Hva er kapasitans i elektroteknikk

Elektrisk kapasitet karakteriserer egenskapen til ledende kropper til å lade under påvirkning av et elektrisk felt, og også å akkumulere elektrisk energi i feltet til disse legemene.

En analogi av elektrisk kapasitet innen hydrostatikk kan være den spesifikke kapasiteten til et fartøy per høydeenhet, som er numerisk lik arealet til den horisontale delen av fartøyet.

Se for deg en høy sisterne. Mengden væske (mengden elektrisitet på kroppen) som kan lagres i tanken avhenger av høyden på fyllingen (kroppspotensialet) samt væskevolumet per høydeenhet på tanken (kroppskapasitet). Dette volumet av væske avhenger i sin tur av arealet til den horisontale delen av tanken - av diameteren.

Jo større denne diameteren, og derfor volumet per høydeenhet, jo større er den spesifikke kapasitansen per høyde på tanken (den elektriske kapasitansen mellom de to platene er proporsjonal med arealet til platene, se — Hva bestemmer kapasitansen til en kondensator?).Følgelig avhenger det av verdien av væskevolumet per høydeenhet og arbeidet som må brukes på å fylle tanken.

Anta at det er to kobberkuler av samme størrelse (røde og blå) plassert i en viss avstand fra hverandre i rommet. Ta et 9 volts batteri og koble det med motsatte poler til disse to kulene slik at «+» kobles til den ene kulen (til den blå) og «-» til den andre (til den røde). En elektrisk potensialforskjell lik batterispenningen V = 9 volt vil vises mellom kulene.

De elektriske tilstandene til disse to kobberkulene ble umiddelbart annerledes enn før batteriet ble koblet til, for nå er det motsatte elektriske ladninger på kulene som samhandler, og opplever tiltrekningskraften mot hverandre.

Vi kan si at batteriet har overført en positiv ladning + q fra venstre kule til høyre og derfor har potensialforskjellen mellom kulene blitt V = 9 volt. Nå er venstre kule negativt ladet -q.

Hvis vi legger til et annet batteri av samme type til kretsen i serie, vil potensialforskjellen mellom kulene bli dobbelt så stor, spenningen mellom dem vil ikke lenger være 9 volt, men 18 volt, og ladningen vil bevege seg fra ball til ballen vil også dobles (det vil bli 2q) samt spenning. Men hva er størrelsen på denne ladningen q som beveger seg hver gang spenningen stiger med 9 volt?

Det er klart at størrelsen på denne ladningen er proporsjonal med potensialforskjellen som skapes mellom kulene. Men i hvilket eksakt numerisk forhold er ladning og potensialforskjell? Her må vi introdusere en slik karakteristikk av lederen som den elektriske kapasiteten C.

Kapasitans er et mål på en leders evne til å lagre elektrisk ladning. Det er også viktig å forstå at når den første ledningen lades, øker styrken til det elektriske feltet rundt den. Følgelig vil effekten av den første ladede ledningen på den andre ladede ledningen øke, spesielt hvis de begynner å komme nærmere hverandre.

Samhandlingskraften mellom ladede ledninger blir større hvis avstanden mellom dem blir mindre. I tillegg, avhengig av parametrene til mediet mellom ledningene, kan styrken på deres interaksjon også være forskjellig.

Så hvis det er et vakuum mellom ledningene, vil tiltrekningskraften mellom ladningene deres være én, men hvis nylon plasseres mellom ledningene i stedet for et vakuum, vil kraften til den elektrostatiske interaksjonen tredobles, fordi nylonet passerer en elektrisk felt gjennom seg selv 3 ganger bedre enn luft og faktisk på grunn av det elektriske feltet, samhandler de ladede ledningene med hverandre.

Hvis de ladede ledningene begynner å spre seg fra hverandre i forskjellige retninger, vil de samhandle mindre, potensialforskjellen vil være større for de samme ladningene, det vil si at kapasiteten til et slikt system vil avta med separasjonen av ledningene. Arbeidet er basert på ideen om elektrisk kapasitet kondensatorer.

Kondensatorer

Egenskapen til ladede ledere til å interagere elektrostatisk med hverandre gjennom hverandres elektriske felt adskilt av et dielektrikum brukes i kondensatorer.

Strukturelt sett er kondensatorer to plater som kalles plater. Platene er atskilt med et dielektrikum.For å oppnå størst mulig kapasitet er det nødvendig at platene har stor overflate og avstanden mellom dem er minimal.

Kondensatorer i elektroteknikk fungerer som akkumulatorer av elektrisk energi i et elektrisk felt som er konsentrert i volumet av dielektrikum plassert mellom kondensatorplatene, på grunn av hvilken ladningen akkumuleres eller fjernes (i form av en elektrisk strøm).

To plater er plassert med kort avstand fra hverandre inne i et forseglet hus. Keramikk, polypropylen, elektrolytisk, tantal, etc. — kondensatorer er forskjellige i type dielektrisk mellom platene.

Kondensatorer er høyspenning og lavspenning, avhengig av dielektrisk styrke.

Avhengig av arealet til platene og dielektrisitetskonstanten til dielektrikumet som brukes, er det kondensatorer med stor kapasitet, som når hundrevis av farads (superkondensatorer), og liten kapasitet - enheter av picofarads.

Bruk av elektrisk kapasitet i elektroteknikk

Egenskapen til kapasitive systemer er mye brukt i elektroteknikk i vekselstrømsteknologier, spesielt innen høye og ultrahøye frekvenser.

I DC-teknologi brukes kapasitans i magnetiseringsenheter med permanent magnet, for pulserende elektrisk sveising, pulserende dielektriske nedbrytningstester, strømkurveutjevning i likerettere, etc.

Kapasitansen til ethvert system av isolerte ledende kropper, som ikke kan reduseres helt til null, kan i noen tilfeller ha en uønsket effekt på egenskapene til elektriske enheter (i form av interferens, kapasitiv lekkasje, etc.).

Du kan kvitte deg med en slik påvirkning eller ved å kompensere effekten på riktig måte (vanligvis ved bruk av induktans), eller ved å skape slike forhold der potensialene til visse kropper i systemet med hensyn til omgivende objekter har en minimumsverdi (for eksempel jording av en av kroppene).