Vad är kapacitans inom elektroteknik

Elektrisk kapacitet kännetecknar egenskapen hos ledande kroppar att ladda under påverkan av ett elektriskt fält, och även att ackumulera elektrisk energi i dessa kroppars fält.

En analogi av elektrisk kapacitet inom området hydrostatik kan vara den specifika kapaciteten för ett fartyg per höjdenhet, vilket är numeriskt lika med arean av den horisontella sektionen av fartyget.

Föreställ dig en hög cistern. Mängden vätska (mängden elektricitet på kroppen) som kan lagras i tanken beror på höjden på dess fyllning (kroppspotential) samt volymen vätska per höjdenhet av tanken (kroppskapacitet). Denna vätskevolym beror i sin tur på arean av den horisontella delen av tanken - på dess diameter.

Ju större denna diameter, och därför volymen per höjdenhet, desto större är den specifika kapacitansen per höjd av tanken (den elektriska kapacitansen mellan de två plattorna är proportionell mot plattornas yta, se — Vad bestämmer kapacitansen hos en kondensator?).Följaktligen beror det på värdet av vätskevolymen per höjdenhet och det arbete som måste läggas på att fylla tanken.

Anta att det finns två kopparkulor av samma storlek (röda och blå) som ligger på ett visst avstånd från varandra i rymden. Ta ett 9 volts batteri och anslut det med motsatta poler till dessa två kulor så att «+» ansluts till en kula (till den blå) och «-» till den andra (till den röda). En elektrisk potentialskillnad lika med batterispänningen V = 9 volt kommer att uppstå mellan kulorna.

De elektriska tillstånden för dessa två kopparkulor blev omedelbart annorlunda än innan batteriet kopplades, för nu finns det motsatta elektriska laddningar på kulorna som samverkar och upplever attraktionskraften mot varandra.

Vi kan säga att batteriet har överfört en positiv laddning + q från vänster kula till höger och därför har potentialskillnaden mellan kulorna blivit V = 9 volt. Nu är den vänstra bollen negativt laddad -q.

Om vi ​​lägger till ytterligare ett batteri av samma typ till kretsen i serie, kommer potentialskillnaden mellan kulorna att bli dubbelt så stor, spänningen mellan dem kommer inte längre att vara 9 volt, utan 18 volt, och laddningen kommer att flytta från bollen till bollen kommer också att fördubblas (det blir 2q) samt spänningen. Men vad är storleken på denna laddning q som rör sig varje gång spänningen stiger med 9 volt?

Uppenbarligen är storleken på denna laddning proportionell mot potentialskillnaden som skapas mellan kulorna. Men i vilket exakt numeriskt förhållande finns laddning och potentialskillnad? Här måste vi introducera en sådan egenskap hos ledaren som den elektriska kapaciteten C.

Kapacitans är ett mått på en ledares förmåga att lagra elektrisk laddning. Det är också viktigt att förstå att när den första tråden laddas ökar styrkan på det elektriska fältet runt den. Följaktligen kommer effekten av den första laddade tråden på den andra laddade tråden att öka, speciellt om de börjar närma sig varandra.

Samverkanskraften mellan laddade ledningar blir större om avståndet mellan dem blir mindre. Dessutom, beroende på parametrarna för mediet mellan ledningarna, kan styrkan på deras interaktion också vara annorlunda.

Så om det finns ett vakuum mellan ledningarna, kommer attraktionskraften mellan deras laddningar att vara en, men om nylon placeras mellan ledningarna istället för ett vakuum, kommer kraften från den elektrostatiska interaktionen att tredubblas, eftersom nylonet passerar en elektriskt fält genom sig självt 3 gånger bättre än luft och faktiskt på grund av det elektriska fältet interagerar de laddade ledningarna med varandra.

Om de laddade ledningarna börjar spridas från varandra i olika riktningar, kommer de att interagera mindre, potentialskillnaden blir större för samma laddningar, det vill säga kapaciteten hos ett sådant system kommer att minska med separationen av ledningarna. Arbetet bygger på idén om elkapacitet kondensatorer.

Kondensatorer

Egenskapen hos laddade ledare att elektrostatiskt interagera med varandra genom varandras elektriska fält separerade av ett dielektrikum används i kondensatorer.

Kondensatorer är strukturellt två plattor som kallas plattor. Plattorna är åtskilda av ett dielektrikum.För att få största möjliga kapacitet är det nödvändigt att plattorna har en stor yta och att avståndet mellan dem är minimalt.

Kondensatorer inom elektroteknik fungerar som ackumulatorer av elektrisk energi i ett elektriskt fält som är koncentrerat i volymen av dielektrikum placerad mellan kondensatorns plattor, på grund av vilken laddningen ackumuleras eller tas bort (i form av en elektrisk ström).

Två plattor placeras med kort avstånd från varandra inuti ett tätat hus. Keramik, polypropen, elektrolytisk, tantal, etc. — kondensatorer skiljer sig åt i typen av dielektrikum mellan plattorna.

Kondensatorer är högspänning och lågspänning, beroende på den dielektriska styrkan.

Beroende på plattornas yta och dielektricitetskonstanten för det använda dielektrikumet finns det kondensatorer med stor kapacitet som når hundratals farad (superkondensatorer) och liten kapacitet - enheter av picofarads.

Användningen av elektrisk kapacitet inom elektroteknik

Egenskapen hos kapacitiva system används i stor utsträckning inom elektroteknik i växelströmsteknologier, särskilt inom området för höga och ultrahöga frekvenser.

Inom DC-teknik används kapacitans i magnetiseringsanordningar med permanentmagnet, för pulsad elektrisk svetsning, pulserade dielektriska genombrottstester, strömkurvutjämning i likriktare, etc.

Kapacitansen hos alla system av isolerade ledande kroppar, som inte kan reduceras helt till noll, kan i vissa fall ha en oönskad effekt på egenskaperna hos elektriska anordningar (i form av interferens, kapacitivt läckage, etc.).

Du kan bli av med en sådan påverkan eller genom att på lämpligt sätt kompensera dess effekt (vanligtvis använder induktans), eller genom att skapa sådana förhållanden där potentialerna för vissa kroppar i systemet med avseende på omgivande objekt har ett minimivärde (till exempel jordning av en av kropparna).