Узнать напряжение плоских конденсатора. Что такое конденсатор

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Емкость - один из основных параметров характеризующих конденсатор.

Если q - величина заряда одной из обкладок конденсатора, а - разность потенциалов между его обкладками, то величина C, равная:

называется емкостью конденсатора. Это постоянная величина, которая зависит то размеров и устройства конденсатора.

Рассмотрим два одинаковых конденсатора, разница между которым заключается только в том, что между обкладками одного вакуум (или часто говорят воздух), между обкладками другого находится диэлектрик. В таком случае при равных зарядах на конденсаторах разность потенциалов воздушного конденсатора будет в раз меньше, чем между обкладками второго. Значит емкость конденсатора с диэлектриком (C) в раз больше, чем воздушного ():

где - диэлектрическая проницаемость диэлектрика.

За единицу емкости конденсатора принимают емкость такого конденсатора, который единичным зарядом (1 Кл) заряжается до разности потенциалов, равной одному вольту (в СИ). Единицей емкости конденсатора (как и любой эклектической емкости) в международной системе единиц (СИ) служит фарад (Ф).

Формула электрической емкости плоского конденсатора

Поле между обкладками плоского конденсатора обычно считают однородным. Его однородность нарушается только около краев. При вычислении емкости плоского конденсатора этими краевыми эффектами часто пренебрегают. Это следует делать, если расстояние между пластинами мало в сравнении с их линейными размерами. Для расчета емкости плоского конденсатора применяют формулу:

где - электрическая постоянная; S - площадь каждой (или наименьшей) пластины; d - расстояние между пластинами.

Электрическая емкость плоского конденсатора, который содержит N слоев диэлектрика толщина каждого , соответствующая диэлектрическая проницаемость i-го слоя , равна:

Формула электрической емкости цилиндрического конденсатора

Цилиндрический конденсатор представляется собой две соосных (коаксиальных) цилиндрические проводящие поверхности, разного радиуса, пространство между которыми заполняет диэлектрик. Электрическая емкость цилиндрического конденсатора вычисляется как:

где l - высота цилиндров; - радиус внешней обкладки; - радиус внутренней обкладки.

Формула электрической емкости сферического конденсатора

Сферическим конденсатором называют конденсатор, обкладками которого являются две концентрические сферические проводящие поверхности, пространство между ними заполнено диэлектриком. Емкость такого конденсатора находят как:

где - радиусы обкладок конденсатора.

Примеры решения задач по теме «Емкость конденсатора»

ПРИМЕР 1

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:

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.

Простейший конденсатор – система из двух плоских проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу на малом по сравнению с размерами пластин расстоянии и разделенных слоем диэлектрика. Такой конденсатор называется плоским . Электрическое поле плоского конденсатора в основном локализовано между пластинами (рис. 1.6.1); однако, вблизи краев пластин и в окружающем пространстве также возникает сравнительно слабое электрическое поле, которое называют полем рассеяния . В целом ряде задач приближенно можно пренебрегать полем рассеяния и полагать, что электрическое поле плоского конденсатора целиком сосредоточено между его обкладками (рис. 1.6.2). Но в других задачах пренебрежение полем рассеяния может привести к грубым ошибкам, так как при этом нарушается потенциальный характер электрического поля (см. § 1.4 ).

Каждая из заряженных пластин плоского конденсатора создает вблизи поверхности электрическое поле, модуль напряженности которого выражается соотношением

Согласно принципу суперпозиции, напряженность поля, создаваемого обеими пластинами, равна сумме напряженностей и полей каждой из пластин:

Вне пластин вектора и направлены в разные стороны, и поэтому E = 0. Поверхностная плотность σ заряда пластин равна q / S , где q – заряд, а S – площадь каждой пластины. Разность потенциалов Δφ между пластинами в однородном электрическом поле равна Ed , где d – расстояние между пластинами. Из этих соотношений можно получить формулу для электроемкости плоского конденсатора:

Сферический и цилиндрический конденсатор .

Примерами конденсаторов с другой конфигурацией обкладок могут служить сферический и цилиндрический конденсаторы.Сферический конденсатор – это система из двух концентрических проводящих сфер радиусов R 1 и R 2 . Цилиндрический конденсатор – система из двух соосных проводящих цилиндров радиусов R 1 и R 2 и длины L . Емкости этих конденсаторов, заполненных диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε, выражаются формулами:

Параллельное и последовательное соединение конденсаторов.

Конденсаторы могут соединяться между собой, образуя батареи конденсаторов. При параллельном соединении конденсаторов (рис. 1.6.3) напряжения на конденсаторах одинаковы: U 1 = U 2 = U , а заряды равны q 1 = С 1 U и q 2 = C 2 U . Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор электроемкости C , заряженный зарядом q = q 1 + q 2 при напряжении между обкладками равном U . Отсюда следует

При последовательном соединении (рис. 1.6.4) одинаковыми оказываются заряды обоих конденсаторов: q 1 = q 2 = q , а напряжения на них равны и Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор, заряженный зарядом q при напряжении между обкладками U = U 1 + U 2 . Следовательно,

При последовательном соединении конденсаторов складываются обратные величины емкостей.

Формулы для параллельного и последовательного соединения остаются справедливыми при любом числе конденсаторов, соединенных в батарею.

Характеристика проводника (конденсатора), мера его способности накапливать электрический заряд.

Конденсатор состоит из двух проводников (обкладок), которые разделены диэлектриком. На емкость конденсатора не должны влиять окружающие тела, поэтому проводникам придают такую форму, чтобы поле, которое создается накапливаемыми зарядами, было сосредоточено в узком зазоре между обкладками конденсатора. Этому условию удовлетворяют: 1) две плоские пластины; 2) две концентрические сферы; 3) два коаксиальных цилиндра. Поэтому в зависимости от формы обкладок конденсаторы делятся на плоские, сферические и цилиндрические.

Так как поле сосредоточено внутри конденсатора, то линии напряженности начинаются на одной обкладке и кончаются на другой, поэтому свободные заряды, которые возникают на разных обкладках, равны по модулю и противоположны по знаку. Под емкостью конденсатора понимается физическая величина, равная отношению заряда Q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов (φ1 - φ2) между его обкладками

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

Конденсаторы можно классифицировать по следующим признакам и свойствам:

1) по назначению - конденсаторы постоянной и переменной емкости;

2) по форме обкладок различают конденсаторы плоские, сферические, цилиндрические и др.;

3) по типу диэлектрика - воздушные, бумажные, слюдяные, керамические, электролитические и т.д.

Так же есть:

Энергия конденсатора:

Ёмкость цилиндрического конденсатора:

Что такое конденсатор? Как он устроен? Кто изобрёл первый в мире конденсатор? - все эти вопросы мы сегодня подробно раскроем. Итак, что же это за устройство. Многие из школы помнят, что конденсатор - это устройство, предназначенное для накапливания и передачи заряда. Состоит оно из двух металлических пластин, между которыми находится слой диэлектрика.
История этого устройства началась с 1745 года, когда немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский физик Питер ван Мушенбрук случайно создали лейденскую банку. Она то и стала первым в мире конденсатором. Самое главное в конденсаторе это его ёмкость и номинальное напряжение.
Ёмкость - это способность конденсатора накапливать в себе электрический заряд. Ёмкость измеряется в Фарадах (Ф). Наиболее часто встречаемые величины при расчётах это:

• пикофарад (10 -12 );
• нанофарад (10 -9 );
• микрофарад (10 -6 ).

Приведу пример: ёмкость нашей планеты Земля составляет 710мкФ. Для того что бы получить 1 Фарад необходим такой проводник, потенциал которого возрастал бы на 1В при передаче ему заряда в 1 Кулон. Т.е. ясно, что 1 Фарад это очень большая ёмкость, поэтому при расчётах или при проектировании чаще применяют небольшие величины (пкФ, нФ, мкФ). Кстати вот маленькая шпаргалка: 1мкФ = 1000нФ = 1000000пкФ. Конденсаторы встречаются почти в любых электрических устройствах: в приборах, в компьютерах, , в платах и т.п.
И знайте, что ёмкость увеличивается с площадью обкладок и уменьшается с расстоянием между ними. С ёмкостью вроде бы всё понятно, теперь перейдём к номинальному напряжению.

это напряжение, при превышении которого наступает пробой диэлектрика.

Следовательно, работа устройства прекратится, т.к. при пробое диэлектрика возникнет Номинальное напряжение зависит как от самого диэлектрика (материала), так и от расстояния между обкладками. Необходимо также знать, что номинальное напряжение должно быть не менее чем в 2 раза выше чем то, которое будет к нему приложено во время работы. Иными словами, если источник питания рассчитан на 12В, то номинальное напряжение конденсатора должно быть не ниже 12*2=24В. С номинальным напряжением, надеюсь всё понятно идём дальше.
Как Вы думаете, от чего зависит время зарядки и разрядки самого конденсатора? Вы, наверное, уже догадались, что от ёмкости и общего сопротивления цепи. То есть чем больше ёмкость и сопротивление, тем больше времени потребуется на зарядку. Ведь если ёмкость большая, следственно количество вмещаемого заряда в неё будет больше, а значит и время на зарядку и разрядку будет тоже больше. Это как с Ну а сопротивление уменьшает ток, а если ток небольшой, то потребуется больше времени на зарядку.
В настоящей жизни необходимо помнить, что есть так называемый ток утечки . Не многие знают, что диэлектрик всё же пропускает малый ток между пластинами. А если пропускает, то со временем это приводит к потере первоначального заряда. Т.е. если конденсатор был полностью заряжен, то через некий промежуток времени заряда в нём станет меньше и будет уменьшаться до следующего включения в сеть.

Типы конденсаторов

Мы рассмотрели основные характеристики, а также узнали, от чего зависит время зарядки и разрядки и как влияет ток утечки на заряд конденсатора. Все конденсаторы различаются по габаритам и внутренним характеристикам. Поэтому лучше знать типы конденсаторов, это пригодится в радиотехнике, электронике… Слева краткое обозначение (БМ, КД, БМТ и т.д.), а справа его расшифровка:

БМ - бумажный малогабаритный

БМТ - бумажный малогабаритный теплостойкий

КД - керамический дисковый

КЛС - керамический литой секционный

КМ - керамический монолитный

КПК-М - подстроечный керамический малогабаритный

КСО - слюдянной опресованный

КТ - керамический трубчатый

МБГ - металлобумажный герметизированный

МБГО - металлобумажный герметизированный однослойный

МБГТ - металлобумажный герметизированный теплостойкий

МБГЧ - металлобумажный герметизированный однослойный

МБМ - металлобумажный малогабаритный

ПМ - полистироловый малогабаритный

ПО - пленочный открытый

ПСО - пленочный стирофлексный открытый

Поляризированные и неполяризированные конденсаторы

При внимательном осмотре корпуса можно увидеть обозначение на полюсах «+» и «–». Те конденсаторы, у которых имеются такие обозначения, называются поляризированные , а те у которых их нет - неполяризированные . Эти обозначения обязательно следует учитывать (плюс к плюсу, мину к минусу), иначе при неправильном подключении конденсатор выйдет из строя. Но такое обозначение имеется не у всех устройств. К примеру, те устройства, ёмкость которых более 0,5 мкФ – поляризированные, а к неполяризированным можно отнести керамические дисковые и другие ёмкостные конденсаторы.

Основным элементом потерь является диэлектрик . При повышении частоты, влажности окружающей среды или потери возрастают. Например, при изменении температуры расстояние между обкладками изменяется и свойства конденсатора соответственно тоже. Минимальные потери имеют те устройства, диэлектрик которого выполнен из высокочастотной керамики, а также бумажные и сегнетокерамические диэлектрики.
В зависимости от конструкции и диэлектрика конденсаторы характеризуются различным температурным коэффициентом ёмкости (ТКЕ). Он показывает относительное изменение ёмкости при изменении температуры на 1°C. Причём температурный коэффициент ёмкости может быть как положительным, так и отрицательным. По значению и знака ТКЕ все конденсаторы делят на группы, которым присваивают буквенные обозначения и цвет корпуса.
Потери нужно учитывать при замене повреждённого конденсатора.

Прочтя этот текст, Вы узнали, что такое конденсатор и чем он характеризуется. Спасибо за внимание)))