ما هي السعة الكهربائية وكيف يتم قياسها
تعريف
بالنسبة للموصلات ، السعة الكهربائية هي قيمة تميز قدرة الجسم على تراكم الشحنة الكهربائية. هذا هو معناها المادي. يشار إليه بالحرف اللاتيني C. وهو يساوي نسبة الشحنة إلى الجهد ، إذا تم كتابتها في شكل صيغة ، يتم الحصول على ما يلي:
ج = ف / و
تعتمد السعة الكهربائية لأي جسم على شكله وأبعاده الهندسية. إذا اعتبرنا موصلًا على شكل كرة ، كمثال ، فستبدو صيغة حساب قيمته كما يلي:
هذه الصيغة تحمل الموصل الانفرادي. إذا قمت بوضع موصلين بجوار بعضهما البعض وفصلهما بعازل كهربائي ، فستحصل على مكثف. حول هذا بعد ذلك بقليل ، دعنا الآن ننظر إلى ما يتم قياس السعة الكهربائية.
وحدة قياس السعة الكهربائية فاراد. إذا قمت بتحليلها إلى مكونات وفقًا للصيغة ، فعندئذٍ:
1 فاراد = 1 C / 1 V
تاريخيا ، لم يتم اختيار أبعاد هذه الوحدة بشكل صحيح. والحقيقة هي أنه في الممارسة العملية يجب عليك العمل بالقدرات الكهربائية: الأميال ، الدقيقة ، النانو وبيكوفارادس. وهو يساوي كسور الفاراد وهي:
1 م ف = 10 ^ (- 3) Ф
1 μF = 10 ^ (- 6) ف
1 نف = 10 ^ (- 9) Ф
1 pF = 10 ^ (- 12) Ф
المكثفات
المكثف عبارة عن صفيحتين من مادة موصلة تقعان مقابل بعضهما البعض ، بينهما طبقة عازلة. في الحالة المشحونة ، تتمتع الصفائح بإمكانيات مختلفة: واحدة منها ستكون إيجابية ، والثانية سلبية. تعتمد السعة الكهربائية للمكثف على حجم الشحنة على لوحاتها والفرق المحتمل والجهد بينهما. ينشأ حقل كهروستاتيكي بين الألواح ، والذي يحمل الشحنات على الألواح. صيغة السعة للمكثف في الحالة العامة:
ج = ف / ش
بكلمات بسيطة ، تعتمد سعة المكثف على مساحة الألواح والمسافة بينهما ، بالإضافة إلى ثابت العزل النسبي للمادة الموجودة بينهما. وتتميز بالعزل المستخدم:
- سيراميك؛
- فيلم؛
- الميكا.
- ورق معدني
- كهربائيا.
- التنتالوم ، إلخ.
حسب شكل الألواح:
- مسطحة؛
- إسطواني؛
- كروي ، إلخ.
نظرًا لأن صيغة مساحة الشكل تعتمد على شكلها ، فستختلف صيغة السعة لكل حالة.
لمكثف مسطح:
بالنسبة لكرتين متحدة المركز ذات مركز مشترك:
للمكثف الأسطواني:
مثل العناصر الأخرى للدائرة الكهربائية ، في هذه الحالة هناك طريقتان رئيسيتان لتوصيل المكثفات: متوازية ومتسلسلة.
تعتمد السعة الكهربائية النهائية للدائرة الناتجة على ذلك. إن حسابات السعة للعديد من المكثفات تذكرنا بحسابات مقاومة المقاومات في التوصيلات المختلفة ، فقط صيغ طرق الاتصال تقع على العكس ، وهي:
- عند توصيله بالتوازي ، تكون السعة الكهربائية الإجمالية للدائرة هي مجموع السعات لكل عنصر. كل توصيل لاحق يزيد من السعة الإجمالية
Ctotal = C1 + C2 + C3
- عند التوصيل في سلسلة ، تقل السعة الكهربائية للدائرة ، مثل انخفاض المقاومة في دائرة المقاومات المتصلة المتوازية. بمعنى آخر:
المهد = (1 / ج 1) + (1 / ج 2) + (1 / ج 3)
هام! في دائرة متوازية ، تكون الفولتية على لوحات كل عنصر هي نفسها. يستخدم هذا للحصول على قدرات كهربائية كبيرة. في السلسلة المتسلسلة لعنصري جهد على لوحات كل من المكثفات ، يكون نصف الجهد الإجمالي. لثلاثة ، ثلثي ، وهلم جرا.
البطاريات واستهلاك الطاقة
الخصائص الرئيسية للبطاريات هي:
- الفولطية.
- سعة.
- أقصى تصريف تيار.
في هذه الحالة ، لتحديد الخاصية الكمية لوقت التشغيل ، أو بعبارات بسيطة ، لحساب مدة استمرار البطارية ، يتم استخدام قيمة السعة.
في البطاريات القابلة لإعادة الشحن ، يتم استخدام الأبعاد التالية لوصف السعة الكهربائية:
- و * ح - ساعات أمبير للبطاريات الكبيرة ، على سبيل المثال السيارات.
- مللي أمبير - مللي أمبير ساعة ، للبطاريات للأجهزة القابلة للارتداء ، مثل الهواتف الذكية وكوادكوبتر والسجائر الإلكترونية.
- W * ساعات - ساعات واط.
تسمح لك هذه الخصائص بتحديد المدة التي ستتحملها البطارية تحت حمل معين. يتم تحديد السعة الكهربائية للبطارية في المعلقات (C). في المقابل ، فإن القلادة تساوي كمية الكهرباء المنقولة إلى البطارية بتيار 1 أمبير لمدة 1 ثانية. ثم إذا قمت بالترجمة إلى ساعات ، فيتم إرسال تيار 1A لمدة ساعة واحدة 3600 درجة مئوية.
إحدى طرق قياس سعة البطارية هي تفريغها بتيار معروف ، ويجب عليك قياس وقت التفريغ. لنفترض أنه إذا تم تفريغ البطارية إلى الحد الأدنى لمستوى الجهد في 10 ساعات بتيار 5 أمبير ، فإن سعتها 50 أمبير * ساعة
الكهرباء هي كمية مهمة في الإلكترونيات والهندسة الكهربائية. من الناحية العملية ، يتم استخدام المكثفات في كل دائرة تقريبًا من الأجهزة الإلكترونية. على سبيل المثال ، في مصادر الطاقة - لتهدئة التموجات ، قلل تأثير زيادة الجهد العالي على مفاتيح الطاقة. أثناء دوائر التوقيت لدوائر مختلفة ، وكذلك في وحدات تحكم PWM من أجل ضبط تردد التشغيل. البطاريات شائعة الاستخدام أيضًا. بشكل عام ، مشاكل تخزين الطاقة وتحول الطور شائعة جدًا.
سيساعد الفيديو المقدم في دراسة المشكلة بمزيد من التفاصيل:
يتم توفير شرح موجز في هذا الفيديو التعليمي:
الآن أنت تعرف ما هي السعة الكهربائية ، في أي وحدات يتم قياسها ، وما تعتمد عليه هذه الكمية. نأمل أن تكون المعلومات المقدمة مفيدة ومفهومة لك!
مواد ذات صلة:
جار التحميل...
