Kuidas mõõdetakse kondensaatori mahtuvust: kuidas leida, miks selle elemendi pinge sõltub

Kondensaator on elektriline element, mis võimaldab salvestada laengut. Selle lihtsaim vorm on kaks plaati, mis on eraldatud dielektrilise kihiga. Kui plaatidele rakendatakse pinget, jääb see pärast eemaldamist mõneks ajaks alles. Nende elementidega ahelate õigeks ehitamiseks on oluline teada, milles mõõdetakse kondensaatori mahtuvust.

Rakendus tehnoloogias

Kondensaatoreid kasutatakse erinevates elektri- ja raadioseadmetes. Need elemendid on võimelised salvestama laengut ja hoidma pinget (näiteks vooluvõrku) õigel tasemel väiksemate elektrikatkestuste ajal. Suure võimsusega kondensaatoreid kasutatakse väikese suurusega mobiilseadmete toiteelementidena. Neid nimetatakse ka superkondensaatoriteks. Nende puuduseks on vajadus sagedase laadimise järele.

Need elemendid omavad suurt tähtsust ka filtreerimisseadmetes, seadmetes, mille ülesanne on mitte lasta kasulikku signaali häireid ega püüda soovitud signaali kõrgendatud tasemega konstantses pinges.

Ükski vahelduvvoolu signaaligeneraator ei ole täielik ilma kondensaatoriteta. Nende eesmärk on seada genereerimise sagedus, periood ja muud ajaparameetrid. Siin kasutatakse väga täpseid elemente, mille nimitolerants ei ületa 1%.

Kondensaatorid on nii fikseeritud kui ka muutuva võimsusega. Muutuva mahtuvusega elemente kasutatakse seadmetes, mis nõuavad häälestamist erinevatele sagedustele. Näiteks kasutatakse seda laialdaselt FM-vastuvõtjate raadiosageduste häälestamiseks.

Valemid kondensaatorite arvutamiseks

Tehniliste probleemide ja rakendatud teoreetiliste arvutuste lahendamiseks peate teadma seadusi, mille järgi elektrilised suurused üksteisega suhtlevad. Need seadused on väljendatud valemites. Näiteks kondensaatori pinge sõltub selle võimsusest ja kogunenud laengust.

Võimsuse määramine

See väärtus sõltub mitmest parameetrist. Selle arvutamiseks peate teadma, milles mõõdetakse kondensaatori mahtuvust. See väärtus on võrdne sellega, kui palju laengukuloni element koguneb, kui sellele rakendatakse 1 volti pinget. Seda mõõdetakse faraadides. Nende elementide mahutavus sõltub ka nende kujust.

• Lamedad kondensaatorid on lihtsaim laadimissalvestuse tüüp. Kuidas leida tasase kujuga kondensaatori mahtuvust, saate teada, kas määrate kõik seda mõjutavad parameetrid. Selle mahtuvust mõjutab selle plaatide (juhtivate plaatide) vaheline kaugus d, plaatide endi pindala S, plaatide vahelise aine dielektriline konstant ε ja elektrikonstant ε0, mis on võrdne 8,85 ⋅ 10^-12 farad meetri kohta. Kondensaatori valem on järgmine:

С = ε ⋅ ε0 ⋅ S / d

• Silindriline kondensaator koosneb ka kahest laetud plaadist, mis mõlemad on üksteise sees paiknevate silindrite kujul. Sisemine silinder on ühes tükis, välimine õõnes. Plaatide vaheline kaugus on võrdne nende silindrite raadiuste erinevusega. Kondensaatori mahtuvuse valemit saab esitada sama, mis eelmisel juhul, selle erinevusega, et plaatide pindala arvutatakse nende kõrguse ja raadiuse põhjal:

С = 2 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ h ⋅ R ext / (R ext - R ext) = ε ⋅ ε0 ⋅ S / d

kus h on plaadi kõrgus,

Rvn - sisemine raadius, R nari - välimine raadius,

π = 3,14.

• Laengut võib omada mitte ainult kahe plaadiga keha, vaid ka juhtiv sfääriline objekt. Kui rakendate sellele pinget ja seejärel mõõdate selle ja maapinna vahelist potentsiaali, on potentsiaal nullist erinev. Sfäärilise laengu salvestusruumi arvutamise valem:

С = 4 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ R

kus R on kuuli raadius.

Kui asendate valemis Maa raadiuse ja õhu dielektrilise konstandi, saate Maa mahtuvuse väärtuse faraadides. Pärast arvutusi:

C (Maa) = 700 mikrofaradi

Kaasaegsetel elektrolüütkondensaatoritel võib selline võimsus olla.

Kui asetame ühe palli teise sisse ja rakendame nende vahele pinget, siis koguneb tekkiv struktuur ka laengut kuulide pindade vahele. Sellise konstruktsiooni võimsuse saab määrata järgmise valemi järgi:

C =ε ⋅ ε0⋅4⋅π ⋅ R1 ⋅ R2 / (R2 – R1)

kus R2 ja R1 on vastavate sfääriliste pindade raadiused.

Kondensaatori mahtuvus sõltub ka kasutatava dielektriku tüübist. Levinumad täiteained on keraamilised, elektrolüütilised, paber-, õhk- ja vilgukivitäidised.

Energiaarvestus

Laadimissalvestusseadmetel on ka muid parameetreid. Üks neist on energia. Kui kondensaator on laetud, koguneb potentsiaalne energia selle plaatidele.

See loob jõu, mis tõmbab ligi vastupidiselt laetud plaate, samuti voolu, mis toidab elektriseadmeid, kui kasutate toiteallikana superkondensaatorit. Energiat saab väljendada sõltuvusena plaatide pingest ja mahtuvusest:

W = C ⋅ U ² /2

Dielektriline lekkevool

Lekkevool tekib elemendis, kui on olemas teed elektrivoolu liikumiseks ühelt plaadilt teisele. Mida vähem isoleerib dielektrik, seda suurem on lekkevool. See kehtib eriti õlitatud paberdielektrikuga kondensaatorite kohta. See parameeter sõltub nii elemendi konstruktsioonist kui ka selle keha saastumisest. Kui element lekib, võib niiskuse korpusesse tungimisel lekkevool suureneda. Seda voolu saab arvutada Ohmi seaduse järgi:

I ut = U / R d

kus ma ut on lekkevool,

U on plaatide pinge,

R d on dielektriku isolatsioonitakistus.

Ühenduselemendid

Skeemide loomisel kasutatakse teistsugust elementide ühendust. Skemaatilisi elemente saab ühendada:

• Paralleelne;
• Järjepidevalt;
• Paralleelselt - järjestikku (segatud).

Kuidas leida paralleelselt ühendatud elementide võimsust? Peate mõistma, mis on seda tüüpi ühendusega ühist. Kuna pinget rakendatakse üheaegselt kõikidele plaatidele, on see tavaline. Tasu on igaühe jaoks erinev. Vastavalt valemile:

q = C ⋅ U, siin q on kogulaeng, see tähendab

q = ΣC i ⋅ U = U ⋅ ΣC i

C kogusumma võrdub kõigi C summaga.

Kui elemendid on järjestikku ühendatud, on laeng nende kõigi jaoks ühine. Samal ajal on stress igaühe jaoks erinev ja kogusumma liidetakse kõigist eraldi.

U = q / C, siin on U kõigi elementide pingete summa

U kokku = q ⋅ Σ (1 / C i)

1 / C kokku = 1 / C 1 + 1 / C 2 +... + 1 / C i

Selle ühenduse korral on mahtuvuse koguväärtus väiksem kui selle väärtuse väikseim väärtus rühmas.

Segaühenduse kasutamise korral on vaja eraldi arvutada koguvõimsus paralleelühenduse ja eraldi jadaühenduse jaoks. Pärast seda leidke vastavalt jadaühenduse valemile kahe tulemuseks oleva väärtuse ühine väärtus.