Was ist elektrische Kapazität und wie wird sie gemessen?
Definition
Für Leiter ist eine elektrische Kapazität ein Wert, der die Fähigkeit des Körpers charakterisiert, eine elektrische Ladung zu akkumulieren. Dies ist seine physikalische Bedeutung. Es wird mit dem lateinischen Buchstaben C bezeichnet. Es ist gleich dem Verhältnis von Ladung zu Potential. Wenn es in Form einer Formel geschrieben ist, wird Folgendes erhalten:
C = q / f
Die elektrische Kapazität eines Objekts hängt von seiner Form und seinen geometrischen Abmessungen ab. Wenn wir als Beispiel einen Leiter in Form einer Kugel betrachten, sieht die Formel zur Berechnung seines Wertes folgendermaßen aus:
Diese Formel gilt für einen einzelnen Leiter. Wenn Sie zwei Leiter nebeneinander platzieren und sie mit einem Dielektrikum trennen, erhalten Sie einen Kondensator. Schauen wir uns etwas später die gemessene elektrische Kapazität an.
Die Maßeinheit für die elektrische Kapazität ist Farad. Wenn Sie es gemäß der Formel in Komponenten zerlegen, dann:
1 Farad = 1 C / 1 V.
In der Vergangenheit wurde die Abmessung dieser Einheit nicht richtig gewählt. Tatsache ist, dass man in der Praxis mit elektrischen Kapazitäten arbeiten muss: Meilen, Mikro, Nano und Picofarad. Was den Brüchen eines Farad entspricht, nämlich:
1 mF = 10 ^ (- 3) Ф
1 μF = 10 ^ (- 6) F.
1 nF = 10 ^ (- 9) Ф
1 pF = 10 ^ (- 12) Ф
Kondensatoren
Ein Kondensator besteht aus zwei einander gegenüberliegenden Platten aus leitendem Material, zwischen denen sich eine dielektrische Schicht befindet. Im geladenen Zustand haben die Platten unterschiedliche Potentiale: eines davon ist positiv und das zweite negativ. Die elektrische Kapazität des Kondensators hängt von der Größe der Ladung auf seinen Platten und der Potentialdifferenz, der Spannung zwischen ihnen ab. Zwischen den Platten entsteht ein elektrostatisches Feld, das die Ladungen auf den Platten hält. Die Formel für die Kapazität eines Kondensators im allgemeinen Fall:
C = q / U.
Mit einfachen Worten, die Kapazität des Kondensators hängt von der Fläche der Platten und dem Abstand zwischen ihnen sowie der relativen Dielektrizitätskonstante des zwischen ihnen befindlichen Materials ab. Sie unterscheiden sich durch das verwendete Dielektrikum:
- Keramik;
- Film;
- Glimmer;
- Metallpapier;
- elektrolytisch;
- Tantal usw.
Je nach Form der Platten:
- flach;
- zylindrisch;
- sphärisch usw.
Da die Formel für die Fläche einer Figur von ihrer Form abhängt, ist die Formel für die Kapazität von Fall zu Fall unterschiedlich.
Für einen Flachkondensator:
Für zwei konzentrische Kugeln mit einem gemeinsamen Zentrum:
Für Zylinderkondensator:
Wie bei anderen Elementen des Stromkreises gibt es in diesem Fall zwei Hauptwege zum Anschließen von Kondensatoren: parallel und seriell.
Die endgültige elektrische Kapazität der resultierenden Schaltung hängt davon ab. Die Berechnungen der Kapazität mehrerer Kondensatoren erinnern an die Berechnungen des Widerstands von Widerständen in verschiedenen Verbindungen, nur die Formeln für die Verbindungsmethoden befinden sich im Gegenteil, dh:
- Bei Parallelschaltung ist die elektrische Gesamtkapazität der Schaltung die Summe der Kapazitäten jedes der Elemente. Jede nächste Verbindung erhöht die Gesamtkapazität
Ctotal = C1 + C2 + C3
- Bei Reihenschaltung nimmt die elektrische Kapazität der Schaltung ab, wie eine Abnahme des Widerstands in einer Schaltung parallel geschalteter Widerstände. Also:
Kinderbett = (1 / C1) + (1 / C2) + (1 / C3)
Wichtig! In einer Parallelschaltung sind die Spannungen an den Platten jedes Elements gleich. Dies wird verwendet, um große elektrische Kapazitäten zu erhalten. Bei der Reihenschaltung von zwei Spannungselementen auf den Platten jedes der Kondensatoren beträgt die Hälfte der Gesamtspannung. Für drei, Drittel und so weiter.
Batterien und Stromverbrauch
Die Hauptmerkmale von Batterien sind:
- Nennspannung
- Kapazität.
- Maximaler Entladestrom.
In diesem Fall wird der Kapazitätswert verwendet, um die quantitativen Eigenschaften der Betriebszeit zu bestimmen oder um einfach zu berechnen, wie lange die Batterie hält.
Bei wiederaufladbaren Batterien werden die folgenden Abmessungen verwendet, um die elektrische Kapazität zu beschreiben:
- Und * h - Amperestunden für große Batterien, zum Beispiel für Automobile.
- mAh - Milliampere-Stunden für Batterien für tragbare Geräte wie Smartphones, Quadcopter und elektronische Zigaretten.
- W * Stunden - Wattstunden.
Mit diesen Eigenschaften können Sie bestimmen, wie lange der Akku unter einer bestimmten Last standhält. Zur Bestimmung der elektrischen Kapazität wird die Batterie in Anhängern (C) gemessen. Der Anhänger entspricht wiederum der Strommenge, die 1 s lang mit einem Strom von 1A auf die Batterie übertragen wird. Wenn Sie dann in Stunden übersetzen, werden bei einem Strom von 1A für 1 Stunde 3600 C übertragen.
Eine Möglichkeit, die Batteriekapazität zu messen, besteht darin, sie mit einem bekannten Strom zu entladen, und Sie müssen die Entladezeit messen. Angenommen, wenn die Batterie in 10 Stunden mit einem Strom von 5 A auf das minimale Spannungsniveau entladen wird, beträgt ihre Kapazität 50 A * h
Strom ist eine wichtige Größe in der Elektronik und Elektrotechnik. In der Praxis werden Kondensatoren in fast jeder Schaltung eines elektronischen Geräts verwendet. Zum Beispiel in Netzteilen - um Welligkeiten auszugleichen, reduzieren Sie die Auswirkung von Hochspannungsstößen auf Netzschalter. Während Zeitschaltkreisen verschiedener Schaltkreise sowie in PWM-Reglern zur Einstellung der Betriebsfrequenz. Auch Batterien werden häufig verwendet. Im Allgemeinen sind die Aufgaben der Energiespeicherung und Phasenverschiebung sehr häufig.
Das bereitgestellte Video hilft dabei, das Problem genauer zu untersuchen:
Eine kurze Erklärung finden Sie in diesem Video-Tutorial:
Jetzt wissen Sie, was eine elektrische Kapazität ist, in welchen Einheiten sie gemessen wird und wovon diese Größe abhängt. Wir hoffen, dass die bereitgestellten Informationen für Sie nützlich und verständlich waren!
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