У дома · Измервания · Какъв е електрическият капацитет на кондензатор за напрежение? Капацитет на кондензатор: същност и основни характеристики

Какъв е електрическият капацитет на кондензатор за напрежение? Капацитет на кондензатор: същност и основни характеристики

Плосък кондензаторобикновено се нарича система от плоски проводящи плочи - плочи, разделени от диелектрик. Простотата на дизайна на такъв кондензатор го прави сравнително лесно да се изчисли неговият електрически капацитет и да се получат стойности, които съвпадат с експерименталните резултати.

Нека закрепим две метални плочи върху изолационни стойки и да ги свържем към електрометъра, така че едната плоча да бъде свързана към пръта на електрометъра, а втората към неговия метален корпус (фиг. 4.71). С тази връзка електрометърът ще измери потенциалната разлика между плочите, които образуват плосък кондензатор от две плочи. Когато провеждате изследване, трябва да запомните това

при постоянна стойност на заряда на плочите намаляването на потенциалната разлика показва увеличаване на електрическия капацитет на кондензатора и обратно.

Нека дадем противоположни заряди на плочите и да отбележим отклонението на стрелката на електрометъра. Приближавайки плочите една до друга (намалявайки разстоянието между тях), ще забележим намаляване на потенциалната разлика. Така с намаляване на разстоянието между плочите на кондензатора неговият електрически капацитет се увеличава. С увеличаване на разстоянието показанията на стрелката на електрометъра се увеличават, което е доказателство за намаляване на електрическия капацитет.

обратно пропорционална на разстоянието между плочите му.

C~ 1 / д,

Където д-разстояние между плочите.

Тази зависимост може да бъде изобразена чрез графика на обратно пропорционална зависимост (фиг. 4.72).

Ще изместим плочите една спрямо друга в успоредни равнини, без да променяме разстоянието между тях.

В този случай площта на припокриване на плочите ще намалее (фиг. 4.73). Увеличаването на потенциалната разлика, отбелязано от електрометъра, ще покаже намаляване на електрическия капацитет.

Увеличаването на площта на припокриване на слоевете ще доведе до увеличаване на капацитета.

Електрически капацитет плосък кондензатор пропорционално на площта на плочите, които се припокриват.

C~С,

Където С-площ на плочата.

Тази зависимост може да бъде представена чрез графика на пряка пропорционална зависимост (фиг. 4.74).

След като върнем плочите в първоначалното им положение, въвеждаме плосък диелектрик в пространството между тях. Електрометърът ще забележи намаляване на потенциалната разлика между плочите, което показва увеличаване на електрическия капацитет на кондензатора. Ако между плочите се постави друг диелектрик, тогава промяната в електрическия капацитет ще бъде различна.

Електрически капацитет на плосък кондензатор зависи от диелектричната константа на диелектрика.

° С ~ ε ,

Където ε е диелектричната константа на диелектрика. Материал от сайта

Тази зависимост е показана на графиката на фиг. 4.75.

Експерименталните резултати могат да бъдат обобщени във формата формули за капацитета на плосък кондензатор:

C=εε 0 С/д,

Където С— площ на плочата; д— разстоянието между тях; ε — диелектрична константа на диелектрика; ε 0 - електрическа константа.

Кондензаторите, които се състоят от две пластини, се използват много рядко в практиката. По правило кондензаторите имат много пластини, свързани помежду си по определен модел.

На тази страница има материали по следните теми:

  • Графика на електрическия капацитет на плосък кондензатор спрямо площта на неговите пластини

  • С увеличаване на площта на припокриване на плочите, зарядът на плочите на кондензатора

  • Теория на плоските кондензатори

  • Как диелектрикът влияе на електрическия капацитет?

  • Съобщение по темата за електрически капацитет

Въпроси относно този материал:

  • Каква е структурата на кондензатор с паралелни пластини?

  • Чрез промяна на каква стойност в експеримента можем да направим заключение за промяна на електрическия капацитет?

  • Капацитет на кондензатора – физическо количество, характеризиращ процеса на зареждане на проводници, разделени от диелектричен слой. Използва се в многобройни математически изчисления и е маркиран върху корпуса на продукта.

    Формули

    Електрическият капацитет на кондензатор обикновено се изразява по отношение на съхранения заряд q при приложено напрежение U, както следва:

    Що се отнася до произхода на формулата, има една мистерия. Знаем само: от теоремата за опън на Гаус електрическо полеНека намерим електрическия капацитет на кондензатора. Никъде не е посочено кой е извършил изчислението. Физическата величина фарад първоначално отсъства от системата GHS; през 1861 г. тя е въведена от специална комисия, сформирана от физици.

    Според някои сведения, за първи път електрическият капацитет на кондензатор е определен от лицето, което въвежда термините в употреба. Имаме предвид Алесандро Волта. В края на 70-те години (XVIII век) ученият посвети много изследвания на въпроса и установи: електрическият капацитет може да бъде изразен чрез натрупания заряд и напрежението, приложено към електродите.

    Освен това често можете да намерите формулата за електрическия капацитет на плосък кондензатор:

    Авторите избягват да преценяват кой е участвал в изчисленията на израза. Логично погледнато, едва ли някой се е интересувал от електрическия капацитет на плоския кондензатор преди да се роди изобретението на Полак. Лайденските буркани разпределят заряда по различен начин. Разсъжденията водят до началото на 20 век. Може би Тесла и Херц са се справили с проблема. По-рядко - Попов.

    Фамилиите се назовават въз основа на критерии за интерес променлив ток. Тесла изучава безопасността на електричеството, предаването на дълги разстояния и проектира двигатели. Херц и Попов изследваха антени, които очевидно са настроени на определена дължина на вълната, което е по-лесно да се получи с помощта на осцилиращ кръг. Следователно учените трябва да имат представа за електрическия капацитет на кондензатор и индуктори.

    Джеймс Максуел, лорд Келвин, Вилхелм Вебер обърнаха много внимание на подобряването унифицирани системиизмервания на физически величини Има известна вероятност някой да е имал пръст в изследването на кондензаторите. Едно е ясно - в световната история на естествените науки има много бели петна, когато става дума за рускоезични източници. Порталът VashTekhnik ще бъде един от първите, които публикуват най-новите изследвания в областта на правилното разбиране на случилите се събития.

    История

    За нетърпеливите читатели веднага съобщаваме: Алесандро Волта всъщност въведе термина капацитет. Не е известно точно дали някой го е използвал преди, но в работата си италианският учен, наричайки електрофора кондензатор, едновременно прилага термина капацитет към него. Като съд, в който можете да "излеете" заряд от контейнер. Нарича се кондензатор, защото процесът е подобен на отлагането на пари: постепенно ще вземем произволно количество електричество. И от общо взетоПравилно е.

    Терминът кондензатор

    Исторически, Лайденският буркан трябва да се счита за първия кондензатор. И до ден днешен се води дебат кой е изобретил устройството, тъй като и двамата учени, увлечени от събитията, избягват да водят спретнати записи; едно нещо е безспорно - електрическият капацитет на устройството не може да бъде измерен, нямаше съответстваща концепция за „ електрически капацитет на кондензатор."


    Екранна снимка на печатна версия на трактата на Волта, 1782 г

    Човекът, който е измислил термина, е бил безсилен да произнесе думата по-рано от Алесандро Волта през 1782 г., докладвайки на Кралското научно дружество за изследвания в областта на електростатиката. Да разберем откъде идва електричеството. Известно е, че през следващите пет години Луиджи Галвани ще открие „животински електричество“, което води Волта направо до създаването на първата батерия. Отчитайки се пред обществото, младият учен е лишен от споменатите знания, светилото се опитва да разбере откъде идва зарядът. Той разсъждава по следния начин: „Към днешна дата има много доказателства за съществуването атмосферно електричество. Хората са безсилни да намерят следи от присъствие. Може да означава: съществуващите електроскопи са твърде слаби и не могат да открият такава фина материя. Затова трябва да намерим начин да извадим течностите от въздуха.

    Прилагайки на практика казаното, Алесандро Волта предлага устройство, наречено електрофор (да не се бърка с него). Устройството улавя течности от атмосферен проводник (въздух). Принципът на сервиране на Volta наподобява процеса на кондензация: тя събира електричество.

    Електрофор

    Западът нарича електрофора генератор от капацитивен тип. Горното предполага, че такава дефиниция е възприета благодарение на Волта, написана от Английското кралско общество. Устройството е изобретено от друг човек - шведският физик Джон Кларк Уилке. Това се случи две десетилетия по-рано - 1762 г.

    Днес се смята, че Волта е дал популярност на устройството, наричайки своя любим вечен генератор на електричество. Това също е по същество правилно; можете да търкате гума хиляди години. „Кондензаторът“ прилича повече (вижте фигурата) на масивен печат. Отгоре, освен основната централна ръкохватка, има и странична - за премахване на негативния потенциал. Виждаме три слоя:

    1. Подложката е по избор, върху нея е залепена гума.
    2. Тънък слой каучук служи като тяло на наелектризиране чрез триене.
    3. Отгоре има тънък метален лист, оборудван с две дръжки, едната (централна) е изолирана.


    Външен вид на електрофор

    След като започнете работа, трябва да премахнете „уплътнението“ и да разтриете гумата с вълна. След това гладкият диск се поставя обратно. Площта на контакт с гумата е малка поради наличната грапавост; положителен заряд не се придобива бързо. Трябва да изчакаме. Операторът заземява капака за кратък момент със страничната дръжка, премахвайки отрицателния заряд, оставяйки положителен заряд на дъното. Когато докоснете метала с една ръка, можете да чуете ясно чуваем пращене. След повдигане на капака гумата носи излишък от електрони, което позволява експериментът да се повтори няколко пъти (трудно е да се повярва, някои източници казват стотици повторения).

    Разделяйки телата чрез издърпване на изолиращата дръжка с рязко движение, операторът получава статично електричество. Изобретението, доста революционно, трябва да се отбележи, че се появи няколко години след премахването на закона за лова на вещици. Според Волта кръгът от гума трябва да е възможно най-тънък, около 50 от инча. Успява да постигне най-добрия резултат. Металният лист всъщност също е плоча. В противен случай трябва да изчакате дълго време, докато обемът на проводника се запълни. На общ език "кондензаторът" се нарича гумен пай. Питка покрита с метална плънка.

    Наистина ли електрофорът е неизчерпаем източник на енергия? IN идеални условия, въпреки че е трудно да се повярва. Отрицателният заряд на гумата поляризира металната плоча, създавайки определен потенциал. Принудително излязъл върху външна повърхностелектроните се отстраняват чрез докосване на заземяващия електрод. Остава да се разделят компонентите на електрофора. След като унищожите положителния заряд чрез докосване и чуете звука на искра, можете да започнете експеримента отново.

    Електрофорът наистина прилича на кондензатор. След отстраняване на излишния отрицателен заряд, той всъщност се превръща в споменатото устройство. Кондензаторът не може да се съхранява дълго време, тъй като електроните от гумата постепенно ще потекат върху метала. Устройството ще бъде разредено. Всъщност каучукът и металът са разделени един от друг с въздух, който служи като диелектрик. Вместо гума използваме различни полимери, например тефлон.

    Остава да се отбележи: по времето на Волта не са знаели методи за освобождаване на гумата от статичен заряд. "Облицовката" на кондензатора би могла за дълго времесъхранява товар от електрони. Волта предлага да поставите пробата под слънчеви лъчи, или преместете горяща свещ наблизо. Чрез йонизирания пламък електроните напускат кондензатора. Днес е ясно, че е достатъчно гумата да се измие, за да не останат следи от статично напрежение. За да работи, ще трябва да го изсушите отново.

    Лайденски буркан

    Смята се, че именно Феликс Савари е открил трептенията на резонансната верига. Докато изпразвах лайденски буркан през усукана медна нишка, наблюдавах хаотичното движение на стрелката на компаса. 1826 г., когато Англия, Франция, Германия и отчасти Италия трескаво изследват нов феномен, въведен в научния свят от Ерстед.


    Историята на създаването може да се прочете в съответния преглед. Трябва да се каже, че никой не се опита да разбере какъв е електрическият капацитет на кондензатора. Не е необходимо по очевидни причини: Лайденският буркан се използва главно от научната общност за решаване на конкретни проблеми. Опитът на Феликс Савари дълго време остава незабелязан...

    През 1842 г. нашият стар приятел, сър Джоузеф Хенри, изобретател и ентусиаст на телеграфа, се зае с осцилаторната верига и електрическия капацитет на кондензатор. Напишете го в писмена форма, след като изпробвате бележките на Savary на практика:

    „Аномалия, която толкова дълго остава необяснена, която на пръв поглед изглежда, че съществува в противоречие с нашата теория за електричеството и магнетизма, след внимателно проучване я класифицирах като неизвестен досега феномен. Изпускането се появява странно (противно на теорията на Франклин), усещането, че при излизане от буркана течността започва да се скита напред-назад. Това, което видяхме, ни принуждава да признаем: процесът започва по нормален начин, след това се случват няколко промени в посоката, всеки път амплитудата става по-малка, докато движенията изчезнат напълно. Очевидно феноменът не може да бъде обяснен днес; физиците се срещнаха с него (Савари), но бяха безсилни.

    Очевидно ученият изобщо не се интересува от електрическия капацитет на кондензатора - мислите му са погълнати от аномалията, която би искал да изследва. Пет години по-късно физикът Хелмхолц, който прочете доклада на Хенри на среща на Берлинското физическо общество, каза:

    „Докато извършвах електролиза, забелязах необичайни колебания. Това усещане, процесът на трептене продължава, докато самата vis viva изчезне завинаги, погълната от общото съпротивление на веригата. Човек създава впечатлението, че два тока с противоположни посоки текат по веригата, първо единият, а след това другият поема.

    Спорът е сложен край на известния Уилям Томсън, наречен лорд Келвин. След като изучи процеса математически, той заяви: във веригата очевидно има неща като електрическия капацитет на кондензатора и индуктивността на сгънатия Меден проводник. Преходните електрически токове се превърнаха в класика. Въпреки че Лорд Томсън нарича индуктивността електродинамичен капацитет, значението на формулата е недвусмислено. Ученият беше първият, който каза: енергията се прехвърля между кондензатор и индуктор, като постепенно отслабва чрез активно съпротивлениевериги.

    Формулата, показана на фигурата, е дадена в съвременни стойности, обозначенията са стандартни. C е електрическият капацитет на кондензатора, L е индуктивността на намотката, q е количеството заряд, I е токът на веригата. Други символи се отнасят до операциите за диференциране. Терминът индуктивност е въведен много по-късно – през 1886 г. от Оливър Хевисайд. Формула резонансна честота, който зависи от електрическия капацитет на кондензатора и индуктивността на намотката, е получен от Джеймс Максуел през 1868 г.

    Електрически капацитет– количествена мярка за способността на проводника да задържа заряд.

    Най-простите начини за разделяне на различни имена електрически заряди– наелектризиране и електростатична индукция – позволяват получаването на малко количество свободни електрически заряди на повърхността на телата. Те се използват за натрупване на значителни количества противоположни електрически заряди кондензатори.

    Кондензаторе система от два проводника (плочи), разделени от диелектричен слой, чиято дебелина е малка в сравнение с размера на проводниците. Например, образуват се две плоски метални пластини, разположени успоредно и разделени от диелектричен слой апартаменткондензатор.

    Ако на пластините на плосък кондензатор се дадат заряди, равни по големина противоположен знак, тогава напрегнатостта на електрическото поле между плочите ще бъде два пъти по-силна от напрегнатостта на полето на една плоча. Извън плочите напрегнатостта на електрическото поле е нула, тъй като зарядите са еднакви различен знаквърху две плочи се създават електрически полета извън плочите, чиято интензивност е еднаква по големина, но противоположна по посока.

    Капацитет на кондензаторае физическо количество, определено от съотношението на заряда на една от плочите към напрежението между плочите на кондензатора:

    При постоянно положение на плочите, електрическият капацитет на кондензатора е постоянна стойност за всеки заряд на плочите.

    Единицата за електрически капацитет в системата SI е фарад. 1 F е електрическият капацитет на такъв кондензатор, чието напрежение между плочите е равно на 1 V, когато на плочите са дадени противоположни заряди от 1 C всяка.



    Електрическият капацитет на плосък кондензатор може да се изчисли по формулата:

    S - площ на кондензаторните пластини

    d – разстояние между плочите

    – диелектрична проницаемост на диелектрика

    Електрическият капацитет на топката може да се изчисли по формулата:

    Енергия на зареден кондензатор.

    Ако напрегнатостта на полето вътре в кондензатора е E, тогава напрегнатостта на полето, създадена от заряда на една от плочите, е E/2. В еднородното поле на една плоча има заряд, разпределен по повърхността на другата плоча. Според формулата за потенциална енергиязаряд в еднородно поле, енергията на кондензатора е равна на:

    Използване на формулата за капацитет на кондензатор:

    Кондензатори.

    Ако на изолиран проводник се даде заряд Dq, тогава потенциалът му ще се увеличи с Dj и съотношението Dq/Dj остава постоянно: Dq/Dj=C, където C е електрически капацитет на проводника, т.е. величина, числено равен на заряда, който трябва да се съобщи на проводника, за да се увеличи потенциалът му с единица (с 1V). Електрическият капацитет на проводниците зависи от техния размер, форма, диелектрични свойства на средата, в която са поставени, и местоположението на околните тела, но не зависи от материала на проводника. В SI за единица електрически капацитет 1 фарад (F): [C]=1A=1kl/1V=1A 2 *s 4 /kg*m 2. Капацитет, равен на 1F, е много голям, така че на практика по-често се използват единиците микрофаради (1 µF = 10 -6 F) или пикофаради (1 µF = 10 -12 F). Кондензаторът е система от два проводника (плочи), които не са свързани помежду си. Често между плочите се поставя диелектрик. Когато тези проводници са заредени с равни и противоположни заряди, полето, създадено от тези проводници, е почти напълно локализирано в пространството между тях. Кондензаторите са устройства за съхранение на електрически заряди. Съотношението на заряда на плочата на кондензатора към потенциалната разлика между тях е постоянен: q/(j 1 -j 2)=C.

    Плосък кондензаторсе състои от две плочи с площ S, разположени на малко разстояние d една от друга, заряди на плочите +q и –q. Като цяло, ако пространството между плочите е запълнено с диелектрик с диелектрична константа e, тогава напрегнатостта на електростатичното поле между плочите е равна на сумата от напрегнатостта на полето, създадено от всяка от плочите.

    E=s/e 0 e. Капацитетът на плоския кондензатор е C=e 0 eS/d.

    Паралелно и последователно свързване на кондензатори. На практика кондензаторите често са свързани различни начини. намирам еквивалентен капацитет- това означава намиране на кондензатор с такъв капацитет, който при същата потенциална разлика ще натрупа същия заряд q като банка от кондензатори. При серийна връзка N кондензатори, зарядът на плочите е еднакъв, напрежението на цялата батерия от кондензатори е равно на сумата от напреженията на всеки кондензатор поотделно: U общо =U 1 +U 2 +U 3 +...+UN N, а общият капацитет на N кондензатора е 1/C общ =1 /С 1 +1/С 2 +1/С 3 +...+1/С N . При паралелна връзкакондензатори, напрежението U на всички кондензатори е еднакво и общият капацитет C total на батерията е равен на сумата от капацитетите на отделните кондензатори, C total = C 1 + C 2 + C 3 +... + C Н.

    Както в индустрията, така и в Ежедневиеточесто е необходимо да се създаде голямо количествоположителни и отрицателни Ясно е, че това не може да стане с помощта на наелектризиране на телата. Оказва се, че имате нужда от специално устройство. Такова устройство е кондензатор.

    Кондензаторът е проста система, състояща се от диелектрик, разделящ две пластини. В този случай е много важно дебелината на този диелектрик да е малка в сравнение с размерите на самите тези плочи, тоест проводниците.

    Най-простият тип електрически капацитивни устройства е комплекс от две метални пластиниразделени от някакъв вид диелектрик. Ако доведем до тези плочи електричество, тогава количествената стойност на интензитета на електрическото поле, което възниква между тях, ще бъде почти два пъти по-голяма от същата интензивност за една от тези плочи.

    Най-важният показател, характеризиращ тази система, е кондензатор от гледна точка на основите на електромеханиката, равен на съотношението на заряда на една от използваните плочи към напрежението между проводниците на това устройство. IN общ изгледКапацитетът на кондензатора ще изглежда така:

    Ако позицията на плочите в пространството остане непроменена за дълго време, тогава електрическият капацитет на кондензатора остава постоянен (независимо от количествените показатели на заряда на плочите).

    В Международната система за физически измервания електрическият капацитет на кондензатор се измерва във фаради (F). Според тази класификация един фарад характеризира електрическия капацитет на устройство, в което напрежението между диелектриците е един волт, а количеството заряд, подаден към плочите, е равно на един кулон.

    Всъщност един фарад е много голяма стойност, така че най-често използваните единици са микрофарад, нанофарад и дори пикофарад.

    Електрическият капацитет на плосък кондензатор ще зависи пряко от площта на неговите плочи и ще се увеличи с намаляване на разстоянието между тях. За да се увеличи значително електрическият капацитет на тези устройства, между проводниците се въвеждат определени диелектрици.


    Най-често електродите за кондензатори са направени от тънко фолио, а като основно уплътнение се използват хартия, слюда или керамика. В съответствие с материала, който служи като основа за диелектриците, кондензаторите получават имената си - хартия, керамика, въздух, слюда. Доста широко разпространена в напоследъкима електролитни кондензатори, които въпреки доста компактните си размери имат значителен електрически капацитет. Благодарение на тези качества те се използват активно в домакински уреди, а също и като токоизправители на електрически ток.

    Кондензаторите са сред най-незаменимите електрически устройства, без които би било просто невъзможно да се създадат повечето битови и електрически измервателни уреди.