Что такое емкость в электронике
Что такое емкость в электротехнике
Электрическая емкость характеризует свойство проводящих тел заряжаться под влиянием электрического поля, а также накапливать в поле этих тел электрическую энергию.
Аналогией электрической емкости в области гидростатики может служить удельная емкость сосуда на единицу высоты, которая численно равна площади горизонтального сечения сосуда.
Представим себе высокую цистерну. Количество жидкости (количество электричества на теле), которое можно запасти в цистерне, зависит от высоты ее заполнения (потенциала тела), а также от объема жидкости, приходящегося на единицу высоты цистерны (емкость тела). Этот объем жидкости в свою очередь зависит от площади горизонтального сечения цистерны — от ее диаметра.
Допустим, есть в пространстве два медных шара одинакового размера (красный и голубой), расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Возьмем батарейку с напряжением 9 вольт, и подключим ее разноименными полюсами к двум этим шарам, чтобы к одному шару (к голубому) стал бы присоединен «+», а к другому (к красному) присоединим «-». Между шарами возникнет разность электрических потенциалов, равная напряжению батарейки V = 9 вольт.
Электрические состояния двух этих медных шаров тут же стали иными, чем были до присоединения батарейки, ведь теперь на шарах присутствуют разноименные электрические заряды, которые взаимодействуют, испытывая силу притяжения друг к другу.
Если добавить в цепь последовательно еще одну такую же батарейку, то разница потенциалов между шарами станет вдвое больше, напряжение между ними будет уже не 9 вольт, а 18 вольт, а перемещенный от шара — к шару заряд тоже вдвое увеличится (станет 2q), как и напряжение. Но какова величина этого заряда q, который каждый раз перемещается при повышении напряжения на 9 вольт?
Очевидно, величина этого заряда пропорциональна создаваемой между шарами разности потенциалов. Но в каком именно численном отношении находятся заряд и разность потенциалов? Здесь то нам и придется ввести такую характеристику проводника, как электроемкость C.
Электроемкость — это мера способности проводника накапливать электрический заряд. Тут же важно понимать, что когда первый проводник заряжается, то напряженность электрического поля вокруг него увеличивается. Соответственно действие первого заряженного проводника на второй заряженный проводник усилится, особенно если их начать сближать.
Сила взаимодействия заряженных проводников становится больше, если расстояние между ними становится меньше. Кроме того, в зависимости от параметров среды между проводниками, сила их взаимодействия также может быть разной.
Так, если между проводниками находится вакуум, то сила притяжения их зарядов будет одной, но если вместо вакуума поместить между проводниками нейлон, то сила электростатического взаимодействия увеличится втрое, поскольку нейлон в 3 раза лучше пропускает сквозь себя электрическое поле, чем воздух, а ведь именно благодаря электрическому полю заряженные проводники друг с другом и взаимодействуют.
Ежели заряженные проводники начать друг от друга разносить в разные стороны, то они станут взаимодействовать слабее, разность потенциалов будет больше при тех же зарядах, то есть емкость такой системы при разнесении проводников уменьшится. На представлении об электрической емкости основана работа конденсаторов.
Свойство заряженных проводников электростатически взаимодействовать друг с другом через электрические поля друг друга, будучи разделенными диэлектриком, используется в конденсаторах.
Конструктивно конденсаторы представляют собой две пластины, называемые обкладками. Обкладки разделены диэлектриком. Для получения возможно большей емкости необходимо, чтобы обкладки имели большую поверхность и чтобы расстояние между ними было минимальным.
Конденсаторы в электротехнике служат накопителями электрической энергии в электрическом поле, которое сосредоточено в объеме диэлектрика, размещенного между обкладками конденсатора, благодаря которым заряд накапливается или снимается (в форме электрического тока).
Конденсаторы бывают высоковольтными и низковольтными — в зависимости от электрической прочности диэлектрика.
В зависимости от площади обкладок и диэлектрической проницаемости используемого диэлектрика, конденсаторы бывают как большой емкости, достигающей сотен фарад (ионисторы), так и крохотной емкости — единицы пикофарад.
Использование электрической емкости в электротехнике
Свойство систем, обладающих емкостью, широко используется электротехнике в технике переменных токов, особенно в области высоких и сверхвысоких частот.
В технике постоянных токов емкость используется в устройствах для намагничивания постоянных магнитов, для импульсной электросварки, импульсных испытаний на пробой диэлектриков, сглаживания кривой тока в выпрямительных устройствах и т. п.
Однако емкость любой системы изолированных проводящих тел, которую невозможно полностью свести к нулю, в ряде случаев может оказать нежелательное влияние на характеристики электротехнических устройств (в виде помех, емкостных утечек и т. п.).
Избавиться от такого влияния можно либо соответствующим образом компенсируя его действие (обычно с помощью индуктивности), либо создавая такие условия, при которых потенциалы определенных тел системы по отношению к окружающим предметам имеют минимальное значение (например, заземление одного из тел).
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Что такое электрическая ёмкость?
Одним из важных параметров, учитываемых в электрических цепях, является электрическая емкость – способность проводников накапливать заряды. Понятие емкости применяется как для уединенного проводника, так и для системы, состоящей из двух и более проводников. В частности, емкостью обладают конденсаторы, состоящие из двух металлических пластин, разделенных диэлектриком или электролитом.
Для накопления зарядов широко применяютсяаккумуляторы, используемые в качестве источников постоянного тока для питания различных устройств. Количественной характеристикой, определяющей время работы аккумулятора, является его электроемкость.
Определение
Если диэлектрик, например, эбонитовую палочку, наэлектризовать трением то электрические заряды сконцентрируются в местах соприкосновения с электризующим материалом. При этом, другой конец палочки можно насытить зарядами противоположно знака и такая наэлектризованность будет сохраняться.
Совсем по-другому ведут себя проводники, помещенные электрическое поле. Заряды распределяются по их поверхности, образуя некий электрический потенциал. Если поверхность ровная, как у палочки, то заряды распределятся равномерно. Под действием внешнего электрического поля в проводнике происходит такое распределение электронов, чтобы внутри его сохранялся баланс взаимной компенсации негативных и позитивных зарядов.
Внешнее электрическое поле притягивает электроны на поверхность проводника, компенсируя при этом положительные заряды ионов. По отношению к проводнику имеет место электростатическая индукция, а заряды на его поверхности называются индуцированными. При этом на концах проводника плотность зарядов будет несколько выше.
На металлическом шаре заряды распределяются равномерно по всей поверхности. Наличие полости любой конфигурации абсолютно не влияет на процесс распределения.
Однако, если проводник убрать из зоны действия поля, то его заряды перераспределятся таким образом, что он снова станет электрически нейтральным.
На рисунке 1 изображена схема заряженного разнополюсного диэлектрика и проводника, удалённого из зоны действия электростатического поля. Благодаря тому, что диэлектрик сохраняет полученные заряды, уединенный проводник восстановил свою нейтральность.
Рис. 1. Распределение зарядов
Интересное явление наблюдается с двумя проводниками, разделенными диэлектриком. Если одному из них сообщить положительный заряд, а другому – отрицательный, то после убирания источника электризации заряды на поверхности проводников сохранятся. Заряженные таким образом проводники обладают разностью потенциалов.
Заряды, накопившиеся на диэлектрике, уравновешивают внутренние взаимодействие в каждом из проводников, не позволяя им разрядиться. Величина заряда зависит от площади поверхности параллельных проводников и от свойства диэлектрика, расположенного между ними.
Свойство сохранять накопленный заряд называется электроемкостью. Точнее говоря, – это характеристика проводника, физическая величина определяющая меру его способности в накоплении электрического заряда.
Накопленное электричество можно снять с проводников путем короткого замыкания их или через нагрузку. С целью увеличения емкости на практике применяют параллельные пластины или же длинные полоски тонкой фольги, разделённой диэлектриком. Полоски сворачивают в тугой цилиндр для уменьшения объема. Такие конструкции называют конденсаторами.
На рисунке 2 изображена схема простейшего конденсатора с плоскими обкладками.
Рис. 2. Схема простого конденсатора
Существуют конденсаторы других типов:
Важной характеристикой конденсатора, как и других накопительных систем, является его электрическая емкость.
Формулы
На рисунке 3 наглядно показано формулы для определения емкости, в т. ч. и для сферы.
Рис. 3. Электроёмкость проводника
По отношению к конденсатору, для определения его емкости применяют формулу: C = q/U. То есть, эта величина прямо пропорциональна заряду одной из обкладок и обратно пропорциональна разнице потенциалов между обкладками (см. рис. 4).
Ёмкость конденсатора
О других способах определения ёмкости конденсатора читайте в нашей статье: https://www.asutpp.ru/kak-opredelit-emkost-kondensatora.html
Единицы измерения
За единицу измерения величины электроемкости принято фараду: 1 Ф = 1 Кл/1В. Поскольку фарада величина огромная, то для измерения емкости на практике она мало пригодна. Поэтому используют приставки:
Например, электрическая емкость 1 мкф = 0,000001 Ф. Параметр зависит от геометрических размеров, конфигурации проводника и материала диэлектрика.
Уединенный проводник и его емкость
Уединенным называют проводник, влиянием на который других элементов цепей можно пренебречь. Предполагается, что все другие проводники бесконечно удалены от него, а как известно, потенциал точки, бесконечно удаленной в пространстве, равен 0.
Электрическую емкость C уединенного проводника, определяют как количество электричества q, которое требуется для повышения электрического потенциала на 1 В: С = q/ϕ. Параметр не зависит от материала, из которого изготовлен проводник.
Конденсаторы постоянной и переменной емкости
Эра накопителей электричества началась с воздушных конденсаторов. Благодаря плоскому конденсатору с большой площадью обкладок физики смогли понять, как взаимная емкость регулируется площадями пластин, что позволило им создать конденсаторы с переменной емкостью (см. рис. 5).
Рис. 5. Конденсатор переменной емкости
Идея изменения емкости состояла в том, чтобы путем поворота плоской обкладки изменять площадь поверхности, которая располагается напротив другой пластины. Если обкладки располагались точно друг против друга, то напряженность поля между ними была максимальной. При смещении одной из пластин на некоторый угол, напряженность уменьшалась, что приводило к изменению емкости. Таким образом, можно было плавно управлять накопительной способностью конденсатора.
Детали с переменной емкостью нашли применение в первых радиоприемниках для поиска частоты нужной станции. Данный принцип используется по сегодняшний день в различных аналоговых электрических схемах.
Большую популярность приобрели электролитические конденсаторы. В качестве одной из обкладок у них используется электролит, обладающий высокими показателями диэлектрической проницаемости. Благодаря диэлектрическим свойствам электролитов такие конденсаторы обладают большими емкостями.
Главные их преимущества электролитического конденсатора:
Недостатки:
Высокую электрическую прочность имеют плоские конденсаторы, у которых в качестве диэлектрического материала применяется керамика. Они используются в цепях с переменным током и выдерживают большие напряжения.
Сегодня промышленность поставляет на рынок множество конденсаторов различных типов, с высокими показателями проницаемости диэлектриков.
Аккумуляторы и электроемкость
Накопители электричества большой емкости (аккумуляторы) состоят из положительных и негативных пластин, погруженных в электролит. Во время зарядки часть атомов электролита распадается на ионы, которые оседают на пластине. Образуется разность потенциалов между пластинами, что является причиной возникновения ЭДС при подключении нагрузки.
С целью увеличения напряжения аккумуляторы последовательно соединяют в батареи. Разница потенциалов одной секции около 2 В. Для получения аккумулятора на 6 В необходимо создать батарею из трех секций, а на 12 В – батарею из 6 секций.
Для характеристики аккумуляторов (батарей) используются параметры:
Единицей емкости аккумулятора является ампер-час (А*ч) или кратные ей миллиампер-часы (мА*ч). Емкость аккумулятора зависит от площади пластин. Увеличить емкость можно путем параллельного подключения нескольких секций, но такой способ почти не применяется, так как проще и надежнее создать аккумулятор с большими пластинами.
Электрическая емкость
Электрическая емкость
| Классическая электродинамика | ||||||||||||
 | ||||||||||||
| Магнитное поле соленоида | ||||||||||||
Электричество · Магнетизм
|
Электрическая ёмкость — характеристика проводника, характеризующая его способность накапливать электрический заряд. Ёмкость определяется как отношение величины заряда проводника к потенциалу проводника. Ёмкость обозначается как C.
где Q — заряд, 
— потенциал.
В системе СИ ёмкость измеряется в фарадах. В системе СГС в сантиметрах.
Для одиночного проводника ёмкость равна отношению заряда проводника к его потенциалу в предположении, что все другие проводники бесконечно удалены и что потенциал бесконечно удаленной точки принят равным нулю. Она определяется геометрическими размерами и формой проводника и электрическими свойствами окружающей среды (её диэлектрической проницаемостью) и не зависит от материала проводника. К примеру, ёмкость в вакууме проводящего шара радиуса R равна (в системе СИ):
Понятие ёмкости также относится к системе проводников, в частности, к системе двух проводников, разделённых диэлектриком — конденсатору. В этом случае взаимная ёмкость этих проводников (обкладок конденсатора) будет равна отношению заряда, накопленного конденсатором, к разности потенциалов между обкладками. Для плоского конденсатора ёмкость равна:
Полезное
Смотреть что такое «Электрическая емкость» в других словарях:
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ — (С) величина, характеризующая способность проводника удерживать электрический заряд. Для уединенного проводника С = Q/j, где Q заряд проводника, j его потенциал. Электрическая емкость конденсатора С = Q/(j1 j2), где Q абсолютная величина заряда… … Большой Энциклопедический словарь
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ — электроемкость, величина, характеризующая способность тела воспринимать электр. заряды и представляющая собой количество электричества, к рым нужно зарядить тело для того, чтобы потенциал его повысить на единицу (1 в). Э. е. проводящего тела,… … Технический железнодорожный словарь
электрическая емкость — elektrinė talpa statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dydis, išreiškiamas laidininko ar laidininkų sistemos elektros krūvio q ir jo (jos) potencialo u dalmeniu: C = q/u. Priklauso nuo laidininkų pavidalo, matmenų, tarpusavio … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
электрическая емкость — elektrinė talpa statusas T sritis chemija apibrėžtis Dydis, apibūdinantis laidininko gebėjimą sukaupti elektros krūvį. atitikmenys: angl. electric capacitance; electrical capacitance rus. электрическая емкость … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
электрическая емкость (знакосинтезирующего индикатора) — C Статическая емкость знакосинтезирующего индикатора, измеренная при отсутствии свечения в элементах отображения. [ГОСТ 25066 91] Тематики индикаторы знакосинтезирующие … Справочник технического переводчика
Электрическая емкость проводника — скалярная величина, характеризующая способность проводника накапливать электрический заряд, равная отношению электрического заряда проводника к его электрическому потенциалу в предположении, что все другие проводники бесконечно удалены и что… … Официальная терминология
(электрическая) емкость конденсатора — 112 (электрическая) емкость конденсатора Электрическая емкость между электродами электрического конденсатора Источник: ГОСТ Р 52002 2003: Электротехника. Термины и определения основных понятий оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
электрическая емкость (знакосинтезирующего индикатора) — 89 электрическая емкость (знакосинтезирующего индикатора); С: Статическая емкость знакосинтезирующего индикатора, измеренная при отсутствии свечения в элементах отображения. Источник: ГОСТ 25066 91: Индикаторы знакосинтезирующие. Термины,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
(Электрическая) емкость конденсатора — 1. Электрическая емкость между электродами электрического конденсатора Употребляется в документе: ГОСТ Р 52002 2003 Электротехника. Термины и определения основных понятий … Телекоммуникационный словарь
Электроемкость. Конденсаторы
Что такое электроемкость проводников
В рамках темы данной статьи нам больше всего интересна такая разность потенциалов между проводниками, когда их заряды противоположны по знаку, но равны друг другу по модулю. В таком случае мы можем ввести новое понятие – электрическая емкость (электроемкость).
Электрической емкостью системы, состоящей из двух проводников, называется отношение заряда одного проводника ( q ) к разности потенциалов между этими двумя проводниками.
Конфигурации и размеры проводников, а также свойства диэлектрика определяют величину электроемкости заданной системы. Наибольший интерес для нас представляют проводники особой формы, называемые конденсаторами.
Конденсатор – это проводник, конфигурация которого позволяет локализовать (сосредотачивать) электрическое поле в одной выделенной части пространства. Проводники, составляющие конденсатор, называются обкладками.
Если мы возьмем две плоские пластины из проводящего материала, расположим их на небольшом расстоянии друг от друга и проложим между ними слой диэлектрика, то мы получим простейший конденсатор, называемый плоским. При его работе электрическое поле будет располагаться преимущественно в промежутке между пластинами, но небольшая часть этого поля будет рассеиваться вокруг них.
Часть электрического поля вблизи конденсатора называется полем рассеяния.
Иногда в задачах мы можем не учитывать его и работать только с той частью электрического поля, которое расположено между обкладками. Однако пренебрегать полем рассеяния допустимо далеко не всегда, поскольку это может привести к ошибочным расчетам из-за нарушения потенциального характера электрического поля.
Модуль напряженности электрического поля, которое создает каждая обкладка в плоском конденсаторе, выражается соотношением следующего вида:
Как рассчитать электроемкость конденсатора
Электрическая емкость плоского конденсатора – величина, обратно пропорциональная расстоянию между обкладками и прямо пропорциональная их площади.
Заполнение пространства между проводниками диэлектрическим материалом может увеличить электроемкость плоского конденсатора в число раз, кратное undefined.
Введем обозначение емкости в виде буквы С и запишем это в виде формулы:
Данная формула называется формулой электроемкости плоского конденсатора.
Конденсаторы бывают не только плоскими. Возможны и другие конфигурации, также обладающие специфическими свойствами.
Обозначим проницаемость диэлектрического материала как ε и запишем формулы, по которым можно найти электрическую емкость конденсаторов:
Как рассчитать электроемкость батареи конденсаторов
Если мы соединим несколько проводников между собой, то мы получим конструкцию, называемую батареей.
С = q 1 + q 2 U или C = C 1 + C 2
Если в батарее конденсаторов элементы соединены параллельно, то для нахождения общей электроемкости нам нужно сложить емкости ее отдельных элементов.
C = q U 1 + U 2 или 1 C = 1 C 1 + 1 C 2
Если конденсаторы в батарее соединены последовательно, то для нахождения общей электроемкости нам нужно сложить величины, обратные емкостям каждого из них.
Справедливость обеих формул, приведенных выше, не зависит от количества конденсаторов в батарее.
