Вам понадобится
Инструкция
Найдите напряжение между пластинами конденсатора, если известна текущая величина накопленной им энергии, а также его емкость. Энергия, запасенная конденсатором, может быть вычислена по формуле W=(C∙U²)/2, где C - емкость, а U - напряжение между пластинами. Таким образом, значение напряжения может быть получено как корень из удвоенного значения энергии, деленного на емкость. То есть, оно будет равно: U=√(2∙W/C).
Энергия, запасенная конденсатором, также может быть вычислена на основании значения содержащегося в нем заряда (количества электричества) и напряжения между обкладками. Формула, задающая соответствие между этими параметрами, имеет вид: W=q∙U/2 (где q - заряд). Следовательно, зная энергию и заряд конденсатора , можно вычислить напряжение между его пластинами по формуле: U=2∙W/q.
Поскольку заряд на конденсаторе пропорционален как приложенному к его пластинам напряжению, так и емкости устройства (он определяется формулой q=C∙U), то, зная заряд и емкость, можно найти и напряжение. Соответственно, для проведения расчета используйте формулу: U=q/C.
Для получения значения напряжения на конденсаторе с известными геометрическими и физическими параметрами, сначала рассчитайте его емкость. Для простого плоского конденсатора, состоящего из двух проводящих пластин, разделенных диэлектриком , расстояние между которыми пренебрежимо мало по сравнению с их размерами, емкость может быть вычислена по формуле: C=(ε∙ε0∙S)/d. Здесь d - расстояние между пластинами, а S - их площадь. Значение ε0 - электрическая постоянная (константа, равная 8,8542 10^-12 Ф/м), ε - относительная диэлектрическая проницаемость пространства между пластинами (ее можно узнать из физических справочников). Вычислив емкость, рассчитайте напряжение одним из методов, приведенных в шагах 1-3.
Для того чтобы знать, можно ли использовать в том или ином месте схемы конденсатор, следует определить его емкость . Способ нахождения этого параметра зависит от того, каким образом он обозначен на конденсаторе и обозначен ли вообще.
Вам понадобится
Инструкция
На крупных конденсаторах емкость обычно обозначена открытым текстом: 0,25 мкФ или 15 uF. В этом случае, способ ее определения тривиален.
На менее крупных конденсаторах
(в том числе , SMD) емкость
обозначается двумя или тремя цифрами. В первом случае, она обозначена в пикофарадах. Во втором случае, первые две цифры означают емкость
, а третья - в каких единицах она выражена:1 - десятки пикофарад;
2 - сотни пикофарад;
3 - нанофарады;
4 - десятки нанофарад;
5 - десятые доли микрофарады.
Существует также система обозначения емкости, использующая сочетания латинских букв и цифр. Буквы обозначают следующие цифры:A - 10;
B - 11;
C - 12;
D - 13;
E - 15;
F - 16;
G - 18;
H - 20;
J - 22;
K - 24;
L - 27;
M - 30;
N - 33;
P - 36;
Q - 39;
R - 43;
S - 47;
T - 51;
U - 56;
V - 62;
W - 68;
X - 75;
Y - 82;
Z - 91.Полученное число следует умножить на число 10, предварительно возведенное в степень, равную цифре, следующей после буквы . Результат будет выражен в пикофарадах.
Встречаются конденсаторы, емкость на которых не обозначена вообще. Вы наверняка встречали их, в частности , в стартерах ламп дневного света . В этом случае, измерить емкость можно только специальным прибором. Они бывают цифровыми и мостовыми.В любом случае, если конденсатор впаян в то или иное устройство, его следует обесточить, разрядить в нем конденсаторы фильтра и сам конденсатор, емкость которого следует измерить, и лишь после этого выпаять его. Затем его необходимо подключить к прибору.На цифровом измерителе сначала выбирают самый грубый предел, затем переключают его до тех пор, пока он не покажет перегрузку. После этого переключатель переводят на один предел назад и читают показания, а по положению переключателя определяют, в каких единицах они выражены.На мостовом измерителе, последовательно переключая пределы , на каждом из них прокручивают регулятор из одного конца шкалы в другой, пока звук из динамика не исчезнет. Добившись исчезновения звука , по шкале регулятора считывают результат, а единицы, в которых он выражен, также определяют по положению переключателя.Затем конденсатор устанавливают обратно в устройство.
Обратите внимание
Никогда не подключайте к измерителю заряженные конденсаторы.
Источники:
Найти значение электрического заряда можно двумя способами. Первый – измерить силу взаимодействия неизвестного заряда с известным и с помощью закона Кулона рассчитать его значение. Второй – внести заряд в известное электрическое поле и измерить силу, с которой оно действует на него. Для измерения заряда протекающего через поперечное сечение проводника за определенное время измерьте силу тока и умножьте ее на значение времени.
Вам понадобится
Инструкция
Измерение заряда при его взаимодействии с известным зарядомЕсли известен заряд одного тела, поднесите к нему неизвестный заряд и измерьте расстояние между ними в метрах. Заряды начнут взаимодействовать. С помощью динамометра измерьте силу их взаимодействия. Рассчитайте значение неизвестного заряда - для этого квадрат измеренного расстояния умножьте на значение силы и поделите на известный заряд. Полученный результат поделите на число 9 10^9. Результатом будет значение заряда в Кулонах (q=F r²/(q0 9 10^9)). Если заряды отталкиваются, то они одноименные, если же притягиваются – разноименные.
Измерение значения заряда , внесенного в электрическое полеИзмерьте значение постоянного электрического поля специальным прибором (измеритель электрического поля). Если такого прибора нет, возьмите воздушный конденсатор, зарядите его, измерьте напряжение на его обкладках и поделите не расстояние между пластинами – это и будет значение электрического поля внутри конденсатора в вольтах на метр. Внесите в поле неизвестный заряд. С помощью чувствительного динамометра измерьте силу, которая на него действует. Измерение проводите в ньютонах . Поделите значение силы на напряженность электрического поля. Результатом будет значение заряда в Кулонах (q=F/Е).
Измерение заряда , протекающего через поперечное сечение проводникаСоберите электрическую цепь с проводниками и последовательно подключите к ней амперметр. Замкните ее на источник тока и измерьте силу тока с помощью амперметра в амперах. Одновременно секундомером засеките время , в течение которого в цепи был электрический ток. Умножив значение силы тока на полученное время, узнайте заряд, прошедший через поперечное сечение каждого проводника за это время (q=I t). При измерениях следите, чтобы проводники не перегревались и не произошло короткое замыкание.
Конденсатором называется устройство, способное накапливать электрические заряды. Количество накапливаемой электрической энергии в конденсаторе характеризуется его емкостью . Она измеряется в фарадах. Считается, что емкость в один фарад соответствует конденсатору, заряженному электрическим зарядом в один кулон при разности потенциалов на его обкладках в один вольт.
Состоит из двух пластин (или обкладок), находящихся одна перед другой и сделанных из проводящего материала. Между пластинами находится изолирующий материал, называемый диэлектриком (рис. 4.1). Простейшими диэлектриками являются воздух, бумага, слюда и т. д.
Рис. 4.1
Зарядка конденсатора
Основным свойством конденсатора является его способность запасать электрическую энергию в виде электрического заряда.
На рис. 4.2(а) изображена схема, в которой конденсатор соединяется через ключ с источником питания. Когда ключ замкнут (рис. 4.2(б)), положительный полюс источника «откачивает» электроны с обкладки А, и она приобретает положительный заряд. Отрицательный полюс источника питания тем временем «поставляет» электроны на обкладку В, в результате чего она приобретает отрицательный заряд, по абсолютной величине равный положительному заряду обкладки А. Такой поток электронов называется током заряда. Он продолжает течь до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не сравняется с ЭДС источника питания. В этом случае говорят, что конденсатор полностью заряжен. Электрический заряд обозначается буквой Q, а его величина измеряется в кулонах (Кл).
Рис. 4.2.
Когда конденсатор заряжен, между его обкладками возникает разность потенциалов, а следовательно, и электрическое поле.
Если в момент, когда конденсатор уже зарядился, разомкнуть ключ (рис. 4.2(в)), конденсатор будет хранить заряд. В этом случае внутри диэлектрика между обкладками возникает электрическое поле. При разряде конденсатора через сопротивление нагрузки (рис. 4.2(г)) электрическое ноле исчезает.
Емкость конденсатора
Способность конденсатора накапливать электрический заряд называется емкостью, а величина этой емкости обозначается буквой С и измеряется в фарадах (Ф). Фарада - очень большая единица емкости, и поэтому она практически не используется. Чаще используются дробные единицы:
1 микрофарада (мкФ) = Ф = 10 -6 Ф,
1 пикофарада (пФ) = мкФ = 10 -6 мкФ = 10 -12 Ф.
Емкость конденсатора возрастает с увеличением площади обкладок и убывает с увеличением расстояния между ними.
Например, при возрастании площади обкладок вдвое емкость также увеличивается в два раза. Если же увеличить вдвое расстояние между обкладками, емкость станет вдвое меньше.
Связь заряда, емкости и напряжения
Если конденсатор заряжен до разности потенциалов V , его заряд определяется формулой Q=CV
где С выражается в фарадах, V – в вольтах, а Q – в кулонах. Преобразовав эту формулу, получим:
Энергия заряженного конденсатора
Энергия W, запасенная конденсатором, определяется формулой
где W выражается в джоулях, С – в фарадах, а V - в вольтах.
Параллельное и последовательное соединение конденсаторов
Если два конденсатора, С1 и С2, соединены параллельно (рис. 4.3(а)), результирующая емкость СТ такого соединения равна сумме емкостей этих конденсаторов:
Если конденсаторы соединены последовательно (рис. 4.3(б)), результирующая емкость СТ оказывается меньше емкости любого из конденсаторов я выражается формулой
Например, если С1 = С2, то результирующая емкость СТ последовательного соединения равна половине емкости любого из конденсаторов:
Напряжение на последовательно соединенных конденсаторах
На схеме, показанной на рис. 4.4, конденсаторы С1 и С2 соединены последовательно и подключены к источнику постоянного напряжения VТ. Полное напряжение VТ будет поделено между С1 и С2 таким образом, что на конденсаторе меньшей емкости установится большее напряжение,
Рис. 4.3. Параллельное (а) и последовательное (б) соединение конденсаторов.
Рис. 4.4. Напряжение на конденсаторах при их последовательном соединении
и наоборот.
Сумма V1 (напряжения на С1) и V2 (напряжения на С2) всегда равна полному напряжению VТ.
В общем случае, когда несколько конденсаторов, соединенных последовательно, подключено к источнику постоянного тока, напряжение на каждом из конденсаторов обратно пропорционально его емкости. При последовательном соединении двух конденсаторов напряжения на С1 и С2 соответственно равны
Пример 1
Определим результирующую емкость цепи, изображенной на рис. 4.5. Результирующая емкость параллельного соединения равна
С2 + С3 = 10 + 20 = 30 пФ
Поскольку емкость С1 также равна 30 пФ, то результирующая емкость всей цепи равна ½*30 = 15 пФ.
Рис. 4.6. Рис. 4.7.
Пример 2
На рис. 4.6 напряжение на конденсаторе С1 равно
откуда напряжение на С2 равно 30 – 20 = 10 В.
Рабочее напряжение
Любой конденсатор характеризуется некоторым максимальным напряжением, при превышении которого наступает пробой диэлектрика. Это напряжение называется рабочим, или номинальным, напряжением конденсатора, и подаваемое на конденсатор напряжение ни в коем случае не должно его превышать. При использовании конденсатора в цепях переменного тока амплитудное значение напряжения в цепи также не должно превышать рабочего напряжения конденсатора. Рабочим напряжением для батареи конденсаторов, соединенных параллельно, является наименьшее из рабочих напряжений конденсаторов, входящих в схему, Например, рабочее напряжение для цепи, изображенной на рис. 4.7, равно 25 В.
Для конденсаторов, соединенных последовательно, рабочее напряжение подбирать труднее. Рассмотрим схему на рис. 4.8. Конденсатор С1 (1 мкФ, рабочее напряжение Vраб = 25 В) соединен последовательно с конденсатором С2 (10 мкФ, Vраб = 10 В). Поскольку на конденсаторе С1, обладающем меньшей емкостью, установится большее напряжение, чем на С2, то при расчетах следует прежде всего иметь в виду рабочее напряжение конденсатора С1, равное 25 В. Таким образом, V1 = 25 В. соотношения V1/ V2 = С1/ С2 следует, что
Поскольку рабочее напряжение конденсатора С2 выше, чем V2, рабочее напряжение данной батареи конденсаторов равно 25 + 2,5 = 27,5 В.
Следует заметить, что если бы рабочее напряжение конденсатора было равно, например, 2 В, как показано на рис. 4.9, то он зарядился бы
Рис. 4.8. Рис. 4.9.
Рис. 4.10. Рис. 4.11 . Катушка индуктивности
до уровня рабочего напряжения прежде, чем напряжение на конденсаторе С1 достигло бы 25 В. Вот расчет для этого случая:
V2 = 2 В, тогда.
Следовательно, рабочее напряжение такой батареи будет составлять 20 + 2 = 22 В.
Пример 3
Конденсаторы С1 и С2, изображенные на рис. 4.10, имеют каждый рабочее напряжение 60 В. Какое максимальное напряжение может быть приложено к этой схеме?
Решение
Поскольку на конденсаторе С1 установится более высокое напряжение, чем на конденсаторе С2, то напряжение на нем раньше достигнет уровня рабочего напряжения. При V1 = 60 В
Максимальное напряжение, которое может быть подано на данную схему, составляет 60 + 20 = 80 В.
В этом видео рассказывается о понятии конденсатора:
Конденсатор - это элемент электрической цепи, способный, при небольшом размере, накапливать электрические заряды достаточно большой величины . Самой простой моделью конденсатора является два электрода, между которыми находится любой диэлектрик. Роль диэлектрика в нем выполняют бумага, воздух, слюда и другие изолирующие материалы, задача которых не допустить соприкосновения обкладок.
Емкость . Это основное свойство конденсатора. Измеряется в Фарадах и вычисляется по следующей формуле (для плоского конденсатора):
где С, q, U - это соответственно емкость, заряд, напряжение между обкладками, S –площадь обкладок, d – расстояние между ними, - диэлектрическая проницаемость, - диэлектрическая постоянная, равная 8,854*10^-12 Ф/м..
Полярность конденсатора ;
Номинальное напряжение ;
Удельная емкость и другие .
Величина емкости конденсатора зависит от
Площадь пластин . Это понятно из формулы: емкость прямо пропорциональна заряду. Естественно, увеличив площадь обкладок, получаем большее количество заряда.
Расстояния между обкладками . Чем они ближе расположены, тем больше напряженность получаемого электрического поля.
Наиболее распространенные конденсаторы - это плоские и цилиндрические. Плоские состоят из пластин, удаленных друг от
друга на небольшое расстояние. Цилиндрические, собираются при помощи цилиндров равной длины и разного диаметра. Все конденсаторы, в принципе, устроены одинаково. Разница, в основном, в том, какой материал используется в качестве диэлектрика. По типу диэлектрической среды и классифицируют конденсаторы, которые бывают жидкими, вакуумными, твердыми, воздушными.
При подключении к источнику постоянного тока, обкладки конденсатора заряжаются, одна приобретает положительный потенциал, а другая отрицательный. Между обкладками противоположные по знаку, но равные по значению, электрические заряды создают электрическое поле. Когда напряжения станут одинаковыми и на обкладках, и на источнике подаваемого тока, движение электронов прекратится и зарядка конденсатора закончится. Определенный промежуток времени конденсатор сохраняет заряды и выполняет функции автономного источника электроэнергии. В таком состоянии он может находиться достаточно долгое время. Если вместо источника, включить в цепь резистор, то конденсатор разрядится на него.
При подключении прибора к переменному или постоянному току в нем будут происходить разные процессы. Постоянный ток не пойдет по цепи с конденсатором. Так как между его обкладками находится диэлектрик, цепь фактически разомкнута.
Переменный ток , за счет того что периодически меняет направление, может проходить через конденсатор. При этом происходит периодический разряд и заряд конденсатора. На протяжении первой четверти периода заряд идет до максимума, в нем запасается электроэнергия, в следующую четверть конденсатор разряжается и электрическая энергия возвращается обратно в сеть. В цепи переменного тока, конденсатор обладает кроме активного сопротивления, еще и реактивной составляющей. Кроме того, в конденсаторе, ток опережает напряжение на 90 градусов, это важно учитывать, при построении векторных диаграмм .
Конденсаторы используются в радиотехнике, электронике, автоматике. Конденсатор –незаменимый элемент, который применяется во многих отраслях электротехники, на предприятиях, в научных разработках. Как пример, при необходимости, выступает в качестве разделителя токов: переменного и постоянного, применяется в конденсаторных установках, если необходимо компенсировать реактивную мощность , применяется как накопитель электричества в электросетях.
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:
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.
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
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)))
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: 
