Електрична ємність: визначення, формули, одиниці виміру

В електротехніці часто зустрічається поняття ємності. При цьому мова йде не про відро або іншій посудині, а про електричну ємності провідника, акумулятора і конденсатора. Плутати ці поняття не можна. У цій статті ми розберемося, що таке електрична ємність, від чого вона залежить і в яких одиницях вимірюється.

визначення

Для провідників електричної ємністю називається величина, яка характеризує здатність тіла накопичувати електричний заряд. Це і є її фізичний зміст. Позначається латинською буквою C. Вона дорівнює відношенню заряду до потенціалу, якщо це записати у вигляді формули, то виходить наступне:

C = q / Ф

Електроємність будь-якого предмета залежить від його форми і геометричних розмірів. Якщо розглянути провідник у формі кулі, як приклад, то формула для розрахунку її величини матиме вигляд:

Ця формула справедлива для відокремленого провідника. Якщо розташувати поруч два провідника та розділити їх діелектриком, тоді вийде конденсатор. Про це трохи пізніше, зараз давайте розберемося, в чому вимірюється електроємність.

Одиниця виміру електричної ємності – фарад. Якщо розкласти її на складові відповідно до формули то:

1 фарад = 1 Кл / 1 В

Історично склалося так, що розмірність цієї одиниці вибрана не зовсім вірно. Справа в тому, що на практиці доводиться працювати з величинами електроємна: милі-, мікро-, нано- та пикофарад. Що дорівнює часткам Фарада, а саме:

1 мФ = 10 ^ (- 3) Ф

1 мкФ = 10 ^ (- 6) Ф

1 нФ = 10 ^ (- 9) Ф

1 пФ = 10 ^ (- 12) Ф

конденсатори

Конденсатор – це дві пластини з провідного матеріалу, розташовані один навпроти одного, між яким знаходиться шар діелектрика. У зарядженому стані обкладання мають різні потенціали: одна з них буде позитивною, а друга негативною. Електроємність конденсатора залежить від величини заряду на його обкладках і різниці потенціалів, напруги між ними. Між пластинами виникає електростатичне поле, яке утримує заряди на обкладинках. Формула електричної ємності конденсатора в загальному випадку:

C = q / U

Якщо сказати простими словами, то ємність конденсатора залежить від площі пластин і відстані між ними, а також відносної діелектричної проникності матеріалу, розташованого між ними. Їх розрізняють за використовуваним діелектрика:

  • керамічні;
  • плівкові;
  • слюдяні;
  • металопаперові;
  • електролітичні;
  • танталові та ін.

За формою обкладок:

  • плоскі;
  • циліндричні;
  • сферичні та ін.

Так як формула площі фігури залежить від її форми, то і формула ємності буде різною для кожного випадку.

Для плоского конденсатора:

Для двох концентричних сфер з загальним центром:

Для циліндричного конденсатора:

Як і у інших елементів електричного кола і в цьому випадку є два основних способи з’єднання конденсаторів: паралельне і послідовне.

Від цього залежить підсумкова електрична ємність отриманої ланцюга. Розрахунки ємності декількох конденсаторів нагадують розрахунки опору резисторів в різному включенні, тільки формули для способів з’єднання розташовані навпаки, тобто:

  1. При паралельному з’єднанні загальна електроємність ланцюга є сумою ємностей кожного з елементів. Кожен наступний підключений збільшує підсумкову ємність

Cобщ = C1 + C2 + C3

  1. При послідовному підключенні електроємність ланцюга знижується, подібно зниження опору в ланцюзі паралельно включених резисторів. Тобто:

Cобщ = (1 / С1) + (1 / С2) + (1 / С3)

Важливо! У паралельній схемі з’єднання напруги на обкладках кожного елемента однакові. Це використовують для отримання великих значень електроємна. У послідовному включенні двох елементів напруги на обкладках кожного з конденсаторів складають по половині загальної напруги. Для трьох – третини і так далі.

Акумулятори та електроємність

Основними характеристиками акумуляторних батарей є:

  • Номінальну напругу.
  • Ємність.
  • Максимальний струм розряду.

В даному випадку для визначення кількісної характеристики часу роботи або, кажучи простою мовою, щоб розрахувати, на який час роботи приладу вистачить акумулятора, використовують величину ємності.

В акумуляторних батареях для опису електричної ємності використовують такі розмірності:

  • А * год – ампер-години для великих акумуляторів, наприклад автомобільних.
  • мА * ч – міліампер-годинник, для акумуляторів для носяться пристроїв, наприклад смартфонів, квадрокопетров і електронних сигарет.
  • Вт * годинник – ват-години.

Ці характеристики дозволяють визначити, скільки часу роботи витримає акумулятор при конкретної навантаженні. Для визначення електричну ємність акумулятора вимірюють в кулонах (Кл). У свою чергу кулон дорівнює кількості електрики, переданому акумулятора при силі струму 1 за 1с. Тоді якщо перевести в години, то при струмі в 1А за 1 годину передається 3600 Кл.

Одним із способів вимірювання ємності акумулятора є його розряд свідомо відомим струмом, при цьому ви повинні заміряти час розряду. Припустимо, якщо акумулятор розрядився до мінімального рівня напруги за 10 годин струмом в 5А – значить його ємність 50 А * год

Електроємність – це важлива величина в електроніці та електротехніці. На практиці конденсатори застосовуються практично в кожній схемі електронного пристрою. Наприклад, в блоках харчування – для згладжування пульсацій, зменшення впливу високовольтних сплесків на силові ключі. У времязадающих ланцюгах різних схем, а також в ШІМ-контролери для того, щоб задати робочу частоту. Акумулятори також застосовуються повсюдно. Взагалі завдання накопичення енергії і зсуву фаз зустрічаються дуже часто.

Більш детально вивчити питання допоможе надане відео:

Коротко пояснення викладено в цьому відео уроці:

Тепер ви знаєте, що таке електрична ємність, в яких одиницях відбувається її вимір і від чого залежить ця величина. Сподіваємося, надана інформація була для вас корисною і зрозумілою!

Ссылка на основную публикацию