Что дает емкость конденсатора

Содержание

• Электрический конденсатор и его ёмкость (видео 13) | Введение в электрические цепи | Электротехника
• Конденсатор: что это такое и для чего он нужен
• Принцип работы конденсаторов
• Устройство конденсаторов
  • Пакетная конструкция
  • Трубчатая конструкция
  • Дисковая конструкция
  • Литая секционированная конструкция
  • Рулонная конструкция
• Где используются конденсаторы
• Поведение конденсатора в цепях постоянного и переменного тока
• Виды и классификация конденсаторов
  • Электролитические конденсаторы
  • Пленочные и металлопленочные конденсаторы
  • Керамические конденсаторы
  • Бумажные и металлобумажные конденсаторы
• Основные параметры конденсаторов
  • Емкость
  • Удельная емкость
• Все что нужно знать про конденсатор. Принцип работы, Маркировка, назначение
  • Плотность энергии
  • Номинальное напряжение
  • Полярность
• Паразитные параметры конденсаторов
• Обозначение конденсаторов на схеме
• Особенности соединения нескольких конденсаторов в цепи
  • Последовательное
  • Параллельное
• Маркировка конденсаторов
• Как проверить работоспособность конденсатора
  • Проверка полярного конденсатора
  • Проверка неполярного конденсатора
• Как зарядить и разрядить конденсатор
• Что такое конденсатор простыми словами
• Что такое конденсатор и от чего зависит его емкость
• Из чего состоит конденсатор и как он работает
• Ёмкость конденсатора
• Виды конденсаторов
• Электроемкость конденсатора
• Электроемкость проводников
• Конденсаторы
• Виды конденсаторов
• Конденсаторы в электронике. Самое понятное объяснение!
• Энергия конденсатора
• Применение конденсаторов
  • Пример раз — вспышка
  • Пример два — тачскрин
    • Похожие статьи

Электрический конденсатор и его ёмкость (видео 13) | Введение в электрические цепи | Электротехника

Конденсатор — это элемент, который способен накапливать электрический заряд для временного хранения. Точно такую же функцию способна выполнять и аккумуляторная батарея, но только с одной оговоркой, поскольку она предназначена для длительного хранения энергии. Поэтому на вопрос о том, что такое конденсатор, можно ответить, это устройство способное брать и отдавать заряд.

Конденсатор: что это такое и для чего он нужен

Конденсатор – это устройство, способное накапливать электрический заряд.

Такую же функцию выполняет и аккумуляторная батарея, но в отличие от неё конденсатор может моментально отдать весь накопленный заряд.

Количество заряда, которое способен накопить конденсатор, называют «емкостью». Эта величина измеряется в фарадах.

Принцип работы конденсаторов

При подсоединении цепи к источнику электрического тока через конденсатор начинает течь электрический ток. В начале прохождения тока через конденсатор его сила имеет максимальное значение, а напряжение – минимальное. По мере накопления устройством заряда сила тока падает до полного исчезновения, а напряжение увеличивается.

В процессе накопления заряда электроны скапливаются на одной пластинке, а положительные ионы – на другой. Между пластинами заряд не перетекает из-за присутствия диэлектрика. Так устройство накапливает заряд. Это явление называется накоплением электрических зарядов, а конденсатор –накопителем электрического поля.

Устройство конденсаторов

Конструкции современных конденсаторов отличаются разнообразием, но можно выделить несколько типичных вариантов:

Пакетная конструкция

Используется в стеклоэмалевых, керамических и стеклокерамических конденсаторах. Пакеты образованы чередующимися слоями обкладок и диэлектрика. Обкладки могут изготавливаться из фольги, а могут представлять собой слои на диэлектрических пластинах – напыленный или нанесенный вжиганием.

Каждый пакетный конденсатор имеет верхнюю и нижнюю обкладки, имеющие контакты с торцов пакета. Выводы изготавливаются из проволоки или ленточных полосок. Пакет опрессовывается, герметизируется, покрывается защитной эмалью.

Трубчатая конструкция

Такую конструкцию могут иметь высокочастотные конденсаторы. Они представляют собой керамическую трубку с толщиной стенки 0,25 мм. На ее наружную и внутреннюю стороны способом вжигания наносится серебряный проводящий слой. Снаружи деталь обрабатывается изоляционным веществом.

Внутреннюю обкладку выводят на наружный слой для присоединения к ней гибкого вывода.

Дисковая конструкция

Эта конструкция, как и трубчатая, применяется при изготовлении высокочастотных конденсаторов.

Диэлектриком в дисковых конденсаторах является керамический диск. На него вжигают серебряные обкладки, к которым подсоединены гибкие выводы.

Литая секционированная конструкция

Применяется в монолитных многослойных керамических конденсаторах, используемых в современной аппаратуре, в том числе с интегральными микросхемами. Деталь, имеющая 2 паза, изготавливается литьем керамики. Пазы заполняют серебряной пастой, которую закрепляют методом вживания. К серебряным вставкам припаивают гибкие выводы.

Рулонная конструкция

Характерна для бумажных пленочных низкочастотных конденсаторов с большой емкостью. Бумажная лента и металлическая фольга сворачиваются в рулон. В металлобумажных конденсаторах на бумажную ленту наносят металлический слой толщиной до 1 мкм.

Где используются конденсаторы

Конденсаторы применяются практически во всех современных устройствах: сабвуферах, электродвигателях, автомобилях, насосах, электроинструменте, кондиционерах, холодильниках, мобильных телефонах и т.п.

В зависимости от выполняемых функций их разделяют на общего назначения и узкоспециальные.

К конденсаторам общего назначения относятся низковольтные накопители, которые используются в большинстве видов электроаппаратуры.

К узкоспециализированным относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические ипусковые конденсаторы.

Функции, выполняемые конденсаторами:

• фильтрация высокочастотных помех;
• сведение к минимуму пульсаций;
• разделение сигнала на постоянные и переменные компоненты;
• накопление энергии;
• создание резонанса с катушкой индуктивности, что позволяет усилить сигнал.

Поведение конденсатора в цепях постоянного и переменного тока

В цепях постоянного тока заряженный конденсатор образует разрыв, мешающий протеканию тока. Если напряжение приложить к обкладкам разряженной детали, то ток потечет. При этом конденсатор будет заряжаться, сила тока падать, напряжение на обкладках повышаться. При достижении равенства напряжения на обкладках и источника электропитания течение тока прекращается.

При постоянном напряжении конденсатор удерживает заряд при включенном питании. После выключения заряд сбрасывается через нагрузки, присутствующие в цепи.

Переменный ток заряженный конденсатор тоже не пропускает. Но за один период синусоиды дважды происходит зарядка и разрядка накопителя, поэтому ток получает возможность протекать через конденсаторв периодего разрядки.

Виды и классификация конденсаторов

Конденсаторы различных типов приспособлены к разным условиям работы, направлены на выполнение определенных задач и обладают различными побочными эффектами.

Основной признак, по которому классифицируют конденсатор, – это вид диэлектрика. Именно диэлектрический материал определяет многие характеристики конденсатора.

Электролитические конденсаторы

В электролитических конденсаторах анодом служит металлическая пластина, диэлектриком – оксидная пленка, а катодом – твердый, жидкий или гелеобразный электролит. Наличие гелеобразного электролита делает устройство полярным, то есть ток через него может протекать только в одном направлении. Представители этого семейства – алюминиевые и танталовые конденсаторы.

Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют емкость от 0,1 до нескольких тысяч мкФ. Обычно они применяются на звуковых частотах. Электрохимическая ячейка плотно упакована, что обеспечивает большую эффективную индуктивность, которая не позволяет использовать алюминиевые накопители на сверхвысоких частотах.

В танталовых конденсаторах катод изготавливается из диоксида марганца. Сочетание значительной площади поверхности анода и диэлектрических характеристик оксида тантала обеспечивает высокую удельную емкость (емкость в единице объема или массы диэлектрика). Это значит, что танталовые конденсаторы гораздо компактнее алюминиевых такой же емкости.

У танталовых конденсаторов есть свои недостатки. Устройства ранних поколений грешат отказами, возможны возгорания. Они могут произойти при подаче слишком высокого пускового тока, который меняет структурное состояние диэлектрика. Дело в том, что оксид тантала в аморфном состоянии является хорошим диэлектриком.

При подаче большого пускового тока оксид тантала из аморфного состояния переходит в кристаллическое и превращается в проводник. Кристаллический оксид тантала еще больше увеличивает силу тока, что и приводит к возгоранию. Современные танталовые конденсаторы производятся по передовым технологиям и практически не дают отказов, не вздуваются, не возгораются.

Пленочные и металлопленочные конденсаторы

Пленочные конденсаторы имеют диэлектрический слой из полимерной пленки, расположенный между слоями металлофольги.

Такие устройства имеют небольшую емкость (от 100 пФ до нескольких мкФ), но могут работать при высоких напряжениях – до 1000 В.

Существует целое семейство пленочных конденсаторов, но для всех видов характерны небольшие емкость и индуктивность. Благодаря малой индуктивности, эти приборы используются в высокочастотных схемах.

Основные различия между конденсаторами с разными типами пленок:

• Конденсаторы с диэлектриком в виде полипропиленовой пленки применяются в цепях, в которых предъявляются высокие требования к температурной и частотной стабильности. Они подходят для систем питания, подавления ЭМП.
• Конденсаторы с диэлектриком в виде полиэстеровой пленки обладают низкой стоимостью и способны выдерживать высокие температуры при пайке. Частотная стабильность, по сравнению с полипропиленовыми видами, ниже.
• Конденсаторы с диэлектриком из поликарбонатной и полистиреновой пленки, которые использовались в старых схемах, сегодня уже неактуальны.

Керамические конденсаторы

В керамических конденсаторах в качестве диэлектрика используются керамические пластины.

Керамические конденсаторы отличаются небольшой емкостью – от одного пФ до нескольких десятков мкФ.

Керамика имеет пьезоэлектрический эффект (способность диэлектрика поляризоваться под воздействием механических усилий), поэтому некоторые виды этих конденсаторов обладают микрофонным эффектом. Это нежелательное явление, при котором часть электроцепи воспринимает вибрации, как микрофон, что становится причиной помех.

Бумажные и металлобумажные конденсаторы

В качестве диэлектрика в этих конденсаторах используется бумага, часто промасленная. Устройства с промасленной бумагой отличаются большими размерами. Модели с непромасленной бумагой более компактны, но они имеют существенный недостаток – увеличивают энергопотери под воздействием влаги даже в герметичной упаковке. В последнее время эти детали используются редко.

Основные параметры конденсаторов

Емкость

Этот показатель характеризует способность конденсатора накапливать электрический заряд. Емкость тем больше, чем больше площадь проводниковых обкладок и чем меньше толщина диэлектрического слоя. Также эта характеристика зависит от материала диэлектрика. На приборе указывается номинальная емкость. Реальная емкость, в зависимости от эксплуатационных условий, может отличаться от номинальной в значительных пределах.

Стандартные варианты номинальной емкости – от единиц пикофарад до нескольких тысяч микрофарад. Некоторые модели могут иметь емкость в несколько десятков фарад.

Классические конденсаторы имеют положительную емкость, то есть чем больше приложенное напряжение, тем больше накопленный заряд. Но сегодня в стадии разработки находятся устройства с уникальными свойствами, которые ученые называют «антиконденсаторами». Они обладают отрицательной емкостью, то есть с ростом напряжения их заряд уменьшается, и наоборот. Внедрение таких антиконденсаторов в электронную промышленность позволит ускорить работу компьютеров и снизить риск их перегрева.

Что будет, если поставить накопитель большей/меньшей емкости, по сравнению с требуемой? Если речь идет о сглаживании пульсаций напряжения в блоках питания, то установка конденсатора с емкостью, превышающей нужную величину (в разумных пределах – до 90% от номинала), в большинстве случаев улучшает ситуацию. Монтаж конденсатора с меньшей емкостью может ухудшить работу схемы. В других случаях возможность установки детали с параметрами, отличающимися от заданных, определяют конкретно для каждого случая.

Удельная емкость

Все что нужно знать про конденсатор. Принцип работы, Маркировка, назначение

Отношение номинальной емкости к объему (или массе) диэлектрика. Чем тоньше диэлектрический слой, тем выше удельная емкость, но тем меньше его напряжение пробоя.

Плотность энергии

Это понятие относится к электролитическим конденсаторам. Максимальная плотность характерна для больших конденсаторов, в которых масса корпуса значительно ниже, чем масса обкладок и электролита.

Номинальное напряжение

Его значение отражается на корпусе и характеризует напряжение, при котором конденсатор работает в течение срока службы с колебанием параметров в заданных пределах. Эксплуатационное напряжение не должно превышать номинальное значение. Для многих конденсаторов с повышением температуры номинальное напряжение снижается.

Полярность

К полярным относятся электролитические конденсаторы, имеющие положительный и отрицательный заряды. На устройствах отечественного производства обычно ставился знак «+» у положительного электрода. На импортных приборах обозначается отрицательный электрод, возле которого стоит знак «-». Такие конденсаторы могут выполнять свои функции только при корректном подключении полярности напряжения.

Этот факт объясняется химическими особенностями реакции электролита с диэлектриком.

Что будет, если перепутать полярность конденсатора? Обычно в этом случае приборы выходят из строя. Это происходит из-за химического разрушения диэлектрика, которое вызывает рост силы тока, вскипание электролита и, как следствие, вздутие корпуса и вероятный взрыв.

К группе неполярных конденсаторов относится большинство накопителей заряда. Эти детали обеспечивают корректную работу при любом порядке подключения выводов в цепь.

Паразитные параметры конденсаторов

Конденсаторы, помимо основных характеристик, имеют так называемые «паразитные параметры», которые искажают рабочие свойства колебательного контура. Их необходимо учитывать при проектировании схемы.

К таким параметрам относятся собственное сопротивление и индуктивность, которые разделяются на следующие составляющие:

• Электрическое сопротивление изоляции (r), которое определяется по формуле: r = U/Iут, в которой U – напряжение источника питания, Iут – ток утечки.
• Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR). Эта величина зависит от электрического сопротивления материала обкладок, выводов, контактов между ними, потерями в диэлектрическом слое. ЭПС возрастает с ростом частоты тока, подаваемого на накопитель. В большинстве случаев эта характеристика не принципиальна. Исключение составляют электролитические накопители, устанавливаемые в фильтрах импульсных блоков питания.
• Эквивалентная последовательная индуктивность – L. На низких частотах этот параметр, обусловленный собственной индуктивностью обкладок и выводов, не учитывается.

К паразитным параметрам также относится Vloss – незначительная величина, выражаемая в процентах, которая показывает, насколько падает напряжение сразу после прекращения зарядки конденсатора.

Обозначение конденсаторов на схеме

На чертежах конденсатор с постоянной емкостью обозначают двумя параллельными черточками — обкладками. Их подписывают буквой «C». Рядом с буквой ставят порядковый номер элемента на схеме и значение емкости в пФ или мкФ.

В конденсаторах переменной емкости параллельные черточки перечеркиваются диагональной чертой со стрелкой. Подстроечные модели обозначаются двумя параллельными линиями, перечеркнутыми диагональной чертой с черточкой на конце. На обозначении полярных конденсаторов указывается положительно заряженная обкладка.

Обозначение по ГОСТ 2.728-74	Описание
	Конденсатор постоянной ёмкости
	Поляризованный (полярный) конденсатор
	Подстроечный конденсатор переменной ёмкости
	Варикап

Особенности соединения нескольких конденсаторов в цепи

Соединение нескольких конденсаторов между собой может быть последовательным или параллельным.

Последовательное

Последовательное соединение позволяет подавать на обкладки большее напряжение, чем на отдельно стоящую деталь. Напряжение распределяется в зависимости от емкости каждого накопителя. Если емкости деталей равны, то напряжение распределяется поровну.

Получаемая емкость в такой цепи находится по формуле:

Если провести вычисления, то станет понятно, что увеличение напряжения в цепи достигается существенным падением емкости. Например, если в цепь подсоединить последовательно два конденсатора емкостью 10 мкФ, то общая емкость будет равна всего 5 мкФ.

Параллельное

Это наиболее распространенный на практике способ, позволяющий увеличить общую емкость в схеме. Параллельное соединение позволяет создать один большой конденсатор с суммарной площадью проводящих пластин. Общая емкость системы представляет собой сумму емкостей соединенных деталей.

Напряжение на всех элементах будет одинаковым.

Маркировка конденсаторов

В маркировке конденсатора, независимо от его типа, присутствуют два обязательных параметра – емкость и номинальное напряжение. Наиболее распространена цифровая маркировка, указывающая величину сопротивления. В ней используется три или четыре цифры.

Кратко суть трехфциферной маркировки: первые две цифры, находящиеся слева, указывают значение емкости в пикофарадах. Самая правая цифра показывает, сколько нулей надо прибавить к стоящим слева цифрам. Результат получается в пикофарадах. Пример: 154 = 15х104 пФ.

На конденсаторах зарубежного производства пФ обозначаются как mmf.

В кодовом обозначении с четырьмя цифрами емкость в пикофарадах обозначают первые три цифры, а четвертая указывает на количество нулей, которые требуется добавить. Например: 2353=235х103 пФ.

Для обозначения емкости также может применяться буквенно-цифровая маркировка, содержащая букву R, которая указывает место установки десятичной запятой. Например, 0R8=0,8 пФ.

На корпусе значение напряжения указывается числом, после которого ставятся буквы: V, WV (что означает «рабочее напряжение»). Если указание на допустимое напряжение отсутствует, то конденсатор может использоваться только в низковольтных цепях.

Помимо емкости и напряжения, на корпусе могут указываться и другие характеристики детали:

• Материал диэлектрика. Б – бумага, С – слюда, К – керамика.
• Степень защиты от внешних воздействий. Г – герметичное исполнение, О – опрессованный корпус.
• Конструкция. М – монолит, Б – бочонок, Д – диск, С – секционный вариант.
• Режим по току. И – импульсный, У – универсальный, Ч – только постоянный ток, П – переменный/постоянный.

Как проверить работоспособность конденсатора

Для проверки конденсатора на работоспособность используют мультиметр. Прежде чем проверить накопитель, необходимо определить, какой именно прибор находится в схеме – полярный (электролитический) или неполярный.

Проверка полярного конденсатора

При проверке полярного конденсатора необходимо соблюдать правильную полярность подключения щупов: плюсовой должен быть прижат к плюсовой ножке, минусовой – к минусу. Если вы перепутаете полярность, конденсатор выйдет из строя.

После выпайки детали ее кладут на свободное пространство. Мультиметр включают в режим измерения сопротивления («прозвонки»).

Щупами дотрагиваются до выводов прибора с соблюдением полярности. Правильная ситуация, когда на дисплее появляется первое значение, которое начинает постепенно расти. Максимальное значение, которое должно быть достигнуто для исправного устройства, – 1. Если вы только прикоснулись щупами к выводам, а на экране появилась сразу цифра 1, значит, прибор неисправен. Появление на экране «0» означает, что внутри детали произошло короткое замыкание.

Проверка неполярного конденсатора

В этом случае проверка предельно простая. Диапазон измерений выставляют на отметку 2 МОм. Щупы присоединяют к выводам конденсатора в любом порядке. Полученное значение должно превышать двойку.

Если на дисплее высвечивается значение менее 2 МОм, то деталь неисправна.

Как зарядить и разрядить конденсатор

Для зарядки накопителя его подсоединяют к источнику неизменного тока. Зарядка прекращается, когда напряжение источника питания сравнивается по величине с напряжением на обкладках.

Разрядка конденсатора может пригодиться для неопасной разборки бытовых устройств и электрических устройств. Накопители электрических устройств разряжают при помощи обыкновенной диэлектрической отвертки. Для разрядки больших накопителей, которые инсталлируются в бытовых устройствах, нужно собрать особое разрядное устройство.

Что такое конденсатор простыми словами

Конденсатор — это элемент, который способен копить электронный заряд для временного хранения. Точно такую же функцию способна делать и аккумуляторная батарея, но только с одной обмолвкой, так как она создана для долгого хранения энергии. Потому на вопрос о том, что такое конденсатор, можно ответить, это устройство способное брать и отдавать заряд.

Самой главной чертой хоть какого конденсатора является емкость. Емкость конденсатора, это та величина, которая показывает на количество электронного заряда, который он способен хранить. Эта величина находится в зависимости от геометрических размеров конденсатора, расстояния меж диэлектриком и заполнителем, которые находятся снутри конденсатора.

Что такое конденсатор и от чего зависит его емкость

Конденсатор представляет собой автономный источник электронного заряда. Емкость конденсатора находится в зависимости от его геометрических размеров, расстояния меж пластинами и диэлектриком. Чем больше емкость конденсатора, тем меньше это самое расстояние.

Ординарными словами говоря, чем больше диэлектрическая проницаемость, тем меньше емкость конденсатора.

Измеряется конденсаторная емкость в фарадах (обозначение F). Конденсаторная емкость — это не что другое, как количество заряда, которое способен накопить конденсатор, а потом дать.

Из чего состоит конденсатор и как он работает

Конструкция конденсатора представлена в виде корпуса, снутри которого размещаются обкладки и диэлектрик. В процессе зарядки конденсатора образуются положительные и отрицательные частички, которые накапливаются на 2-ух пластинках: положительные на одной пластинке, а отрицательные на другой (катод и анод).

Ёмкость конденсатора

Как было сказано выше, на веб-сайте https://samelektrikinfo.ru/, меж обкладками конденсатора размещён диэлектрик, чтоб не допустить недлинного замыкания снутри. При подключении конденсатора на пластинках начинается скапливаться заряд.

Во время этого процесса происходит скопление электронных частиц, при всем этом ток снутри конденсатора падает, а напряжение растёт.

Почти во всем конструкция конденсаторов находится в зависимости от их вида. В стеклоэмалевых конденсаторах представлена пакетная конструкция с чередующимися слоями обкладок и диэлектрика. Обкладки для пластинок делаются из токопроводящей фольги.

Высокочастотные конденсаторы имеют трубчатую конструкцию, которая представлена в виде глиняной трубки. С внутренней стороны глиняной трубки нанесён серебряный проводящий слой.

Мультислойные глиняние конденсаторы, которые имеют, литую секционную конструкцию, используются в осовремененной аппаратуре, где задействованы интегральные схемы. Делаются они средством глиняного литья.

Виды конденсаторов

На нынешнее время существует порядка четырёх главных видов конденсаторов. Это электролитические, глиняние, пленочные и бумажные конденсаторы.

Электролитические конденсаторы могут владеть впечатляющим зарядом. Такие конденсаторы получили широчайшее применение во различной технике. Они употребляются в качестве пусковых и рабочих конденсаторов.

Емкость дюралевых электролитических конденсаторов может достигать 2 000 мкФ. Устройство электролитического конденсатора представлено в виде бочонка с железной пластинкой, анодом и электролитом снутри, который выступает в роли катода.

Пленочные конденсаторы имею совершенно другую конструкцию. Она представлена в виде мотка металлофольги и полимерной пленки в качестве диэлектрика. Основное отличие электролитических конденсаторов от пленочных конденсаторов состоит в том, что последние, пленочные конденсаторы, не могут иметь настолько большой емкости, как в электролитических конденсаторах.

Глиняние конденсаторы, в их устройстве используются глиняние пластинки в роли диэлектрика. Глиняние конденсаторы имеют ряд существенных недочетов, что значительно ограничивает область их внедрения. Один из таких минусов, это способность поляризоваться и микрофонный эффект, что является предпосылкой появления разных помех в устройстве.

Бумажные конденсаторы, в конструкции которых употребляется промасленная бумага, отличаются довольно впечатляющими габаритами. На нынешнее время данный вид конденсаторов фактически не употребляется, потому что имеет ряд существенных недочетов, одним из которых являются значимые потери энергии при воздействии воды на конденсатор.

Электроемкость конденсатора

Вспышка фотоаппарата и тачскрин на телефоне невозможны без конденсаторов. Да что там — ни один современный устройство без конденсатора работать не будет. Основной параметр конденсатора — электроемкость, о которой мы и побеседуем.

· Обновлено 28 октября 2022

Электроемкость проводников

Проводники могут не только лишь проводить через себя электронный ток, да и копить заряд. Эта способность характеризуется таким параметром, как электроемкость.

Электроемкость

C = q/φ

С — электроемкость [Ф]

q — электронный заряд [Кл]

φ — потенциал [В]

Получай лайфхаки, статьи, видео и чек-листы по обучению на почту

Полезные подарки для родителей

В колесе удачи — гарантированные призы, которые посодействуют сделать учебный процесс и выстроить дела с ребёнком!

Получить подарок!

Конденсаторы

Способность копить заряд — нужная штука, потому люди выдумали конденсаторы. Это такие устройства, которые помогают использовать электронную емкость проводников в практических целях.

Конденсатор состоит из 2-ух либо более проводящих пластинок (обкладок), разбитых диэлектриком. Меж проводящими пластинами появляется электронное поле, все силовые полосы которого идут от одной обкладки к другой.

Зарядка конденсатора — это процесс скопления заряда на 2-ух его обкладках. Заряды на их равны по величине и обратны по знаку.

Электроемкость конденсатора

C = q/U

С — электроемкость [Ф]

q — электронный заряд [Кл]

U — напряжение (разность потенциалов) [В]

По закону сохранения заряда, если обкладки заряженного конденсатора соединить проводником, то заряды нейтрализуются, переходя с одной обкладки на другую. Так происходит разрядка конденсатора.

Хоть какой конденсатор имеет предел напряжения. Если оно окажется очень огромным, то случится пробой диэлектрика, другими словами разрядка произойдет прямо через диэлектрик. Таковой конденсатор больше работать не будет.

Виды конденсаторов

Особенность электроемкости в том, что она находится в зависимости от формы проводника. Для каждого вида проводников есть своя формула расчета электроемкости.

Проще всего вычислить электроемкость плоского конденсатора. Тонкий конденсатор состоит из 2-ух железных пластинок, меж которыми помещают диэлектрическое вещество.

Электроемкость плоского конденсатора

— относительная диэлектрическая проницаемость среды [—]

— площадь пластинок [м 2 ]

— расстояние меж пластинами [м]

Самый пользующийся популярностью конденсатор — цилиндрический. Он состоит из 2-ух железных цилиндров, вложенных друг в друга, и диэлектрика, которым заполнено место меж ними. Разглядим формулу электроемкости такового конденсатора.

Электроемкость цилиндрического конденсатора

— относительная диэлектрическая проницаемость среды [—]

Конденсаторы в электронике. Самое понятное объяснение!

— длина цилиндров [м]

— радиусы цилиндров [м]

— функция натурального логарифма, которая находится в зависимости от радиусов цилиндров

Сферический конденсатор состоит из 2-ух проводящих сфер, вложенных друг в друга, и непроводящей воды, которой заполнено место меж ними.

Электроемкость сферического конденсатора

— относительная диэлектрическая проницаемость среды [—]

Подытожим все, что узнали, на картинке-шпаргалке:

Энергия конденсатора

У конденсатора, как и у хоть какой системы заряженных тел, есть энергия. Чтоб зарядить конденсатор, нужно совершить работу по разделению отрицательных и положительных зарядов. По закону сохранения энергии эта работа будет как раз равна энергии конденсатора.

Обосновать, что заряженный конденсатор обладает энергией, нетрудно. Для этого пригодится электрическая цепь, содержащая внутри себя лампу накаливания и конденсатор. При разрядке конденсатора вспыхнет лампа — это будет означать, что энергия конденсатора превратилась в тепло и энергию света.

Чтобы вывести формулу энергии плоского конденсатора, нам понадобится формула энергии электростатического поля.

Энергия электростатического поля

W_p = qEd

W_p — энергия электростатического поля [Дж]

q — электрический заряд [Кл]

E — напряженность электрического поля [В/м]

d — расстояние от заряда [м]

В случае с конденсатором d будет представлять собой расстояние между пластинами.

Заряд на пластинах конденсатора равен по модулю, поэтому можно рассматривать напряженность поля, создаваемую только одной из пластин.

Напряженность поля одной пластины равна Е/2, где Е — напряженность поля в конденсаторе.

В однородном поле одной пластины находится заряд q, распределенный по поверхности другой пластины.

Тогда энергия конденсатора равна:

W_p = qEd/2

Разность потенциалов между обкладками конденсатора можно представить, как произведение напряженности на расстояние:

U = Ed

W_p = qU/2

Эта энергия равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин.

Заменив в формуле разность потенциалов или заряд при помощи выражения для электроемкости конденсатора C = q/U, получим три различных формулы энергии конденсатора:

Энергия конденсатора

W_p = qU/2

W_p — энергия электростатического поля [Дж]

q — электрический заряд [Кл]

U — напряжение на конденсаторе [В]

Энергия конденсатора

W_p = q 2 /2C

W_p — энергия электростатического поля [Дж]

q — электрический заряд [Кл]

C — электроемкость конденсатора [Ф]

Энергия конденсатора

W_p = CU 2 /2

W_p — энергия электростатического поля [Дж]

C — электроемкость конденсатора [Ф]

U — напряжение на конденсаторе [В]

Эти формулы справедливы для любого конденсатора.

Применение конденсаторов

Конденсатор есть в каждом современном устройстве. Разберем два самых наглядных примера.

Пример раз — вспышка

Без конденсатора вспышка в фотоаппарате работала бы не потому что мы привыкли, а с большими задержками, и к тому же быстро разряжала бы аккумулятор. Конденсатор в данном случае работает как батарейка. Он накапливает заряд от аккумулятора и хранит его до востребования. Когда нам нужна вспышка, конденсатор разряжается, чтобы она сработала и вылетела птичка.

Пример два — тачскрин

Тачскрин на телефоне работает по принципу, схожему с конденсатором. В самом смартфоне, конечно, тоже есть множество конденсаторов, но этот принцип куда интереснее.

Дело в том, что человеческое тело тоже умеет проводить электричество — у него даже есть сопротивление и электроемкость. Так что можно считать человеческий палец пластиной конденсатора — тело же проводник, почему бы и нет. Но если поднести палец к металлической пластине, получится плохой конденсатор.

В экран телефона встроена матрица из микроскопических пластинок. Когда мы подносим палец к какой-то из них, получается своего рода конденсатор. Когда перемещаем палец ближе к другой пластинке — очередной конденсатор. Телефон постоянно проверяет пластинки, и если обнаруживает, что у какой-то из них внезапно изменилась электроемкость, значит, рядом есть палец.

Координаты пластинки с изменившейся электроемкостью передаются операционной системе телефона, а она уже решает, что с этими координатами делать.

Кстати, то же самое можно проделать, если взять обычную сосиску и поводить ей по экрану смартфона. Тачскрин будет реагировать на все контакты, как реагирует на человеческий палец.

Это не единственный вариант реализации тачскрина, но один из лучших на сегодня. В айфоне используется именно он.

Изучать физику на примерах из реальной жизни может быть очень даже интересно. Попробуйте и убедитесь сами на классическом курсе по физике для 10 класса.

Похожие статьи

• Что дает пароизоляция

  Полиэтилен или пароизоляция. Можно ли применять полиэтилен в качестве пароизоляции? Вот так и высчитывается характеристика паропроницаемости: чем ниже…