как оценить емкость системы проводников

Конденсатор  – это устройство, используемое для хранения электрического заряда и электрической энергии. Он состоит как минимум из двух электрических проводников, разделенных расстоянием. (Обратите внимание, что такие электрические проводники иногда называют «электродами», но правильнее было бы назвать их «пластинами конденсатора».) Пространство между конденсаторами может быть просто вакуумом, и в этом случае конденсатор называется «вакуумный конденсатор». Однако пространство обычно заполняется изоляционным материалом, известным как диэлектрик . (Вы узнаете больше о диэлектриках в разделах, посвященных диэлектрикам, далее в этой главе.) Объем накопления в конденсаторе определяется свойством, называемым емкостью , о котором вы узнаете больше чуть позже в этом разделе.

Конденсаторы

применяются в самых разных областях: от фильтрации статического электричества от радиоприема до накопления энергии в сердечных дефибрилляторах. Как правило, коммерческие конденсаторы имеют две проводящие части, расположенные близко друг к другу, но не соприкасающиеся, как показано на рисунке 4.1.1. В большинстве случаев между двумя пластинами используется диэлектрик. Когда клеммы батареи подключены к изначально незаряженному конденсатору, потенциал батареи перемещает небольшое количество заряда величины  с положительной пластины на отрицательную. Конденсатор в целом остается нейтральным, но с зарядами и , расположенными на противоположных пластинах.

(рис. 4.1.1)  

Рисунок 4.1.1  Оба конденсатора, показанные здесь, были изначально разряжены перед подключением к батарее. У них теперь есть заряды и (соответственно) на их тарелках. (a) Конденсатор с плоскими пластинами состоит из двух пластин противоположного заряда с площадью A, разделенных расстоянием d. (b) Скрученный конденсатор имеет диэлектрический материал между двумя проводящими листами (пластинами).

Система, состоящая из двух одинаковых пластин с параллельными проводниками, находящихся на расстоянии друг от друга, называется плоскопараллельный конденсатор (рисунок 4.1.2). Величина электрического поля в пространстве между параллельными пластинами равна , где обозначает поверхностную плотность заряда на одной пластине (напомним, что это заряд, приходящийся на площадь поверхности). Таким образом, величина поля прямо пропорциональна .

(рис. 4.1.2)  

Рисунок 4.1.2  Разделение зарядов в конденсаторе показывает, что заряды остаются на поверхности пластин конденсатора. Линии электрического поля в конденсаторе с плоскими пластинами начинаются с положительных зарядов и заканчиваются отрицательными зарядами. Величина электрического поля в пространстве между пластинами прямо пропорциональна количеству заряда на конденсаторе.

Конденсаторы с разными физическими характеристиками (такими как форма и размер их пластин) сохраняют разное количество заряда при одном и том же приложенном на их пластинах напряжении. Емкость конденсатора определяется как отношение максимального заряда, который может храниться в конденсаторе, к приложенному напряжению на его пластинах. Другими словами, емкость — это наибольшее количество заряда на вольт, которое может храниться на устройстве:

.

(4.1.1)  

Единицей измерения емкости в системе СИ является  фарад  (), названный в честь Майкла Фарадея  (1791–1867). Поскольку емкость — это заряд на единицу напряжения, один фарад равен одному кулону на один вольт, или

.

   

По определению, конденсатор способен накапливать заряд (очень большое количество заряда), когда разность потенциалов между его пластинами составляет всего . Таким образом, один фарад — это очень большая емкость. Типичные значения емкости варьируются от пикофарад () до миллифарад (), включая микрофарад (). Конденсаторы могут изготавливаться различных форм и размеров (рис. 4.1.3).

(рис. 4.1.3)  

Рисунок 4.1.3  Это некоторые типичные конденсаторы, используемые в электронных устройствах. Размер конденсатора не обязательно связан со значением его емкости.

Расчет емкости

Мы можем рассчитать емкость пары проводников с помощью следующего стандартного подхода.

---

Стратегия решения задач: Расчет емкости

1. Предположим, что конденсатор заряжен.
2. Определите электрическое поле между проводниками. Если в расположении проводников присутствует симметрия, вы можете использовать закон Гаусса для этого расчета.
3. Найти разность потенциалов между проводниками из

   (4.1.2)  

   , где путь интегрирования ведет от одного проводника к другому. Тогда величина разности потенциалов равна .

4. При известном значение емкости можно получить непосредственно из уравнения 4.1.1.

Чтобы показать, как работает эта процедура, мы теперь рассчитаем емкости пластинчатых, сферических и цилиндрических конденсаторов. Во всех случаях мы предполагаем вакуумные конденсаторы (пустые конденсаторы) без диэлектрического вещества в пространстве между проводниками.

Конденсатор с параллельными пластинами

Конденсатор с плоскими пластинами (рисунок 4.1.4) имеет две одинаковые проводящие пластины, каждая из которых имеет площадь поверхности , разделенные расстоянием . Когда к конденсатору прикладывается напряжение, он накапливает заряд, как показано на рисунке. Мы можем видеть, как его емкость может зависеть от  и   , рассматривая характеристики кулоновской силы. Мы знаем, что сила между зарядами увеличивается с увеличением заряда и уменьшается с расстоянием между ними. Следует ожидать, что чем больше пластины, тем больше заряда они могут хранить. Таким образом,   должно быть больше для большего значения . Точно так же, чем ближе пластины друг к другу, тем сильнее притяжение к ним противоположных зарядов. Следовательно,  должно быть больше для меньшего размера .

(рис. 4.1.4)  

Рисунок 4.1.4  В конденсаторе с параллельными пластинами, пластины которого расположены на расстоянии , каждая пластина имеет одинаковую площадь поверхности .

Определим поверхностную плотность заряда на пластинах как

   

Из предыдущих глав мы знаем, что когда мало, электрическое поле между пластинами довольно однородно (без учета краевых эффектов) и что его величина определяется как

   

где константа — это диэлектрическая проницаемость свободного пространства, . Единица СИ эквивалентна . Поскольку электрическое поле между пластинами однородно, разность потенциалов между пластинами равна

.

   

Следовательно, уравнение 4.1.3 дает емкость плоского конденсатора как

(4. 1.3)  

Обратите внимание на то, что из этого уравнения емкость является функцией только геометрии  и того, какой материал заполняет пространство между пластинами (в данном случае вакуум) этого конденсатора. На самом деле это верно не только для плоского конденсатора, но и для всех конденсаторов: емкость не зависит от  или . Если заряд изменяется, соответственно изменяется и потенциал, так что остается постоянным.

ПРИМЕР 4.1.1

---

Емкость и заряд, хранящиеся в плоскопараллельном конденсаторе

(a) Какова емкость пустого плоского конденсатора с металлическими пластинами, каждая из которых имеет площадь , разделенных ? б) Сколько заряда сохраняется в этом конденсаторе, если к нему приложено напряжение ?

Стратегия

Нахождение емкости  является простым применением уравнения 4.1.3. Как только мы найдем , мы можем найти накопленный заряд, используя уравнение 4.1.1.

Решение

а. Ввод заданных значений в уравнение 4.1.3 дает

.

   

Это маленькое значение емкости показывает, насколько сложно сделать устройство с большой емкостью.

б. Инвертирование уравнения 4.1.1 и ввод известных значений в это уравнение дает

   

Значение

Этот заряд лишь немного больше, чем в обычных приложениях статического электричества. Поскольку воздух разрушается (становится проводящим) при напряженности электрического поля около , на этом конденсаторе больше не может накапливаться заряд при увеличении напряжения.

ПРИМЕР 4.1.2

---

A 1-F Конденсатор с параллельными пластинами

Предположим, вы хотите построить плоский конденсатор емкостью . Какую площадь вы должны использовать для каждой тарелки, если тарелки разделены ?

Решение

Преобразовывая уравнение 4.1.3, мы получаем

   

Каждая квадратная пластина должна быть поперечной. Раньше было обычной шуткой просить студента пойти на склад лаборатории и попросить конденсатор с плоскими пластинами, пока обслуживающему персоналу не надоела эта шутка.

ПРОВЕРЬТЕ ВАШЕ ПОНИМАНИЕ 4.1

---

Емкость плоского конденсатора . Если площадь каждой пластины , каково расстояние между пластинами?

ПРОВЕРЬТЕ ВАШЕ ПОНИМАНИЕ 4.2

---

Убедитесь, что  и  имеют одинаковые физические единицы измерения.

Сферический конденсатор

Сферический конденсатор представляет собой еще один набор проводников, емкость которых можно легко определить (рис. 4.1.5). Он состоит из двух концентрических проводящих сферических оболочек радиусов  (внутренняя оболочка) и  (внешняя оболочка). Оболочки заряжены равными и противоположными зарядами  и , соответственно. Из-за симметрии электрическое поле между оболочками направлено радиально наружу. Мы можем получить величину поля, применив закон Гаусса к сферической поверхности Гаусса радиусом r  концентрично с корпусами. Вложенный заряд ; поэтому у нас есть

   

Таким образом, электрическое поле между проводниками равно

   

Подставляем это в уравнение 4. 1.2 и интегрируем по радиальному пути между оболочками:

   

В этом уравнении разность потенциалов между пластинами равна . Подставляем этот результат в уравнение 4.1.1, чтобы найти емкость сферического конденсатора:

(4.1.4)  

(рис. 4.1.5)  

Рисунок 4.1.5  Сферический конденсатор состоит из двух концентрических проводящих сфер. Обратите внимание, что заряды проводника находятся на его поверхности.

ПРИМЕР 4.1.3

---

Емкость изолированной сферы

Рассчитайте емкость одиночной изолированной проводящей сферы радиусом  и сравните ее с уравнением 4.1.4 в пределе как .

Стратегия

Мы предполагаем, что заряд на сфере равен , поэтому мы следуем четырем шагам, описанным ранее. Мы также предполагаем, что другой проводник представляет собой концентрическую полую сферу бесконечного радиуса.

Решение

Электрическое поле снаружи изолированной проводящей сферы определяется уравнением 4. 1.2. Величина разности потенциалов между поверхностью изолированного шара и бесконечностью равна

.

   

Таким образом, емкость изолированного шара равна

   

Значение

Тот же результат можно получить, приняв предел уравнения 4.1.4 за . Таким образом, отдельная изолированная сфера эквивалентна сферическому конденсатору, внешняя оболочка которого имеет бесконечно большой радиус.

ПРОВЕРЬТЕ ВАШЕ ПОНИМАНИЕ 4.3

Радиус внешней сферы сферического конденсатора в пять раз больше радиуса его внутренней оболочки. Каковы размеры этого конденсатора, если его емкость ?

Цилиндрический конденсатор

Цилиндрический конденсатор состоит из двух концентрических проводящих цилиндров (рис. 4.1.6). Внутренний цилиндр радиуса может быть как оболочкой, так и полностью твердым телом. Внешний цилиндр представляет собой оболочку с внутренним радиусом . Мы предполагаем, что длина каждого цилиндра равна и что избыточные заряды и располагаются на внутреннем и внешнем цилиндрах соответственно.

(рис. 4.1.6)  

Рисунок 4.1.6 Цилиндрический конденсатор состоит из двух концентрических проводящих цилиндров. Здесь заряд на внешней поверхности внутреннего цилиндра положительный (обозначен ), а заряд на внутренней поверхности внешнего цилиндра отрицательный (обозначен ).

Без учета краевых эффектов электрическое поле между проводниками направлено радиально наружу от общей оси цилиндров. Используя гауссову поверхность, показанную на рисунке 4.1.6, мы имеем

   

Следовательно, электрическое поле между цилиндрами равно

(4.1.5)  

Здесь \hat{\mathrm{r}} – единичный радиальный вектор вдоль радиуса цилиндра. Мы можем подставить в уравнение 4.1.2 и найти разность потенциалов между цилиндрами:

   

Таким образом, емкость цилиндрического конденсатора равна

(4.1.6)  

Как и в других случаях, эта емкость зависит только от геометрии расположения проводников. Важным применением уравнения 4. 1.6 является определение емкости на единицу длины коаксиальный кабель , который обычно используется для передачи изменяющихся во времени электрических сигналов. Коаксиальный кабель состоит из двух концентрических цилиндрических проводников, разделенных изоляционным материалом. (Здесь мы предполагаем вакуум между проводниками, но физика качественно почти такая же, когда пространство между проводниками заполнено диэлектриком.) Такая конфигурация экранирует электрический сигнал, распространяющийся по внутреннему проводнику, от паразитных электрических полей, внешних по отношению к проводнику. кабель. Ток течет в противоположных направлениях во внутреннем и внешнем проводниках, при этом внешний проводник обычно заземлен. Теперь из уравнения 4.1.6 емкость на единицу длины коаксиального кабеля определяется как

   

В практических приложениях важно выбрать конкретные значения . Этого можно добиться соответствующим выбором радиусов проводников и изоляционного материала между ними.

ПРОВЕРЬТЕ ВАШЕ ПОНИМАНИЕ 4.4

---

Когда цилиндрический конденсатор получает заряд , между цилиндрами измеряется разность потенциалов . а) Чему равна емкость этой системы? б) Чему равно отношение их радиусов, если цилиндры длинные?

На Рисунке 4.1.3 показаны несколько типов конденсаторов. Обычные конденсаторы часто изготавливают из двух небольших кусочков металлической фольги, разделенных двумя небольшими кусочками изоляции (см. Рисунок 4.1.1(b)). Металлическая фольга и изоляция покрыты защитным покрытием, а два металлических вывода используются для подключения фольги к внешней цепи. Некоторыми распространенными изоляционными материалами являются слюда, керамика, бумага и антипригарное покрытие Teflon™.

Другим популярным типом конденсатора является конденсатор емкостью электролитический конденсатор . Он состоит из окисленного металла в токопроводящей пасте. Основным преимуществом электролитического конденсатора является его высокая емкость по сравнению с другими распространенными типами конденсаторов. Например, емкость алюминиевого электролитического конденсатора одного типа может достигать . Однако вы должны быть осторожны при использовании электролитического конденсатора в цепи, потому что он работает правильно только тогда, когда металлическая фольга находится под более высоким потенциалом, чем проводящая паста. Когда возникает обратная поляризация, электролитическое воздействие разрушает оксидную пленку. Этот тип конденсатора нельзя подключить к источнику переменного тока, потому что в половине случаев переменное напряжение будет иметь неправильную полярность, поскольку переменный ток меняет свою полярность (см. Цепи переменного тока в цепях переменного тока).

Переменный воздушный конденсатор (рис. 4.1.7) имеет два набора параллельных пластин. Один набор пластин закреплен (обозначен как «статор»), а другой набор пластин прикреплен к валу, который может вращаться (обозначен как «ротор»). Поворачивая вал, можно изменить площадь поперечного сечения в области нахлеста пластин; следовательно, емкость этой системы может быть настроена на желаемое значение. Конденсаторная настройка находит применение в любом типе радиопередачи и при приеме радиосигналов от электронных устройств. Каждый раз, когда вы настраиваете автомобильный радиоприемник на любимую станцию, подумайте о емкости.

(рис. 4.1.7)  

Рисунок 4.1.7  Емкость воздушного конденсатора переменной емкости можно регулировать, изменяя эффективную площадь пластин. (кредит: модификация работы Робби Спроула)

Символы, показанные на Рисунке 4.1.8 , представляют собой схемы различных типов конденсаторов. Обычно мы используем символ, показанный на Рисунке 4.1.8(а). Символ на Рисунке 4.1.8(c) обозначает конденсатор переменной емкости. Обратите внимание на сходство этих символов с симметрией плоского конденсатора. Электролитический конденсатор представлен символом в части Рис. 4.1.8(b), где изогнутая пластина указывает на отрицательную клемму.

(рис. 4.1.8)  

Рисунок 4.1.8  Это показывает три различных представления схемы конденсаторов. Символ в (а) является наиболее часто используемым. Символ в (b) представляет собой электролитический конденсатор. Символ в (c) представляет собой конденсатор переменной емкости.

Интересный прикладной пример модели конденсатора взят из клеточной биологии и касается электрического потенциала плазматической мембраны живой клетки (рис. 4.1.9). Клеточные мембраны  отделяют клетки от их окружения, но позволяют некоторым выбранным ионам проходить в клетку или из нее. Разность потенциалов на мембране составляет около . Клеточная мембрана может быть слишком толстой. Рассматривая клеточную мембрану как наноразмерный конденсатор, оценка наименьшей напряженности электрического поля на ее «пластинах» дает значение .

Эта величина электрического поля достаточно велика, чтобы создать электрическую искру в воздухе.

(рис. 4.1.9)  

Рисунок 4.1.9  На внутренней поверхности полупроницаемой мембраны биологической клетки концентрация ионов отличается от концентрации ионов на внешней стороне. Диффузия перемещает ионы (калия) и (хлорида) в показанных направлениях до тех пор, пока кулоновская сила не остановит дальнейший перенос. Таким образом, внешняя поверхность мембраны приобретает положительный заряд, а ее внутренняя поверхность приобретает отрицательный заряд, создавая на мембране разность потенциалов. Мембрана в норме непроницаема для (ионов натрия).

ИНТЕРАКТИВНЫЙ

---

Посетите PhET Explorations: Capacitor Lab , чтобы узнать, как работает конденсатор. Измените размер пластин и добавьте диэлектрик, чтобы увидеть влияние на емкость. Измените напряжение и увидите заряды на пластинах. Наблюдайте за электрическим полем в конденсаторе. Измерьте напряжение и электрическое поле.

Цитаты Кандела

Контент под лицензией CC, конкретное указание авторства[email protected]. Получено с : http://cnx.org/contents/[email protected]. Лицензия : CC BY: Attribution

ОШИБКА — 404 — НЕ НАЙДЕНА

• Главная
• Вупси-Дейзи

Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.

Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.

Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?

Набор игл

В наличии

ТОЛ-10405

Избранное

Любимый

10

Список желаний

SparkFun RGB и датчик жестов — APDS-9960

В наличии

SEN-12787

16,50 $

8

Избранное

Любимый

86

Список желаний

Разрыв датчика скорости воздуха SparkFun — FS3000-1005 (Qwiic)

В наличии

SEN-18377

59,95 $

1

Избранное

Любимый

10

Список желаний

Дифференциальный активный пробник InfiniiVision — 70 МГц

Нет в наличии

ТОЛ-20125

Избранное

Любимый

0

Список желаний

Базовая светодиодная анимация с Arduino

15 января 2020 г.