Come viene misurata la capacità di un condensatore: come trovare, perché dipende la tensione su questo elemento

Un condensatore è un elemento elettrico che consente di immagazzinare una carica. La sua forma più semplice è costituita da due piastre separate da uno strato dielettrico. Se la tensione viene applicata alle piastre, rimarrà per qualche tempo dopo la rimozione. È importante sapere in cosa viene misurata la capacità di un condensatore per costruire correttamente circuiti con questi elementi.

Applicazione nella tecnologia

I condensatori sono utilizzati in varie apparecchiature elettriche e radio. Queste celle sono in grado di immagazzinare una carica e mantenere la tensione (ad esempio, rete) al livello corretto durante le interruzioni di corrente minori. I condensatori ad alta capacità sono essi stessi utilizzati come elementi di potenza per apparecchiature mobili di piccole dimensioni. Sono anche chiamati supercondensatori. Il loro svantaggio è la necessità di ricariche frequenti.

Questi elementi sono anche di grande importanza nei dispositivi di filtraggio, dispositivi, il cui compito è quello di non lasciare interferenze nel segnale utile, o di catturare il segnale desiderato in una tensione costante di livello aumentato.

Nessun generatore di segnale CA è completo senza condensatori. Il loro scopo è impostare la frequenza di generazione, il periodo e altri parametri temporali. Qui vengono utilizzati elementi molto precisi, con una tolleranza nominale non superiore all'1%.

I condensatori sono disponibili sia con capacità fissa che variabile. Gli elementi a capacità variabile sono utilizzati in apparecchiature che richiedono la sintonizzazione su frequenze diverse. Ad esempio, è ampiamente utilizzato nella sintonizzazione delle frequenze radio nei ricevitori FM.

Formule per il calcolo dei condensatori

Per risolvere problemi tecnici e calcoli teorici applicati, è necessario conoscere le leggi con cui le grandezze elettriche interagiscono tra loro. Queste leggi sono espresse in formule. Ad esempio, la tensione ai capi di un condensatore dipende dalla sua capacità e dalla carica che ha accumulato.

Determinazione della capacità

Questo valore dipende da diversi parametri. Per calcolarlo, è necessario sapere in che misura viene misurata la capacità del condensatore. Questo valore è equivalente a quanto il coulomb di carica viene accumulato dalla cella quando le viene applicata una tensione di 1 volt. Si misura in farad. La capacità di questi elementi dipende anche dalla loro forma.

• I condensatori piatti sono il tipo più semplice di accumulo di carica. Come trovare la capacità di un condensatore che ha una forma piatta, puoi scoprire se determini tutti i parametri che lo influenzano. La sua capacità è influenzata dalla distanza tra le sue piastre (piastre conduttive) d, l'area delle piastre stesse S, la costante dielettrica della sostanza tra le armature e la costante elettrica ε0, che è pari a 8,85 ⋅ 10^-12 farad al metro. La formula del condensatore è la seguente:

С = ε ⋅ ε0 ⋅ S / d

• Un condensatore cilindrico è costituito anche da due piastre cariche, entrambe sotto forma di cilindri posizionati uno dentro l'altro. Il cilindro interno è monopezzo, quello esterno è cavo. La distanza tra le piastre è uguale alla differenza tra i raggi di questi cilindri. La formula per la capacità di un condensatore può essere rappresentata come nel caso precedente, con la differenza che l'area delle piastre viene calcolata in base alla loro altezza e raggio:

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

dove h è l'altezza del piatto,

Rvn - raggio interno, R cuccetta - raggio esterno,

π = 3,14.

• Una carica può essere posseduta non solo da un corpo con due piastre, ma anche da un oggetto sferico conduttore. Se gli applichi la tensione e poi misuri il potenziale tra esso e la terra, il potenziale sarà diverso da zero. Formula per il calcolo di un deposito di carica sferica:

С = 4 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ R

dove R è il raggio della palla.

Se nella formula sostituisci il raggio della Terra e la costante dielettrica dell'aria, puoi ottenere il valore della capacità della Terra in farad. Dopo i calcoli:

C (Terra) = 700 microfarad

I moderni condensatori elettrolitici possono avere una tale capacità.

Se metti una palla dentro un'altra e applichi tensione tra di loro, la struttura risultante accumulerà anche carica tra le superfici delle sfere. La determinazione della capacità di un tale progetto può essere effettuata secondo la formula:

C =ε ⋅ ε0⋅4⋅π ⋅ R1 ⋅ R2 / (R2 - R1)

dove R2 e R1 sono i raggi delle corrispondenti superfici sferiche.

La capacità di un condensatore dipende anche dal tipo di dielettrico utilizzato. I riempitivi più comuni sono i riempitivi ceramici, elettrolitici, cartacei, ad aria e mica.

Calcolo energetico

I dispositivi di accumulo di carica hanno anche altri parametri. Uno di questi è l'energia. Quando un condensatore è carico, l'energia potenziale si accumula sulle sue armature.

Crea una forza che attrae piastre di carica opposta, nonché una corrente che alimenta gli apparecchi elettrici se si utilizza un supercondensatore come fonte di alimentazione. L'energia può essere espressa come dipendenza dalla tensione delle armature e dalla capacità:

W = C ⋅ U ² /2

Corrente di dispersione dielettrica

Una corrente di dispersione appare in un elemento se ci sono percorsi per il flusso di corrente elettrica da una piastra all'altra. Meno isolante ha il dielettrico, maggiore sarà la corrente di dispersione. Ciò è particolarmente vero per i condensatori con un dielettrico in carta oliata. Questo parametro dipende sia dal design dell'elemento che dalla contaminazione del suo corpo. Se la cella perde, la corrente di dispersione può aumentare se l'umidità penetra nell'alloggiamento. Questa corrente può essere calcolata secondo la legge di Ohm:

io ut = U / R d

dove Iut è la corrente di dispersione,

U è la tensione sulle piastre,

R d è la resistenza di isolamento del dielettrico.

Elementi di collegamento

Quando si creano circuiti, viene utilizzata una diversa connessione di elementi. Gli elementi schematici possono essere collegati:

• Parallelo;
• Costantemente;
• Parallelo - in sequenza (misto).

Come trovare la capacità di elementi collegati in parallelo? Devi capire cosa c'è di comune con questo tipo di connessione. Poiché la tensione viene applicata contemporaneamente a tutte le piastre, è comune. La carica sarà diversa per tutti. Secondo la formula:

q = C ⋅ U, qui q è la carica totale, cioè

q = ΣC i ⋅ U = U ⋅ ΣC i

C totale sarà uguale alla somma di tutti i C.

Quando gli elementi sono collegati in serie, la carica sarà comune a tutti. Allo stesso tempo, lo stress sarà diverso per ciascuno di essi e il totale verrà sommato da tutti separatamente.

U = q / C, qui U è la somma delle tensioni su tutti gli elementi

U totale = q ⋅ Σ (1 / C i)

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

Con questa connessione, il valore della capacità totale sarà inferiore al valore più piccolo di questo valore nel gruppo.

Nel caso di utilizzo di un collegamento misto è necessario calcolare separatamente la capacità totale per il collegamento in parallelo e separatamente per il collegamento seriale. Successivamente, secondo la formula della connessione seriale, trova il valore comune ai due valori risultanti.