Конденсатор – для новичков в радиоделе. Что влияет на емкость конденсатораЧто такое емкость конденсатора? :: SYL.ruКонденсатор является одной из самых важных частей любой мало-мальски сложной схемы. Наибольшую ценность для нас представляет его емкость. Что это такое? Как она измеряется? Какие есть нюансы? Эти, а также и другие вопросы будут рассмотрены в рамках статьи. Это название характеристики проводника, которая обозначает возможность накопления электрического заряда. В теории электрических цепей так называют взаимную ёмкость, существующую между двумя разными проводниками. Она определяется как соотношение размера заряда к разности потенциалов между ними. Измерение емкостиМеждународная система единиц для обозначения использует фарады, а СГС – сантиметры. Одиночный проводник имеет ёмкость, которая равна отношению заряда к потенциалу. При этом считается, что все другие подобные устройства находятся на бесконечном расстоянии и что их потенциал равен нулю. Что такое конденсатор?Это двухполюсник, обладающий переменным или определенным значением ёмкости и малой проводимостью. Данное устройство может копить заряд и энергию электрического поля. Конденсатор относится к пассивным электронным компонентам. Его примитивная конструкция может иметь два электрода, выполненных в форме пластин, которые разделены диэлектриком. Последний имеет малую толщину (если сравнивать его с обкладками). Но на практике широкое распространение нашли устройства, которые обладают многослойными диэлектриками и электродами. Они могут быть выполнены в виде ленты, где чередуются обе части, или сворачиваются в параллелепипед, у которого скруглены четыре ребра, или цилиндр. ЁмкостьДавайте более детально рассмотрим этот параметр. Напомню, что он характеризирует возможность накапливания конденсатором электрического заряда. На приборы всегда наносят номинальную ёмкость. А вот реальная может сильно варьироваться в зависимости от многих факторов. Данный показатель говорит о реальных электрических свойствах. Он может быть размером как в несколько единиц пикофарад, так и в тысячи микрофарад. Отдельный класс конденсаторов (ионисторы) могут похвастаться значениями вообще в несколько фарад. Отдельного внимания заслуживает каждый тип, но в конце будет рассмотрен только плоский как пример реализации. Чтобы получить большую емкость, чем есть в наличных конденсаторах, их соединяют параллельно. Напряжение между обкладками у них всегда одинаковое. Чтобы получить ёмкость батареи, необходимо просуммировать характеристики каждого из конденсаторов. Если устройства, расположенные параллельно, имеют ещё и одинаковое расстояние между своими обкладками, и их диэлектрики действуют по одному принципу, то они все рассматриваются как одно целое. Для достижения одинаковых зарядов необходимо устройства соединять последовательно. В таких случаях емкость будет всегда меньше, чем у конденсатора с минимальным значением. Но и возможность пробоя значительно уменьшается благодаря тому, что на одно устройство приходится только часть потенциала источника напряжения. При одинаковой площади обкладок все конденсаторы представляются в виде одного большого прибора. Удельная ёмкостьЭто соотношение ёмкости к массе или объему диэлектрика. Чем он тоньше, тем выше будет показатель. Негативной стороной повышения удельной ёмкости является то, что возрастают риски пробоя. Плотность энергииОна зависит от особенностей конструктивного исполнения электролитического конденсатора. Максимальная плотность бывает исключительно у больших конденсаторов. Это возможно благодаря тому, что масса корпуса является небольшой сравнительно с весом электролита и обкладок. Давайте рассмотрим конденсатор EPCOS B4345. Он обладает емкостью в 12 000 мкФ. Максимально допустимое напряжение составляет 450 В. А общая масса равняется 1 килограмму и 900 граммам! При этом плотность энергии достигает показателя в 639 (845) Дж/кг (Дж/л). Где же могут найти себе применение конденсаторы с такими характеристиками? Иметь параметры указанного размера нужно там, где устройство необходимо использовать как накопитель энергии, чтобы в последующем резко её освободить. Пример использования – пушка Гаусса. Емкость плоского конденсатораКак и было обещано ранее, сейчас рассмотрим пример. Для начала давайте ознакомимся с одной небольшой формулой: ЕПК=ДП*ЭП*П/Р, где
Давайте подведём итог уравнения. Из преведенной выше формулы можно сделать заключение, что емкость у плоских конденсатором напрямую зависит от размера устройства, его формы, а также диэлектрической проницаемости. Учтобы создать прибор с большей характеристикой, необходимо будет сделать два действия:
Опасность разрушенияВзрывом электролитического конденсатора опытного практика удивить сложно. В качестве причины выхода из строя чаще всего называют перегрев устройства, который происходит из-за утечки или увеличения последовательного эквивалентного сопротивления. В повседневной жизни часто с таким встречаются владельцы компьютеров, у которых конденсаторы находятся около источников повышенного тепловыделения (в роли которых часто выступают радиаторы охлаждения). Чтобы избежать повреждения других деталей, а также травматизма, во многих моделях имеется вышибной предохранительный клапан. Также может быть нанесена насечка корпуса. Когда происходит повышение внутреннего давления, то пробой совершается, как правило, в помеченном месте. Это из-за того, что вырваться в данной точке энергии значительно легче. При этом обычно обходится без взрыва. Применение на практикеКакую особенность имеет емкость конденсатора на практике? Она необходима в случаях, когда необходимо выбросить значительное количество энергии. В видимом для нас спектре их практическое применение обычно является незаметным. Но всё же можно убедится, что всё именно так. Примером этого являются случаи, когда емкость конденсатора используется в рельсотронах или других подобных устройствах. Главное в них – высвободить за доли секунд значительные объемы энергии, которые при этом будут двигаться в направлении, указанном человеком. ЗаключениеВот и закончен обзор ёмкости конденсатора – самого важного параметра данного устройства. Чем большая ёмкость конденсатора используется, тем осторожнее требуется работать с ним на практике. Так, старые устройства, которые изготавливались в герметичных оболочках, при внезапном выходе из строя могут нанести значительные повреждения человеку. Подобные замечания можно высказать и относительно дешевых конденсаторов, которые привозят к нам из Китая. www.syl.ru 3. Факторы, влияющие на емкость конденсатора | 12. Конденсаторы | Часть1Факторы, влияющие на емкость конденсатора На емкость конденсатора влияют три основных фактора. ПЛОЩАДЬ ПЛАСТИН: При прочих равных условиях, большая площадь пластин даст большую ёмкость, а меньшая - меньшую. Объяснение: большая площадь пластин приводит к увеличению заряда, накапливаемого на пластинах для данного электрического поля (напряжения между пластинами).
РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ПЛАСТИНАМИ: При прочих равных условиях, большее расстояние дает меньшую емкость и наоборот. Объяснение: меньшее расстояние создает большую силу поля (напряжение, деленное на расстояние между пластинами), что приводит к накоплению большего заряда для любого заданного напряжения.
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ: При прочих равных условиях, материал с большей относительной диэлектрической проницаемостью дает большую емкость и наоборот. Объяснение: некоторые материалы меньше сопротивляются интенсивности поля при любом заданном напряжении, а следовательно, накапливают больший заряд.
Относительная диэлектрическая проницаемость характеризует проницаемость материала в сравнении с чистым вакуумом. Чем больше число, тем больше диэлектрическая проницаемость материала. Относительная диэлектрическая проницаемость стекла, например, в семь раз выше относительной диэлектрической проницаемости вакуума. Это позволяет создать интенсивность поля в семь раз большую, чем у вакуума, при прочих равных условиях. Ниже приведена таблица относительной диэлектрической проницаемости наиболее распространенных материалов:
Приблизительная емкость для любой пары разделенных проводников может быть найдена с помощью следующей формулы:
Конденсатор можно сделать переменным, если изменяемым будет любой из факторов, влияющих на его емкость. Наиболее легко изменяемым фактором является площадь пластин. Следующие фотографии показывают пример переменного конденсатора, который состоит из набора чередующихся металлических пластин, и использующий воздушный зазор в качестве диэлектрического материала:
www.radiomexanik.spb.ru
www.eduspb.com КонденсаторыЭлектрическая емкость При сообщении проводнику заряда на его поверхности появляется потенциал φ, но если этот же заряд сообщить другому проводнику, то потенциал будет другой. Это зависит от геометрических параметров проводника. Но в любом случае потенциал φ пропорционален заряду q.
Коэффициент пропорциональности С называют электроемкостью – физическая величина, численно равная заряду, который необходимо сообщить проводнику для того, чтобы изменить его потенциал на единицу.
Единица измерения емкости в СИ – фарада. 1 Ф = 1Кл/1В. Если потенциал поверхности шара
то
По этой формуле можно рассчитать емкость Земли. Если диэлектрическая проницаемость среды ε = 1 (воздух, вакуум) и то имеем, что CЗ = 7·10–4 Ф или 700 мкФ. Чаще на практике используют более мелкие единицы емкости: 1 нФ (нанофарада) = 10–9 Ф и 1пкФ (пикофарада) = 10–12 Ф. Необходимость в устройствах, накапливающих заряд, есть, а уединенные проводники обладают малой емкостью. Опытным путем было обнаружено, что электроемкость проводника увеличивается, если к нему поднести другой проводник – за счет явления электростатической индукции. Конденсатор – это два проводника, называемые обкладками, расположенные близко друг к другу. Конструкция такова, что внешние, окружающие конденсатор тела, не оказывают влияние на его электроемкость. Это будет выполняться, если электростатическое поле будет сосредоточено внутри конденсатора, между обкладками. Конденсаторы бывают плоские, цилиндрические и сферические. Так как электростатическое поле находится внутри конденсатора, то линии электрического смещения начинаются на положительной обкладке, заканчиваются на отрицательной, и никуда не исчезают. Следовательно, заряды на обкладках противоположны по знаку, но одинаковы по величине. Емкость конденсатора равна отношению заряда к разности потенциалов между обкладками конденсатора:
Помимо емкости каждый конденсатор характеризуется Uраб (или Uпр.) – максимальное допустимое напряжение, выше которого происходит пробой между обкладками конденсатора. Соединение конденсаторов Емкостные батареи – комбинации параллельных и последовательных соединений конденсаторов. 1) Параллельное соединение конденсаторов (рис. 5.9): Рис. 5.9 В данном случае общим является напряжение U: . Суммарный заряд: Результирующая емкость: Сравните с параллельным соединением сопротивлений R: . Таким образом, при параллельном соединении конденсаторов суммарная емкость . Общая емкость больше самой большой емкости, входящей в батарею. 2) Последовательное соединение конденсаторов (рис. 5.10): Общим является заряд q. Рис. 5.10 или , отсюда
Сравните с последовательным соединением R: Таким образом, при последовательном соединении конденсаторов общая емкость меньше самой маленькой емкости, входящей в батарею: Расчет емкостей различных конденсаторов 1. Емкость плоского конденсатора Напряженность поля внутри конденсатора (рис. 5.11): Рис. 5.11 Напряжение между обкладками: где – расстояние между пластинами. Так как заряд , то
Как видно из формулы, диэлектрическая проницаемость вещества очень сильно влияет на емкость конденсатора. Это можно увидеть и экспериментально: заряжаем электроскоп, подносим к нему металлическую пластину – получили конденсатор (за счет электростатической индукции, потенциал увеличился). Если внести между пластинами диэлектрик с ε, больше, чем у воздуха, то емкость конденсатора увеличится. Из (5.4.6) можно получить единицы измерения ε0:
. 2. Емкость цилиндрического конденсатора Разность потенциалов между обкладками цилиндрического конденсатора, изображенного на рисунке 5.12, может быть рассчитана по формуле: где λ – линейная плотность заряда,R1 иR2 – радиусы цилиндрических обкладок,l– длина конденсатора, . Рис. 5.12 Тогда, так как , получим
Понятно, что зазор между обкладками мал: то есть Тогда
3. Емкость шарового конденсатора (рис. 5.13) Рис. 5.13 Из п. 3.6 мы знаем, что разность потенциала между обкладками равна: Тогда, так как , получим . Это емкость шарового конденсатора, где R1 и R2 – радиусы шаров. В шаровом конденсаторе – расстояние между обкладками. Тогда
Таким образом, емкость шарового конденсатора с достаточной степенью точности можно рассчитать так же, как и емкость плоского, и цилиндрического конденсаторов. ens.tpu.ru что такое конденсатор и для чего нужен, типы и виды, расчётЭлектрический конденсатор — один из элементов электрической цепи любого электронного устройства, основной функцией которого является запасание энергии с последующей отдачей ее обратно в цепь. Промышленность предлагает широкое разнообразие конденсаторов, различающихся по типам, емкости, размерам, применению.
Принцип работы и характеристики конденсаторовУстройство конденсатора представляет собой две металлические пластинки-обкладки, разделенные тонким слоем диэлектрика. Соотношение размеров и расположения обкладок и характеристика материала диэлектрика определяет показатель емкости. Разработка конструкции любого типа конденсатора преследует целью получение максимальной емкости в расчете на минимальные размеры для экономии пространства на печатной плате устройства. Одна из наиболее популярных по внешнему виду форм — в виде бочонка, внутри которого скручены металлические обкладки с диэлектриком между ними. Первый конденсатор, изобретенный в городе Лейдене (Нидерланды) в 1745 году, получил название «Лейденской банки». Принципом работы компонента является способность заряжаться и разряжаться. Зарядка возможна благодаря нахождению обкладок на малом расстоянии друг от друга. Близкорасположенные заряды, разделенные диэлектриком, притягиваются друг к другу и задерживаются на обкладках, а сам конденсатор таким образом хранит энергию. После отключения источника питания компонент готов к отдаче энергии в цепи, разряду.
Параметры и свойства, определяющие рабочие характеристики, качество и долговечность работы:
Способность накапливать заряд определяет электрическую емкость конденсатора. При расчете емкости нужно знать:
Для повышения емкости нужно увеличить площадь обкладок, уменьшить расстояние между ними и использовать диэлектрик, материал которого обладает высокой диэлектрической проницаемостью. Для обозначения емкости используется Фарад (Ф) — единица измерения, получившая свое название в честь английского физика Майкла Фарадея. Однако 1 Фарад — слишком большая величина. Например, емкость нашей планеты составляет менее 1 Фарада. В радиоэлектронике используются меньшие значения: микрофарад (мкФ, миллионная доля Фарада) и пикофарад (пФ, миллионная доля микрофарада). Удельная емкость рассчитывается из отношения емкости к массе (объему) диэлектрика. На этот показатель влияют геометрические размеры, и повышение удельной емкости достигается за счет снижения объема диэлектрика, но при этом повышается опасность пробоя. Допускаемое отклонение паспортной величины емкости от фактической определяет класс точности. Согласно ГОСТу, существует 5 классов точности, определяющих будущее использование. Компоненты высшего класса точности применяются в цепях высокой ответственности. Электрическая прочность определяет способность удерживать заряд и сохранять рабочие свойства. Заряды, сохраняющиеся на обкладках, стремятся друг к другу, воздействуя на диэлектрик. Электрическая прочность — важное свойство конденсатора, определяющее длительность его использования. В случае неправильной эксплуатации произойдет пробой диэлектрика и выход компонента из строя. Собственная индуктивность учитывается в цепях переменного тока с катушками индуктивности. Для цепей постоянного тока не берется в расчет. Диэлектрическая абсорбция — появление напряжения на обкладках при быстром разряде. Явление абсорбции учитывается для безопасной эксплуатации высоковольтных электрических устройств, т.к. при коротком замыкании существует опасность для жизни. Потери обусловлены малым пропусканием тока диэлектриком. При эксплуатации компонентов электронных устройств в разных температурных условиях и разной влажности свое влияние оказывает показатель добротности потерь. На него также влияет рабочая частота. На низких частотах сказываются потери в диэлектрике, на высоких — в металле. Стабильность — параметр конденсатора, на который также оказывает влияние температура окружающей среды. Ее воздействия делятся на обратимые, характеризуемые температурным коэффициентом, и необратимые, характеризуемые коэффициентом температурной нестабильности. Надежность работы конденсатора в первую очередь зависит от условий эксплуатации. Анализ поломок говорит о том, что в 80% случаев причиной выхода из строя является пробой. В зависимости от назначения, типа и области применения различаются и размеры конденсаторов. Самые маленькие и миниатюрные, размерами от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, используются в электронике, а самые крупные — в промышленности. НазначениеСвойство запасания и отдачи энергии определило широкое применение конденсаторов в современной электронике. Наравне с резисторами и транзисторами они являются основой электротехники. Нет ни одного современного устройства, где они не использовались бы в каком-либо качестве. Их способность заряжаться и разряжаться совместно с индуктивностью, обладающей теми же свойствами, активно применяются в радио- и телевизионной технике. Колебательный контур из конденсатора и индуктивности — основа передачи и приема сигналов. Изменение емкости конденсатора позволяет менять частоту колебательного контура. Например, радиостанции могут передавать сигнал на своих частотах, а радиоприемники подключаться к этим частотам. Важной функцией является сглаживание пульсаций переменного тока. Любому электронному устройству, питающемуся от сети переменного тока, для получения постоянного тока хорошего качества необходимы фильтрующие электрические конденсаторы. Активно применяется механизм зарядки и разрядки в фототехнике. Все современные фотоаппараты используют для съемок вспышку, которая реализуется благодаря свойству быстрой разрядки. В данной области невыгодно использовать аккумуляторы, умеющие хорошо запасать энергию, но медленно отдающие ее. А конденсаторы, напротив, моментально отдают всю запасенную энергию, которой достаточно для яркой вспышки. Возможность генерации конденсаторами импульсов высокой мощности используется в радиолокации и создании лазеров. Конденсаторы выполняют роль искрогашения контактов в телеграфии и телефонии, а также телемеханике и автоматике, где необходимы переключения высоконагруженных реле. Регулировка напряжения протяженных линий электропередач осуществляется благодаря использованию компенсационных емкостей. Современные конденсаторы, благодаря своим возможностям, применяются не только в области радиоэлектроники. Их используют в металлообрабатывающей, горнодобывающей, угольной промышленности. Основные разновидностиИз-за разнообразия сфер применения и условий эксплуатации электронных устройств существует большое многообразие компонентов, различающихся по типам и характеристикам. Основное разделение идет по классам и по типу используемого диэлектрика. Типы конденсаторов, разделяющиеся по классу:
Компоненты с постоянной емкостью используются в каждом радиоэлектронном устройстве. Для изменения емкости и параметров цепи, например частоты в колебательных контурах, применяются конденсаторы с переменной емкостью. В своем устройстве они имеют несколько секций металлических подвижных пластин, что обеспечивает долговечность их работы. Подстроечные конденсаторы используются для однократной регулировки аппаратуры. Они выпускаются различными номиналами емкостей (от нескольких пикофарад до нескольких сот пикофарад) и рассчитаны на напряжение до 60 Вольт. Без их использования невозможна тонкая настройка аппаратуры. Виды конденсаторов, разделяющиеся по типу диэлектрика:
Керамические изготавливают в виде небольшой пластины из керамического материала, на который напылены металлические выводы. Такие конденсаторы обладают различными свойствами и применяются как для высоковольтных, так и для низковольтных цепей. Для низковольтных цепей чаще всего применяются многослойные малогабаритные компоненты в эпоксидной смоле или пластмассовых корпусах емкостью от десятков пикофарад до единиц микрофарад. Они используются в высокочастотных цепях радиоэлектронной аппаратуры и могут работать в тяжелых климатических условиях. Для высоковольтных цепей изготавливают керамические конденсаторы большего размера и емкостями от десятков пикофарад до тысяч пикофарад. Они применяются в импульсных цепях и аппаратуре преобразования напряжения.
Пленочный диэлектрик бывает разных видов. Самый распространенный из них — лавсановый, обладающий высокой прочностью. Менее распространен полипропиленовый диэлектрик, отличающийся меньшими потерями и использующийся в цепях с большим напряжением, например в цепях усиления звука и в цепях средних частот. Отдельный тип пленочных конденсаторов — пусковые, которые используются в момент пуска двигателей и за счет своей высокой емкости и специального материала диэлектрика снижают нагрузку на электродвигатель. Они отличаются высоким рабочим напряжением и электрической реактивной мощностью. Электролитические конденсаторы выполнены в классическом исполнении. Корпус изготовлен из алюминия, внутри располагаются свернутые металлические обкладки. На одной обкладке химическим способом нанесен оксид металла, а на второй — жидкий или твердый электролит, образуя диэлектрик. Благодаря такому устройству электролитические конденсаторы отличаются большой емкостью, но особенностью их использования с течением времени является ее изменение. В отличие от керамических и пленочных электролитические конденсаторы обладают полярностью. Они, в свою очередь, подразделяются на неполярные, лишенные этого недостатка, радиальные, миниатюрные, аксиальные. Область их применения — традиционная компьютерная и современная микрокомпьютерная техника. Специальным типом, который появился сравнительно недавно, являются ионисторы. По своему устройству они похожи на электролитические конденсаторы, но отличаются большой емкостью (до единиц Фарад). Однако их использование ограничивается маленьким максимальным напряжение в несколько Вольт. Ионисторы используются для хранения памяти: если разрядился аккумулятор в мобильном телефоне или миниатюрном компьютере, сохраненная информация не будет безвозвратно потеряна.
Кроме компонентов в выводном исполнении, которые появились давно и которые традиционно использовались, выпускаются современные компоненты в SMD-исполнении или, как его еще называют, для поверхностного монтажа. Например, керамические могут выпускаться в различных по размеру корпусах, от самых маленьких (1 мм на 0,5 мм) до самых больших (5,7 мм на 5 мм), и с соответствующим напряжением от десятков Вольт до сотен. В корпусах для поверхностного монтажа могут выпускать и электролитические конденсаторы. Это могут быть стандартные алюминиевые электролитические конденсаторы, а могут быть танталовые, внешне немного похожие на керамические, но отличающиеся от них большей емкостью и низкими потерями. Они могут быть как в выводном, так и в безвыводном SMD-исполнении. Особенностью танталовых конденсаторов является большой срок жизни и минимальные потери при несколько меньшем пределе емкости, но при этом они отличаются высокой ценой. Они используются в цепях высокой ответственности, где требуется большая емкость. Похожие статьиodinelectric.ru Конденсатор – для новичков в радиоделеМы использовали конденсаторы в блоке питания В этом случае конденсатор выполняет функцию накопителя зарядов (а электрический ток, напомню, это направленное движение электрических зарядов) Проведём эксперимент с подключением конденсатора к источнику постоянного тока Рис 41 Заряд конденсатора от источника тока Верхняя прямая на экране виртуального осциллографа – это положительный импульс напряжения от источника V1 Напряжение устанавливается величиной 5 В и сохраняется в течении 1 секунды Нижняя кривая показывает, как за это время на конденсаторе меняется, возрастая, напряжение, пока оно не достигнет значения напряжения источника тока Входное сопротивление виртуального осциллографа очень велико, конденсатор через него не разряжается, то есть, накопленные заряды остаются на обкладках конденсатора Но мы можем добавить параллельно конденсатору резистор, через который потечёт ток, разряжая конденсатор Если процесс включения и выключения напряжения повторять, то можно наблюдать такую картину: Рис 42 Действие конденсатора на импульсы напряжения Благодаря резистору R2 конденсатор получил возможность разряжаться, и теперь процесс состоит из двух фаз: при установлении импульса 5 В конденсатор заряжается, при исчезновении напряжения от источника V1 конденсатор разряжается На рисунке отмечена величина изменений напряжения на конденсаторе Она зависит от ёмкости конденсатора Увеличив её в 10 раз, мы можем наблюдать следующее: Рис 43 Изменение напряжения «пульсаций» на конденсаторе с увеличением ёмкости Таким образом, ёмкость конденсатора влияет на процессы, происходящие с его участием Конденсатор в простейшем случае представляет собой две металлические пластины, между которыми находится диэлектрик (изолятор) Понятно, что конденсатор не будет проводить электрический ток из-за наличия диэлектрика Или это не так Видоизменим первый эксперимент, поменяв местами резистор и конденсатор Рис 44 Видоизменение первого эксперимента Что можно сказать о том, что показывает осциллограф Во-первых, электрическая цепь осталась без изменений: последовательно соединённые конденсатор и резистор Во-вторых, в первом опыте мы наблюдали за напряжением на конденсаторе, а во втором опыте наблюдаем за напряжением на резисторе (интересующая нас область выделена) И, наконец, мы точно знаем из закона Ома, что напряжение на резисторе связано с током, протекающим через резистор Таким образом, на протяжении некоторого времени через резистор протекает ток Правда, это не постоянный ток, поскольку, хотя он и не меняется по направлению, ток меняется по величине Можем ли мы сделать вывод, что конденсатор не пропускает постоянный ток, но пропускает переменный ток Определим это, видоизменив предыдущий эксперимент – заменим импульсный источник напряжения источником переменного напряжения Рис 45 Конденсатор и источник переменного напряжения Действительно, судя по картинке, переменное напряжение источника и напряжение на резисторе R1 ничем, практически, не отличаются Следовательно, через резистор R1 протекает ток с частотой 1 кГц Конденсатор не пропускает постоянный ток, но пропускает переменный ток На «накопительные» свойства конденсатора оказывала влияние ёмкость конденсатора, будет ли она влиять на свойство конденсатора проводить переменный электрический ток Уменьшим ёмкость конденсатора в 10 раз Рис 46 Напряжение на резисторе при изменении ёмкости конденсатора И впрямь, напряжение на резисторе изменилось, хотя характер напряжения остался неизменным В данном случае конденсатор ведёт себя подобно резистору Мы можем проверить, заменив конденсатор подходящим по сопротивлению резистором Мы начинали с рассмотрения реакции конденсатора на напряжение (на изменение напряжения) Поэтому резистивные свойства конденсатора в цепи переменного тока носят название реактивного сопротивления Мы уже выяснили, что на величину реактивного сопротивления конденсатора влияет величина его ёмкости Но есть ещё один параметр, относящийся к источнику переменного напряжения – частота В последнем опыте мы уменьшили в 10 раз ёмкость конденсатора Вернём прежнее значение ёмкости, но уменьшим частоту источника напряжения в 10 раз Рис 47 Характер влияния частоты переменного напряжения на ток через конденсатор Не правда ли, две последние картинки трудно различить И действительно, реактивное сопротивление конденсатора зависит от его ёмкости и частоты переменного напряжения Записывается это простой формулой: Xc = 1/2πfC, где f – частота напряжения в герцах, С – ёмкость конденсатора в фарадах Полученное сопротивление, соответственно, в омах, как у обычного резистора Хотя есть и отличие делителя напряжения из конденсатора и резистора, от делителя напряжения из двух резисторов Это отличие не бросается в глаза, но постараемся его выделить Я совмещу оба канала виртуального осциллографа на предыдущем рисунке Рис 48 Соотношение величины напряжения и тока во времени На рисунке видно, что ток через конденсатор и напряжение на нём не совпадают в своём изменении по времени – когда напряжение достигает максимальной величины, ток уже не максимален В этом случае говорят, что ток через конденсатор опережает по фазе напряжение на конденсаторе Вы можете повторить этот опыт, заменив конденсатор обычным резистором с эквивалентным сопротивлением, ток и напряжение будут синфазны Источник: Гололобов ВН,- Самоучитель игры на паяльнике (Об электронике для школьников и не только), – Москва 2012 nauchebe.net как рассчитать с помощью онлайн калькулятораКонденсаторы – это компоненты, способные хранить электрозаряд или электрическую энергию. Простейшая форма элемента – это две пластины из металла с диэлектриком между ними, не допускающим электрического соединения обкладок. При подаче напряжения в межобкладочном пространстве образуется электрическое поле, с положительным зарядным знаком на одной пластине и с отрицательным – на другой. Распределение заряда одинаково с обеих сторон. Различные типы конденсаторов Емкость конденсатораДля конденсаторного элемента емкость – это потенциальная мера хранения энергии. Она имеет символ С и рассчитывается в фарадах (Ф). Наиболее часто можно встретить единицы, масштабированные в меньшую сторону: микро-, нано-, пикофарады. Емкость конденсатора можно выразить через заряд (q) и напряжение (V): C = q/V = (I x t)/V, где:
Емкость определяется также структурными размерами конденсатора: C = (ε x ε0 x S)/d. Из этой формулы получается, что емкость тем больше, чем:
ε0 = 8,85 х 10 ( в -12 степени), Ф/м – диэлектрическая проницаемость в вакууме. Для увеличения емкости плоского конденсатора надо увеличить плоскость его пластин, уменьшить межобкладочное расстояние или применить для изолятора материал с большим значением ε. Формулы емкости для различных конденсаторов Элементы обладают фиксированной емкостью, определенной производителем, значение которой нельзя изменить. Конденсаторы с переменной емкостьюДля этих элементов характерна способность менять емкость. Простейший из них состоит из нескольких половин дисков (одной), фиксированных и электрически связанных друг с другом. Другая группа аналогичных половин диска установлена на общей оси. При вращении вала фиксированная на нем половина диска устанавливается между неподвижными половинами, и происходит изменение емкости. Конденсатор с переменной емкостью Характеристики конденсатора
Соединение конденсаторовВ электрических цепях нередко производят подключения, состоящие из нескольких конденсаторов, имеющих разные типы соединений. Последовательное соединениеЕсли левая пластина первого конденсатора несет заряд со знаком «плюс», правая из-за электростатической индукции получит его со знаком «минус». При этом он будет смещен от левой обкладки второго конденсатора, что, в свою очередь, положительно зарядит ее и т. д. Последовательное соединение конденсаторных элементов Напряжение, приложенное к общей емкости конденсаторов, будет складываться из напряжений на каждом из них: V = V1 + V2 + V3 + … Так как:
а для всей батареи последовательных элементов: V = q/С, то q/С = q/С1 + q/С2 + q/С3. Количество электричества в последовательной цепи одинаково, значит допустимо разделить обе части уравнения на q. Рассчитать емкость элементов, собранных в последовательную цепь, можно по формуле: 1/С = 1/С1 + 1/С2 + 1/С3 + … Важно! Величина, обратная суммарной емкости конденсаторных элементов, соединенных в последовательную цепь, составляет сумму обратных величин емкостей отдельных компонентов. Параллельное соединениеКогда емкость конденсаторов мала, они включаются параллельно. Как рассчитать общую емкость такой цепи, определяется теми же зависимостями, но с учетом того, что напряжение на конденсаторных пластинах будет одинаковым: V = V1 = V2 = V3 = … Параллельное соединение конденсаторных элементов Количество электричества на каждом конденсаторе составит: q1 = V x C1, q2 = V x C2, q3 = V x C3. Общий заряд конденсаторной батареи: q = q1 + q2 + q3 = V/C1 + V/C2 + V/C3 = V x (C1 + C2 + C3), а С = С1 + С2 + С3. Важно! При параллельном соединении конденсаторных элементов каждый из них подключен на полное напряжение электроцепи, а общая емкость суммируется. В сети есть сайты, имеющие калькулятор для расчета конденсатора при разных конфигурациях электросхемы, а также позволяющих определить емкость, задавая свои структурные параметры, как для плоских, так и для цилиндрических элементов. Расчет конденсатора для электродвигателяТрехфазный электромотор можно подключить к однофазной линии, которая позволит управлять им с помощью конденсатора. При этом надо произвести расчет емкости конденсатора. Чтобы узнать значение в микрофарадах, которое нужно получить от конденсаторного элемента, и найти оптимальный пусковой момент в однофазной линии, надо знать технические характеристики мотора. Схемы включения электромотора с конденсатором
Р = √3 x V x I x соsφ. Она может быть указана на таблице, прикрепленной к мотору. Напряжение – 220 В в однофазном режиме. Величина соsφ также указывается производителем (обычно для электродвигателей соsφ = 0,8-0,85).
I = P/(√3 x V x соsφ).
Сетевой калькулятор онлайн производит и такой тип расчетов. Для этого вводятся параметры электромотора и питающей сети, в результате получается емкостное значение. ВидеоОцените статью:elquanta.ru | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
, где e - диэлектрическая проницаемость окружающей среды. Следовательно: 
.
-
.
, т.о. емкость плоского конденсатора зависит только от его размеров, формы и диэлектрической проницаемости. Для создания конденсатора большой емкости необходимо увеличить площадь пластин и уменьшить толщину слоя диэлектрика.
