Конденсатор это устройство: Конденсатор — урок. Физика, 9 класс.

Конденсаторы | 8 класс | Физика

Содержание

Если тело обладает некоторым электрическим зарядом, то вокруг него обязательно присутствует электрическое поле. Это поле обладает некоторой энергией — может совершить какую-то работу.

Можно ли как-то накопить эту энергию? Да, такая возможность существует. Для этого используют специальный прибор — конденсатор.

Конденсатор — это устройство, позволяющее накапливать электрические заряды и, соответственно, энергию электрического поля.

На данном уроке вы познакомитесь с устройством этого прибора, его характеристиками и свойствами.

{"questions":[{"content":"Конденсатор — это прибор для[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["накопления энергии электрического поля","измерения энергии электрического поля","регулировки силы тока в цепи"],"explanations":["","","Эту функцию выполняют реостаты."],"answer":[0]}}}]}

Простейший конденсатор и его устройство

Устройство простейшего конденсатора представлено на рисунке 1. Он состоит из двух одинаковых металлический пластин. Эти пластины называются обкладками конденсатора.

Рисунок 1. Устройство простейшего конденсатора

Обкладки расположены на небольшом расстоянии друг от друга. Этот промежуток между ними обязательно должен быть заполнен слоем диэлектрика. В нашем случае таким диэлектриком является обычный воздух.

Такой конденсатор называется плоским (по форме обкладок).

Конденсатор имеет свой условный знак для обозначения на схеме электрической цепи (рисунок 2).

Рисунок 2. Условный знак для обозначения конденсатора на схеме электрической цепи

{"questions":[{"content":"Между обкладками конденсатора обязательно должен присутствовать[[choice-9]]","widgets":{"choice-9":{"type":"choice","options":["слой диэлектрика","проводник","защитный слой"],"answer":[0]}}}]}

Зарядка конденсатора и его способность накапливать заряды

Теперь разберемся, каким же образом мы можем накапливать заряды с помощью конденсатора.

Рассмотрим простой опыт. Возьмем конденсатор, состоящий из двух металлических пластин, расположенных параллельно друг другу, и заряженный аккумулятор.

Две обкладки конденсатора подключим к разным полюсам аккумулятора. На обкладках начнут образовываться электрические заряды (рисунок 3). Они будут равны друг другу, но иметь противоположные знаки.

Рисунок 3. Зарядка конденсатора от аккумулятора

Эти заряды образуют электрическое поле конденсатора. Оно будет сосредоточено между обкладками.

Отключим аккумулятор от конденсатора. Что мы увидим? Заряды, образованные на обкладках, никуда не деваются. Они сохраняются, как и электрическое поле между пластин. Конденсатор заряжен.

Если мы соединим проводником обкладки конденсатора, то увидим, что по нему некоторое время будет течь ток. Значит, заряженный конденсатор является источником тока в электрической цепи.

{"questions":[{"content":"Какой конденсатор может быть источником тока в электрической цепи?[[choice-12]]","widgets":{"choice-12":{"type":"choice","options":["Заряженный","любой","разряженный","Плоский"],"answer":[0]}}}]}

Электроемкость конденсатора

Логично предположить, что разные конденсаторы по-разному будут накапливать заряд. Как охарактеризовать эту способность прибора? Для этого существует специальная величина — электроемкость (или просто емкость) конденсатора.

Чтобы понять смысл этой величины, рассмотрим опыт. Возьмем две металлические пластины и установим их на изолированных подставках друг напротив друга.

Подключим к пластинам электрометр. Этот прибор (рисунок 4) по своему устройству и принципу действия схож с электроскопом. Он позволит нам зафиксировать значения напряжения, которое возникнет между пластинами.

Рисунок 4. Электрометр

Итак, одну из пластин (A) мы соединим проводом со стержнем электрометра, а другую (B) соединим с корпусом прибора (заземлим). Коснемся положительно наэлектризованной стеклянной палочкой внешней стороны пластины A (рисунок 5).

Рисунок 5. Электризация одной пластины конденсатора

Мы сообщили пластине A положительный заряд $+q$. Вокруг этого заряда (пластины A) теперь существует электрическое поле. Под его действием произойдет перераспределение зарядов в пластине B. Отрицательные заряды перейдут на внутреннюю сторону пластины, а положительные — на внешнюю.

Помните, что мы заземлили пластину B? За счет этого на пластину пойдут свободные электроны с земли. Они нейтрализуют положительный заряд на внешней стороне пластины. Таким образом, мы получили на пластине B отрицательный заряд $-q$ (рисунок 6). По величине он равен заряду на другой пластине.

Рисунок 6. Результат электризации пластины конденсатора

Стрелка электрометра отклонилась. Зафиксируем это значение напряжения между пластинами. Далее мы снова сообщим заряд пластине B, равный по величине первому сообщаемому заряду. Потом сообщим третий и четвертый такие же заряды, наблюдая за стрелкой электрометра.

Вы увидите, что при увеличении заряда в 2, 3, 4 раза, соответственно, в 2, 3, 4 раза увеличиваются показания электрометра — напряжение между пластинами. Важно отметить, что отношение заряда к напряжению при этом будет постоянно:
$\frac{q}{U} = \frac{2q}{2U} = \frac{3q}{3U} = \frac{4q}{4U} = const$.

Теперь мы можем дать определение электроемкости конденсатора.

Электроемкость конденсатора — это величина, измеряемая отношением заряда на одной из пластин конденсатора к напряжению между пластинами:
$C = \frac{q}{U}$.

{"questions":[{"content":"Электроемкость конденсатора определяется отношением[[choice-16]]","widgets":{"choice-16":{"type":"choice","options":["заряда к напряжению между обкладками","напряжения между обкладками к заряду","заряда на одной обкладке к заряду на другой"],"explanations":["","","Эти заряды равны, но противоположны друг другу по знаку. За заряд конденсатора мы принимаем численное значение заряда одной из обкладок."],"answer":[0]}}}]}

Единицы измерения электроемкости

В СИ электроемкость измеряется в фарадах ($Ф$).

Электроемкость конденсатора равна единице, если при сообщении ему заряда в $1 \space Кл$ возникает напряжение, равное $1 \space В$ (рисунок 7):
$1 \space Ф = \frac{1 \space Кл}{1 \space В}$. {-12} \space Ф$.

{"questions":[{"content":"Электроемкость измеряется в[[choice-24]]","widgets":{"choice-24":{"type":"choice","options":["фарадах","ньютонах","амперах","ваттах"],"explanations":["","Это единица измерения силы.","Это единица измерения силы тока.","Это единица измерения мощности тока."],"answer":[0]}}}]}

Зависимость электроемкости от площади пластин конденсатора

От чего зависит электроемкость? Начнем с размера пластин.

Зафиксируем полученное в первом опыте с электрометром и конденсатором значение напряжения $U_1$. Теперь возьмем пластины, имеющие большую площадь. Сообщим им точно такой же заряд $q$ (рисунок 9).

Рисунок 9. Зависимость емкости конденсатора от площади его пластин

Мы увидим, что стрелка электрометра отклоняется меньше. Это означает, что напряжение между этими пластинами меньше напряжения между пластинами меньшей площади ($U_1 > U_2$).

Из определения электроемкости:
$C_1 = \frac{q}{U_1}$,
$C_2 = \frac{q}{U_2}$,
$C_2 > C_1$.

Чем больше площадь пластин, тем больше электроемкость конденсатора.

{"questions":[{"content":"Если мы уменьшим площадь обкладок конденсатора, то его электроемкость[[choice-31]]","widgets":{"choice-31":{"type":"choice","options":["уменьшится","увеличится","не изменится"],"answer":[0]}}}]}

Зависимость электроемкости от расстояния между пластинами конденсатора

Снова обратимся к опыту. Теперь изменим расстояние между пластинами — уменьшим его (рисунок 10).

Рисунок 10. Зависимость емкости конденсатора от расстояния между пластинами

Мы увидим, что напряжение между пластинами уменьшилось: $U_2 < U_1$. Значит,
$C_1 = \frac{q}{U_1}$,
$C_2 = \frac{q}{U_2}$,
$C_2 > C_1$.

При уменьшении расстояния между пластинами конденсатора и при неизменном заряде электроемкость конденсатора увеличивается.

{"questions":[{"content":"Один из способов уменьшить емкость конденсатора — это [[choice-34]]","widgets":{"choice-34":{"type":"choice","options":["увеличить расстояние между его обкладками","уменьшить расстояние между его обкладками","увеличить площадь его обкладок"],"answer":[0]}}}]}

Зависимость электроемкости от диэлектрика

Проведем еще один опыт. Зафиксируем значение напряжения между пластинами конденсатора. Затем внесем между ними лист из оргстекла (рисунок 11). Он является диэлектриком.

Рисунок 11. Зависимость емкости конденсатора от диэлектрика

Если раньше диэлектриком между пластинами являлся только воздух, то теперь это и воздух, и лист оргстекла. Напряжение между пластинами уменьшилось: $U_1 > U_2$. Значит,
$C_1 = \frac{q}{U_1}$,
$C_2 = \frac{q}{U_2}$,
$C_2 > C_1$.

При внесении диэлектрика электроемкость конденсатора увеличивается.

{"questions":[{"content":"Если добавить еще один слой диэлектрика между обкладками конденсатора, то его емкость[[choice-37]]","widgets":{"choice-37":{"type":"choice","options":["увеличится","уменьшится","не изменится"],"answer":[0]}}}]}

Виды конденсаторов

Между обкладками конденсатора могут быть помещены разнообразные диэлектрики. В зависимости от природы этого диэлектрика конденсаторы разделяют на несколько видов: с твердым, жидким и газообразным диэлектриком.

Также существует классификация и по форме обкладок. Конденсаторы бывают плоские, цилиндрические, сферические (рисунок 12) и др.

Рисунок 12. Виды конденсаторов по форме обкладок

Конденсаторы бывают с постоянной емкостью и с переменной емкостью. В последних можно регулировать параметры, от которых зависит емкость — ширину пластин и расстояние между ними.

На данный момент существует огромное разнообразие конденсаторов (рисунок 13). Многие из них носят названия, происходящие от названий материалов, составляющих их: слюдяные, керамические, алюминиевые электролитические, танталовые электролитические, конденсаторы на полимерной пленке.

Рисунок 13. Современные конденсаторы

{"questions":[{"content":"Если конденсатор имеет плоские обкладки, параллельные друг другу, его называют[[choice-40]]","widgets":{"choice-40":{"type":"choice","options":["плоским","квадратным","параллельным","прямоугольным"],"answer":[0]}}}]}

Энергия конденсатора и работа его электрического поля

Заряженный конденсатор обладает некоторой энергией. Это легко проверить на опыте. Если мы подключим к конденсатору электрическую лампочку, то она она ярко вспыхнет (рисунок 14). Энергия конденсатора превратилась во внутреннюю энергию нити накаливания лампы и соединительных проводов.

Рисунок 14. Наличие энергии у заряженного конденсатора

Откуда взялась эта энергия? Конденсатор получает ее при зарядке.

Для того, чтобы зарядить конденсатор, нужно совершить работу по разделению отрицательных и положительных зарядов. По закону сохранения энергии совершенная работа A и будет равна энергии конденсатора E:
$A = E$.

Для расчета такой работы электрического поля конденсатора существует  специальная формула. 2}{2}$»,»$A = qU$»],»answer»:[0]}}}]}

Это свойство (накопление энергии и ее быстрая отдача) широко применяется в различных электронных устройствах, в медицинской технике (рентген, устройства для электротерапии), при изготовлении дозиметров, фотосъемке.

Последовательное соединение конденсаторов

В электрической цепи может быть не один, а сразу несколько конденсаторов. Они могут быть соединены как последовательно, так и параллельно.

Рассмотрим первый тип соединения — последовательный (рисунок 15).

Рисунок 15. Последовательное соединение конденсаторов

Обкладки 2 и 3, принадлежащие разным конденсаторам, будут являться отдельной деталью. По закону сохранения заряда, заряды на обкладках 2 и 3 будут равны друг другу по модулю, но противоположны по знаку. Из этого следует, что общий заряд конденсаторов численно будет равен заряду на любой из обкладок конденсаторов.

$q = q_1 = q_2 = … = q_n$

Напряжение на концах участка цепи с последовательно соединенными конденсаторами будет складываться из значения напряжений на каждом конденсаторе.

$U = U_1 + U_2 + … + U_n$

Чтобы получить формулу для общей емкости конденсаторов, последнее равенство нужно разделить на заряд q (любой, так как они равны).

$\frac{1}{C} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + … \frac{1}{C_n}$.

{"questions":[{"content":"Общий заряд последовательно соединенных конденсаторов равен[[choice-49]]","widgets":{"choice-49":{"type":"choice","options":["заряду на любой из обкладок конденсаторов","сумме зарядов на всех обкладках конденсаторов","сумме зарядов на двух обкладках одного конденсатора"],"answer":[0]}}}]}

Параллельное соединение конденсаторов

Параллельное соединение конденсаторов показано на рисунке 16.

Рисунок 16. Параллельное соединение конденсаторов

В этом случае выходы от источника питания будут соединены с каждой обкладкой конденсаторов. Поэтому напряжение на концах такого участка цепи будет равно напряжению между обкладками любого из конденсаторов.

$U = U_1 = U_2 = … = U_n$

Заряды на обкладках будут суммироваться.

$q = q_1 + q_2 + … + q_n$

Разделим это равенство на значение напряжения и получим формулу для электроемкости параллельно соединенных конденсаторов.

$C = C_1 + C_2 + … + C_n$

{"questions":[{"content":"Напряжение на концах участка цепи с параллельно соединенными конденсаторами равно[[choice-54]]","widgets":{"choice-54":{"type":"choice","options":["напряжению между обкладками любого из конденсаторов","сумме напряжений между обкладками всех конденсаторов","напряжению на полюсах источника тока"],"answer":[0]}}}]}

Первый конденсатор — лейденская банка

Лейденская банка официально является первым конденсатором. Изобретение ее относится к 1745 году. Существует множество версий о том, кто же именно должен считаться изобретателем этого прибора, но официально авторство принадлежит Питеру ван Мушенбруку и его студенту Андреасу Кунэусу.

В ранней версии лейденская банка была на часть заполнена водой, которая выступала в роли обкладки (рисунок 17). Второй обкладкой являлась рука, держащая банку. После зарядки этого приспособления Андреас Кунэус испытал сильный удар током, коснувшись до верха металлического стержня.

Рисунок 17. Ранняя версия лейденской банки

Более поздняя и более распространенная версия этого незамысловатого прибора представляет собой сосуд из стекла с широким горлом, снаружи покрытый листом из фольги (рисунок 18). Фольга также находится и внутри банки. Через пробку в этот сосуд вставляется металлический стержень. Он должен касаться фольги внутри банки.

Рисунок 18. Лейденская банка с обкладками из фольги

Таким образом, фольга внутри и фольга снаружи становятся своеобразными обкладками. При подключении к источнику тока на них накапливается электрический заряд.

Внимание! Лейденская банка не является безопасным инструментом в электротехнике! Разряд такого конденсатора может оказаться смертельным  или привести к серьезным физическим повреждениям. Будьте аккуратны при использовании данного прибора: не следует пытаться разрядить лейденскую банку, взявшись за нее голыми руками.

{"questions":[{"content":"У лейденской банки, изображенной на рисунке 18, обкладками являются[[choice-57]]","widgets":{"choice-57":{"type":"choice","options":["слой фольги снаружи и слой фольги внутри банки","металлический стержень и слой фольги снаружи банки","Пробка и стеклянный сосуд"],"answer":[0]}}}]}

Как изготовить лейденскую банку своими руками? Возьмите пластиковую банку с крышкой (из-под кофе, витаминов). Внешнюю сторону банки на $\frac{2}{3}$ обклейте фольгой. Далее или налейте в банку соленую воду, или обклейте изнутри фольгой. Затем закройте крышку и проткните ее достаточно длинным гвоздем, чтобы он касался внутренней обкладки (воды или фольги). После зарядки такая банка представляет собой заряженный конденсатор.

Упражнения

Упражнение №1

Пластины плоского конденсатора подсоединяют к источнику напряжения в $220 \space В$. 6 \space В$.

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

Тягучее и хрустящее одновременно: фигурное сахарное печенье к зимним праздникам

Как ухаживают за руками зимой женщины северных стран: скандинавские секреты

Самое модное окрашивание 2023 года — «волосы-близнецы»: идеи с фото

Гоголь-моголь и пюре: праздничные блюда, сильнее других повышающие холестерин

Будет много нового: трендовые тенденции в уходе за кожей на 2023 год

Какие ошибки мы совершаем при выпечке открытого пирога и чего надо избегать

Контраст цветов: шарф – идеальный способ «раскачать» любой зимний образ

Красный — самый выигрышный цвет: примеры эффектного новогоднего макияжа

Новогодние ароматы в квартире. Как создать праздничный запах

Поставьте ароматизатор с корицей: новогодние ритуалы, приносящие любовь и деньги







Автор Замесина Кристина
April 22, 2015




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

Что такое конденсатор

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

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

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

Емкость конденсатора

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

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

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

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

Напряжение конденсатора

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

Допуски конденсаторов

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

Виды конденсаторов

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

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

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

Особенности плоского конденсатора

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

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

Правильный заряд конденсатора

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

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

Зачем нужен контур конденсатора

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

Заключение

Конденсатор – это пассивное устройство в электрической цепи, которое используется в качестве емкости для хранения электричества. Чтобы средство для накопления энергии в электрических цепях, именуемое конденсатором, проработало долго, нужно следовать указанным условиям, которые прописаны на корпусе устройства. Область применения широкая. Используют конденсаторы в радиоэлектронике и различной аппаратуре. Подразделяются устройства на много разных видов и выпускаются многообразной конструкцией. Конденсаторы могут соединяться двумя видами: параллельным и последовательным. Также на корпусе устройства есть информация о емкости, напряжении, допуске и его типе. Стоит запомнить, что при подключении конденсатора стоит соблюдать полярность. В противном случае устройство быстро выйдет из строя.







Похожие статьи

• Для чего нужен конденсатор в электронике?
• Конденсатор пленочный: что это, и каковы его типы?
• Что такое емкость конденсатора?
• Танталовые конденсаторы: что это?
• Типы конденсаторов, их характеристики и назначение
• Как подобрать конденсатор для запуска электродвигателя?
• Маркировка конденсаторов: описание, виды


Также читайте

Конденсатор — Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск


Рис. 1. Схема конденсатора, включающего две параллельные пластины с площадью поверхности A и расстоянием между ними d. Хотя не все конденсаторы имеют такую ​​форму, их часто считают таковыми, поскольку это самая простая геометрия.

Рис. 2. Анимация из имитации PhET батареи, заряжающей конденсатор до тех пор, пока ток не перестанет течь по цепи. ^[1]

Конденсатор — это электронное устройство, накапливающее заряд и энергию. Конденсаторы могут отдавать энергию намного быстрее, чем батареи, что приводит к гораздо более высокой плотности мощности, чем батареи с таким же количеством энергии. Исследования конденсаторов продолжаются, чтобы выяснить, можно ли их использовать для хранения электроэнергии для электрической сети. В то время как конденсаторы — это старая технология, суперконденсаторы — это новый поворот в этой технологии.

Конденсаторы — это простые устройства, состоящие из двух проводников с одинаковыми, но противоположными зарядами. Простой конденсатор с плоскими пластинами состоит из двух металлических пластин одинакового размера, известных как электроды, разделенных изолятором, известным как диэлектрик, и удерживаемых параллельно друг другу. Затем конденсатор включается в электрическую цепь. В простой цепи постоянного тока каждая пластина конденсатора со временем становится противоположно заряженной из-за прохождения электрического тока по цепи. Аккумулятор направляет заряд в одном направлении, так что одна пластина становится положительно заряженной, а другая — отрицательной. Это создает электрическое поле из-за накопления одинаковых и противоположных зарядов, что приводит к разности потенциалов или напряжению между пластинами. Поскольку емкость пластин постоянна, напряжение между пластинами пропорционально увеличивается. По мере увеличения заряда на каждой пластине напряжение между пластинами становится равным напряжению батареи, и в этот момент ток больше не будет течь по цепи. ^[2] Этот эффект зарядки и разрядки можно увидеть на рис. 2. Ток может возобновиться, если открыть альтернативный путь, чтобы конденсаторы могли разряжаться самостоятельно, или с помощью переменного тока, чтобы конденсатор периодически заряжался и разряжался.

Важным параметром конденсатора является емкость, мера способности объекта накапливать заряд. Есть два основных способа расчета емкости, используя либо физическую площадь пластин, либо напряжение, приложенное к пластинам.
92} {2}[/math]

• [math]\Delta V[/math] напряжение между пластинами, измеренное в вольтах (В)
• [math]C[/math] — емкость конденсатора, измеренная в фарадах (Ф)
• [math]E[/math] энергия, запасенная в конденсаторе, измеряемая в джоулях (Дж) .

  В качестве альтернативы в конденсатор можно добавить диэлектрик. Диэлектрик представляет собой изолятор, помещенный между электродами. Это увеличивает емкость конденсатора без необходимости изменения его размеров. Это позволяет конденсатору хранить больше энергии, оставаясь при этом небольшим. Степень увеличения зависит от материала, используемого для диэлектрика. ^[3]

  Использование

  Конденсаторы не обладают такой высокой плотностью энергии, как аккумуляторы, а это означает, что конденсатор не может хранить столько же энергии, сколько аккумулятор сравнимого размера. Тем не менее, более высокая мощность конденсаторов означает, что они хороши для приложений, требующих хранения небольшого количества энергии, а затем очень быстрого ее высвобождения. 9Гоночные автомобили 0066 Le Mans Prototype используют конденсаторы для питания электродвигателей передних колес. Эти конденсаторы заряжаются за счет рекуперативного торможения и обеспечивают полный привод и дополнительную мощность при выходе из поворотов. ^[4]

  Конденсаторы также используются во многих электронных устройствах, для которых требуется батарея. Этот конденсатор накапливает энергию, чтобы предотвратить потерю памяти при замене батареи. Распространенный (хотя и не обязательно широко известный) пример — зарядка вспышки фотокамеры. Вот почему нельзя сделать два снимка со вспышкой в ​​быстрой последовательности; конденсатор должен накапливать энергию от батареи. ^[5]

  Кроме того, конденсаторы играют ключевую роль во многих практических цепях, прежде всего в качестве стабилизаторов тока и компонентов, помогающих преобразовать переменный ток в постоянный в адаптерах переменного тока. Их можно использовать таким образом из-за того, что конденсаторы устойчивы к внезапным изменениям напряжения, а это означает, что они могут действовать как буфер для хранения и отвода электроэнергии для поддержания стабильного выходного тока. ^[6] Таким образом, конденсатор способен стабилизировать переменный ток благодаря своей способности удерживать и отдавать электрическую энергию в разное время.

  Поскольку конденсаторы хранят энергию в электрических полях, некоторые исследователи работают над созданием суперконденсаторов, чтобы помочь с хранением энергии. Это может оказаться полезным при транспортировке энергии или для хранения и высвобождения энергии из непостоянных источников, таких как энергия ветра и солнца.

  Моделирование Phet

  Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующее моделирование Phet. Исследуйте эту симуляцию, чтобы увидеть, как потенциальная энергия гравитации и потенциальная энергия пружины перемещаются вперед и назад и создают изменяющееся количество кинетической энергии (подсказка: нажмите показать энергию до подвешивания массы):

  Ссылки

  1. ↑ Университет Колорадо. (25 апреля 2015 г.). Набор для сборки схемы [Онлайн]. Доступно: http://phet.colorado.edu/sims/circuit-construction-kit/circuit-construction-kit-ac_en.jnlp
  2. ↑ Гиперфизика. (25 апреля 2015 г.). Конденсаторы [Онлайн]. Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/capac.html
  3. ↑ Р. Д. Найт, «Потенциал и поле», в Физика для ученых и инженеров: стратегический подход, , 2-е изд. Сан-Франциско: Пирсон Аддисон-Уэсли, 2008 г., гл. 30, с. 5, стр. 922-932.
  4. ↑ «Суперконденсаторы берут верх в Германии», Филип Болл, бюллетень MRS, том 37, выпуск 09, 2012 г., стр. 802–803.
  5. ↑ (2014, 27 июня). Как работают вспышки камеры [Онлайн]. Доступно: http://electronics.howstuffworks.com/camera-flash.htm
  6. ↑ Искра. (25 апреля 2015 г.). Конденсаторы [Онлайн]. Доступно: https://learn.sparkfun.com/tutorials/capacitors

  Основная электроника: Что такое емкость?

  Конденсатор представляет собой устройство, способное накапливать электрический заряд.

  Емкость — это мера количества электрического заряда, который может хранить конденсатор. Электрический ток – это движение электронов. Все содержит электроны, но если они не движутся, это не электрический ток. Неважно, что тот же самый электрон, покидающий источник напряжения, действительно «выполняет работу», пока …

  Автор Wendell S. Rice, инженер по приборам и системам управления, Parsons Infrastructure & Technology, Пасадена, Калифорния, январь 10, 2004

  Конденсатор — это устройство, способное накапливать электрический заряд. Емкость — это мера количества электрического заряда, который может хранить конденсатор.

  Электрический ток — это движение электронов. Все содержит электроны, но если они не движутся, это не электрический ток. Неважно, что тот же самый электрон, покидающий источник напряжения, действительно «выполняет работу», пока он заставляет двигаться какой-то другой электрон.

  Проще говоря, конденсатор — это два проводника, находящихся в непосредственной близости, но электрически не связанных. Материал, называемый диэлектриком, изолирует проводники. Если один проводник подключен к источнику электронов, например к отрицательному полюсу батареи, эти электроны могут собираться на этом проводнике. Если другой проводник находится очень близко к первому, поверхностные электроны на нем отталкиваются, потому что одноименные заряды отталкиваются друг от друга, придавая второму проводнику положительный заряд. Если цепь замыкается подключением второго проводника к положительному полюсу той же батареи, отталкиваемые электроны могут течь обратно в батарею. В результате повышенный положительный заряд на втором проводнике притягивает больше электронов к поверхности первого проводника, вытягивая их из батареи. В цепи течет ток, хотя электроны не пересекают диэлектрик конденсатора (рис. 1).

  После замыкания цепи на мгновение течет ток — до тех пор, пока первый проводник не соберет все электроны, которые он может удержать. Если это небольшой проводник, он не может удерживать очень много электронов; его способность удерживать заряд — или емкость — невелика. Формирование обоих проводников в виде пластин увеличивает площадь поверхности внутри конденсатора. Чем больше эти пластины, тем дольше будет течь ток, пока они не заполнятся, потому что на них может быть собрано больше электронов. Их способность удерживать заряд выше.

  Чем ближе эти пластины друг к другу, тем большее влияние электроны на первой пластине будут оказывать на электроны второй пластины. Отрицательный заряд на первой пластине отталкивает больше электронов от второй пластины, придавая второй пластине более высокий положительный заряд. Кроме того, способность удерживать заряд выше, когда пластины расположены ближе друг к другу, как и в случае с более крупными пластинами. И наоборот, разделение пластин уменьшает емкость.

  Чтобы увеличить емкость, пластины должны быть как можно больше и как можно ближе друг к другу, помня, что они не должны электрически соприкасаться. Если они соприкасаются, это как дыра в плотине. Весь заряд, накопленный на первой пластине, стекает на вторую пластину, и в итоге мы получаем причудливую проволоку. Часто пластины изготавливаются из листов фольги, а изолятором может быть какой-либо тонкий пластик, например майлар. Если эти материалы свернуть в трубку, большая площадь поверхности может содержаться в относительно небольшом объеме. Чем выше напряжение, используемое для создания заряда, тем больше вероятность возникновения дуги, вызывающей короткое замыкание. По этой причине конденсаторы более высокого напряжения должны иметь более толстую изоляцию и, соответственно, большие физические размеры.

  Количественная оценка емкости

  Емкость измеряется в фарадах (Ф). Конденсатор 1-Ф будет иметь 1 вольт (В) на своих пластинах, когда он заряжен электричеством в 1 кулон. Кулон — это количество электрического заряда, которое проходит через любое поперечное сечение проводника за 1 секунду при подаче силы тока в 1 ампер (А). Это составляет примерно 6,25 квинтиллионов, или 6,25 х 1018 электронов. Чтобы представить эти абстрактные величины в реальной перспективе, 1 Кулон — это примерно количество электричества, которое проходит через автомобильную лампочку мощностью 12 Вт за 1 секунду.

  Пятьдесят лет назад конденсатор 1-Ф был физически слишком большим, чтобы его можно было использовать, из-за доступных материалов и высокого напряжения, необходимого в современных цепях. Спекуляции и преувеличения относительно размера конденсатора 1-F варьировались от размера банки с тунцом до куба размером с городской квартал, в зависимости от номинального напряжения. Сегодня, с новыми диэлектрическими материалами и снижением требований к напряжению, полезный конденсатор 1-F может быть меньше, чем батарея C-элемента.

  Конденсаторы параллельно увеличивают эффективную площадь пластин и увеличивают общую емкость (рис. 2). Однако последовательные конденсаторы эффективно отдаляют пластины друг от друга и уменьшают способность удерживать заряд (рис. 3).

  Конденсаторы в цепях переменного тока

  В цепях постоянного тока ток течет до тех пор, пока пластины конденсатора не зарядятся полностью. Если изменить полярность батареи, электроны перейдут на другую сторону конденсатора, и в течение некоторого времени снова будет течь ток. Это то, что происходит с конденсатором в цепи переменного тока. Каждый раз, когда меняется полярность источника напряжения, ток меняется на противоположный. Если полярность меняется достаточно быстро, на протекание тока практически не влияет наличие конденсатора в цепи. Это порождает мнение, что конденсаторы блокируют постоянный ток, но пропускают переменный. Это в основном верно для более высоких значений частоты и емкости.

  При любой частоте ток протекает в емкостной цепи только до тех пор, пока пластины конденсатора не будут полностью заряжены; это зарядный ток, который течет. Когда пластины насыщаются электронами, ток прекращается. В цепи постоянного тока, очевидно, частота равна нулю. По мере зарядки конденсатора поток электронов уменьшается. Противодействие потоку тока, или импеданс, находится на самом высоком уровне.

  С увеличением частоты переполюсовка происходит чаще, поэтому зарядка пластин происходит за меньшее время. Если частота достаточно высока, количество времени для зарядки и, следовательно, количество электронов, собранных на пластине, настолько мало, что почти полный ток течет в течение всего периода, потому что пластины никогда не заряжаются полностью. Теоретически конденсатор на этой частоте имеет такое низкое значение импеданса, что фактически его даже нет. Точно так же, если значение емкости достаточно велико, способность удерживать электроны настолько высока, что пластины никогда не заряжаются полностью. Опять же, в течение всего периода протекает почти полный ток, а импеданс настолько низок, что конденсатор фактически находится вне цепи.

  Резюме

  Зная это, правила использования конденсаторов таковы:

  • Параллельное соединение конденсаторов увеличивает площадь пластин, позволяет удерживать более высокий заряд и увеличивает емкость.

  • Последовательное соединение конденсаторов увеличивает эффективное расстояние между пластинами, уменьшает влияние одной пластины на другую и уменьшает емкость.

  • Чем выше емкость, тем больше времени требуется для зарядки конденсатора и тем ниже импеданс.

  • Чем выше частота, тем меньше время зарядки и меньше импеданс.

  • Конденсаторы используются в электронных схемах, промышленном оборудовании и системах управления питанием. Они помогают обеспечить плавный постоянный ток с низкой пульсацией при использовании в источниках питания. Они помогают устранить нежелательные сигналы в аналоговых и цифровых схемах. Они обеспечивают частотно-зависимую работу многих электронных схем. Конденсаторы часто используются для коррекции коэффициента мощности, подавления гармоник и других улучшений качества электроэнергии.

    Информация об авторе

    Венделл Райс, инженер по КИПиА, Parsons Infrastructure & Technology, Пасадена, Калифорния, работает инженером по системам управления более 25 лет. С ним можно связаться по телефону 765-245-5357 или [email protected]. Райс в настоящее время назначена на проект в Ньюпорте, штат Индиана, чтобы обеспечить поддержку программы армии США по нейтрализации химического оружия. Опубликовано 05.02.2023 в Разное от admin Метки: Комментарии Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт