Nabíjanie q pripojené na vodič je rozložené na jeho povrchu tak, aby intenzita poľa vo vnútri vodiča bola nulová. Ak vodič hlási rovnaký náboj q, potom sa rozdelí na povrch vodiča. Z toho vyplýva, že potenciál vodiča je úmerný náboju na ňom:
q = Cφ (12,49)
Koeficient proporcionality C sa nazýva elektrická kapacita:
Elektrická kapacita vodiča alebo systémy vodičov - fyzikálne množstvo charakterizujúce schopnosť vodiča alebo systému vodičov akumulovať elektrické náboje.
Jednotka elektrickej kapacity je farad (f).
Napríklad vypočítame elektrickú kapacitu solitárneho vodiča, ktorý má tvar gule. Pomocou vzťahu medzi potenciálom a silou elektrostatického poľa píšeme
(12.51)
R je polomer gule.
Pri výpočte predpokladáme, že φ ∞ = 0. Zistili sme, že elektrická kapacita osamotenej gule sa rovná
(12.52)
Z vzťahu je zrejmé, že elektrická kapacita závisí od geometrie vodiča aj od relatívnej dielektrickej konštanty média.
kondenzátory
Je systém dvoch vodičov, dosiek, oddelených dielektrikom, ktorých hrúbka je malá v porovnaní s rozmermi dosiek, potom elektrické pole, vytvorený nábojmi na kondenzátore, bude takmer úplne sústredený medzi jeho doskami (obrázok 12.33). Elektrická kapacita je určená geometriou kondenzátora a dielektrickými vlastnosťami média plniaceho priestor medzi doskami.
Spôsob vykonania rozlišuje ploché, valcové, sférické a vrstvené kondenzátory.
Ploché kondenzátory (Ris.12.34). Elektrická kapacita plochého kondenzátora
(12.53)
(S je plocha kondenzátorovej dosky, d je vzdialenosť medzi doskami, e je relatívna dielektrická konštanta média plniaca priestor medzi doskami).
(12.54)
(R1 a R2 sú polomery axiálnych valcov, l je dĺžka generátorového valca).
Sférické kondenzátory(Ris.12.36) . Elektrický kapacitný sférický kondenzátor
(12.55)
(R2 a R1 sú polomery gule, e je relatívne dielektrická konštanta prostredie vyplňujúce medzeru medzi guľami).
Laminované kondenzátory. Kapacita vrstveného kondenzátora, t.j. kondenzátor, ktorý má vrstvený dielektrikum,
(12.56)
Získať požadovanú elektrickú kapacitu kondenzátory pripojiť do batérie. Existujú dva kondenzátorové pripojenia: paralelné a sériové.
na paralelné prípojka kondenzátory celková kapacita batérie je
q 
= q 1 + q 2 + q 3, ale keďže q 1 = U AB C 1; q 2 = U AB C 2; q n = U AB C n, potom q = U AB (C 1 + C 2 + ... + C n), odkiaľ 
tj
V elektrotechnike existujú rôzne možnosti pripojenia elektrických komponentov. Konkrétne ide o sériové, paralelné alebo zmiešané pripojenie kondenzátorov v závislosti od potrieb obvodu. Zvážte ich.
Paralelné pripojenie charakterizovaná skutočnosťou, že všetky dosky elektrické kondenzátory pripojiť spínacie body a vytvoriť batérie. V tomto prípade budú počas nabíjania kondenzátorov každý z nich mať iný počet elektrických nábojov s rovnakým množstvom dodanej energie
Schéma paralelnej montáže
Kapacita s paralelnou inštaláciou sa vypočíta na základe kondenzátorov všetkých kondenzátorov v obvode. V tomto prípade môže byť množstvo elektrickej energie dodávanej všetkým jednotlivým bipolárnym obvodovým obvodom vypočítané súčtom množstva energie, ktorá zapadá do každého kondenzátora. Celý zapojený obvod sa vypočíta ako jeden bipolárny.
C celkom = C 1 + C 2 + C 3
Schéma - napätie na pamäťových zariadeniach
Na rozdiel od hviezdicového pripojenia sa na platne všetkých kondenzátorov používa rovnaké napätie. Napríklad na obrázku vyššie vidíme, že:
V AB = V C1 = V C2 = V C3 = 20 V
Tu sú k spínacím bodom pripojené iba prvé a posledné kondenzátorové kontakty.
Obvod - sériový obvod
Hlavným rysom schémy je to elektrickej energie prechádza len v jednom smere, znamená to, že v každom z kondenzátorov bude prúd rovnaký. V takomto reťazci bude pre každú jazdu bez ohľadu na jej kapacitu zabezpečená rovnaká akumulácia prenášanej energie. Je potrebné pochopiť, že každý z nich je stále v kontakte s ďalším a predchádzajúcim, čo znamená, že kapacita so sekvenčným typom môže byť reprodukovaná energiou priľahlého pohonu.
Vzorec, ktorý odráža závislosť prúdu od pripojenia kondenzátorov, má nasledujúcu formu:
i = i c 1 = i c 2 = i c 3 = i c 4, to znamená, že prúdy prechádzajúce cez každý kondenzátor sú navzájom rovné.
Preto nie je len súčasná sila rovnaká, ale tiež elektrický náboj. Vzorec je definovaný ako:
Q Q = Q1 = Q2 = Q3
A tak určený celkovou celkovou kapacitou na sériové pripojenie:
1 / C celkom = 1 / C 1 + 1 / C 2 + 1 / C 3
Video: ako pripojiť kondenzátory paralelnou a sériovou metódou
Treba však mať na pamäti, že na pripojenie rôznych kondenzátorov je potrebné vziať do úvahy napätie siete. Pre každý polovodič sa toto číslo líši v závislosti od kapacity prvku. Z toho vyplýva, že jednotlivé skupiny polovodičových dvoch koncových malých výkonov budú väčšie pri nabíjaní a naopak, veľká elektrická kapacita bude vyžadovať menšie nabitie.
Obvod: zmiešaná kondenzátorová spojka
K dispozícii je tiež zmiešaná zmes dvoch alebo viacerých kondenzátorov. Tu sa elektrická energia distribuuje súčasne pomocou paralelného a sériového pripojenia elektrolytických článkov do okruhu. Táto schéma obsahuje niekoľko sekcií s rôznymi pripojeniami kondenzačných dvojkoncových sietí. Inými slovami, na jednom obvode je paralelne na, na druhej strane - v sérii. toto elektrický obvod má v porovnaní s tradičnými výhodami niekoľko výhod:
Množstvo elektrickej kapacity závisí od tvaru a veľkosti vodičov a od vlastností dielektrika oddeľujúcich vodiče. Existujú konfigurácie vodičov, v ktorých je elektrické pole sústredené (lokalizované) iba v určitej oblasti priestoru. Takéto systémy sa nazývajú kondenzátory, a vodiče, ktoré tvoria kondenzátor, sa volajú obklady, Najjednoduchší kondenzátor je systém dvoch plochých vodivých dosiek usporiadaných rovnobežne navzájom v malej vzdialenosti v porovnaní s rozmermi dosiek a oddelených dielektrickou vrstvou. Taký kondenzátor sa nazýva plochý. Elektrické pole rovinného kondenzátora sa nachádza hlavne medzi doskami (obrázok 4.6.1); Avšak relatívne slabé elektrické pole sa vyskytuje aj v blízkosti okrajov platní a v okolitom priestore, ktorý sa nazýva oblasti rozptylu. V celej sérii problémov je možné zanedbávať približne rozptýlené pole a predpokladať, že elektrické pole plochého kondenzátora je úplne sústredené medzi jeho doskami (obrázok 4.6.2). Ale pri iných úlohách, bez ohľadu na to, ako sa túdia bez rozptýlenia, môže viesť k hrubým chybám, pretože porušuje potenciálnu povahu elektrické pole (pozri bod 4.4).
Každá z nabitých dosiek plochého kondenzátora vytvára elektrické pole blízko povrchu, ktorého pevnosť je vyjadrená pomerom (pozri bod 4.3)
Vo vnútri vektorového kondenzátora a paralelne; preto je modul celkovej intenzity poľa
Elektrická kapacita plochého kondenzátora je teda priamo úmerná oblasti dosiek (dosiek) a je nepriamo úmerná vzdialenosti medzi nimi. Ak je priestor medzi platňami naplnený dielektrikom, kapacita kondenzátora sa zvyšuje o ε čas:
Kondenzátory môžu byť prepojené na vytvorenie kondenzátorových bánk. na paralelné pripojeniekondenzátory (obrázok 4.6.3) majú na kondenzátoch rovnaké napätie: U1 = U2 = U a nabíjania sú q1 = C1U a q2 = C2U. Takýto systém možno považovať za jediný kondenzátor elektrickej kapacity C, ktorý je nabitý nábojom q = q1 + q2 s napätím medzi doskami rovným U. Z toho vyplýva,
Elektrická kapacita (alebo jednoducho kapacita) solitárneho vodiča sa nazýva hodnota
kde q - jeho obvinenie φ - potenciál.
Vzorce na výpočet elektrickej kapacity telesa rôznych geometrických tvarov sú uvedené v tabuľke 3.
Tabuľka 3
|
Geometrický tvar zaťaženého telesa |
C , F | |
|
Osamelá guľa s polomerom R |
kde ε je dielektrická konštanta média, v ktorom je lopata umiestnená |
|
|
kde q je náboj na jednej z platní, U = φ 1 - φ 2 je potenciálny rozdiel medzi doskami |
||
|
kde S je plocha dosky, ε je relatívna dielektrická konštanta dielektrického plnenia medzi doskami, d je vzdialenosť medzi doskami |
||
|
Sférický kondenzátor |
R 1, R 2 sú polomery guľôčok, ε je relatívna dielektrická konštanta dielektrika, ktorá vyplňuje priestor medzi guličkami |
|
|
R1, R2 sú polomery valcov, h je dĺžka kondenzátora, e je relatívna dielektrická konštanta dielektrického plnenia medzi valcami |
Vzorce pre výpočet sériového a paralelného pripojenia kondenzátorov sú uvedené v tabuľke 4.
Tabuľka 4
|
Sériové pripojenie |
Paralelné pripojenie |
|
|
|
|
C = C 1 + C 2 +… + C n . |
Hustota energie elektrického poľa:
Kondenzátor s kapacitou C, ktorý je nabitý nábojom q na potenciálny rozdiel U, má energiu
Úloha 1.Plochý vzduchový chladič, ktorého vzdialenosť medzi doskami je 5 mm, sa naplní potenciálovým rozdielom 6 kV. Oblasť kondenzátorových dosiek je rovná 12,5 cm2, dosky kondenzátora sú posunuté na vzdialenosť 1 cm dvomi spôsobmi:
kondenzátor zostáva pripojený k zdroju napätia;
predtým, než je odpojený kondenzátor od zdroja napätia.
a) zmena kapacity kondenzátora;
b) zmena intenzity intenzity cez oblasť elektród;
c) zmena objemovej hustoty energie elektrického poľa.
Problém vyriešime samostatne pre 1. a 2. prípad.
1. prípad: kondenzátor zostáva pripojený k zdroju napätia.
Vzhľadom na: Riešenie:
1. Vytvorte vysvetľujúci výkres
2. Pri rozširovaní dosiek kondenzátora pripojeného k zdroju prúdu sa rozdiel potenciálov medzi doskami nemení a zostáva rovný zdroju emf.
potom sa kondenzátorové dosky pohybujú od seba, kapacita kondenzátora sa mení a následne aj náboj na jeho doskách a intenzita poľa kondenzátora sa mení.
To vedie k zmene toku napätia:
ako aj na meranie sypnej hustoty energie elektrického poľa:
Použitím vzorcov (2) - (6) je ľahké určiť zmeny v hodnotách: kapacita, intenzita toku cez plochu elektród, objemovú hustotu energie elektrického poľa. Všetky hodnoty charakterizujúce kondenzátor so vzdialenosťou medzi doskami d1 sú označené indexom "1" a vzdialenosťou d2 s indexom "2". Získame nasledujúce výpočtové vzorce:
Nahraďte číselné hodnoty v (7) - (9) a vykonajte výpočet hodnôt neznámeho množstva:
2. prípad: predtým, než je odpojený kondenzátor od zdroja napätia.
Vzhľadom na: Riešenie:
1. Vytvorte vysvetľujúci výkres. 
Keď sa platne kondenzátora odpojeného od zdroja prúdu oddelia, náboj na doskách sa nemôže meniť:
(2); (3);(4);(5),
tým sa mení kapacita kondenzátora, a tým aj potenciálny rozdiel medzi doskami. Sila elektrického poľa kondenzátora zostáva nezmenená:
Pri použití vzorcov (1) - (5) píšeme:
5. Posun kondenzátorových dosiek, keď vedie k poklesu elektrickej kapacity () a zvýšeniu potenciálneho rozdielu medzi doskami (). Tok vektoru intenzity a sypnej hustoty kondenzátorovej energie zostáva konštantný (). Energia elektrického poľa kondenzátora (homogénne pole) sa zvyšuje s (V 2\u003e V 1, W 2\u003e W 1). Zvýšenie energie nastáva v dôsledku práce vonkajších síl na separačných platniach.
Úloha 2.Aké zmeny nastane, ak sa dva dielektriká s (obr. 13) umiestnia do nabitého plochého kondenzátora?
Zvážte prípad, kedy môže byť dielektrika vybavená vertikálnymi plniacimi doskami.
1. Takýto kondenzátor možno považovať za batériu dvoch paralelne zapojených kondenzátorov (obrázok 14).
Kde (1) a. (2)
Porovnajte túto elektrickú kapacitu s daným kondenzátorom.
Pri tejto náplni sa elektrická kapacita zvyšuje o faktor.
2. Určte, ako sa poplatok rozdelí na kondenzátory.
Počiatočný poplatok q 0 definujeme z definície elektrickej intenzity.
Vzhľadom na skutočnosť, že nabitý kondenzátor je odpojený od zdroja prúdu, potom podľa zákona o zachovaní náboja tento poplatok q 0 rozdelených medzi dva kondenzátory a rovnaké napätie na nich.
Čím väčšia je dielektrická konštanta dielektrika, tým väčší bude náboj na tomto kondenzátore.
3. V dôsledku zmeny elektrickej kapacity výslednej banky kondenzátora sa bude meniť napätie na batérii.
Náhradník (3) a získajte:
.
Napätie sa zvýši v časoch.
4. Zvážte, či sa zmenila sila elektrostatického poľa v kondenzátorovej banke.
Spočiatku intenzita poľa je:
,
.
Sila poľa v obidvoch kondenzátoroch bude rovnaká a vyššia ako pôvodná.
5. Tendencia vektora intenzity v každom kondenzátore sa zmení:
ale spočiatku preto.
Tok vektora napätia sa časom zvýši.
Odhadme energiu poľa.
Spočiatku objemová hustota energie elektrického poľa
pretože Bol nastavený vzduchový kondenzátor.
Teraz hustota energie každého kondenzátora:
Celková energia:
Energia sa zvýši kvôli vzhľadu polarizovaných nábojov v dielektrikách.
Odpoveď: celková energia sa zvýši.
