Mikä on kapasitanssi sähkötekniikassa

Sähköinen kapasiteetti luonnehtii johtavien kappaleiden ominaisuutta varautua sähkökentän vaikutuksesta ja myös kerätä sähköenergiaa näiden kappaleiden kenttään.

Hydrostaattisen sähkökapasiteetin analogia voi olla aluksen ominaiskapasiteetti korkeusyksikköä kohti, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin aluksen vaakasuuntaisen osan pinta-ala.

Kuvittele korkea säiliö. Säiliöön varastoitavan nesteen määrä (kehossa olevan sähkön määrä) riippuu sen täyttökorkeudesta (kehon potentiaali) sekä nesteen määrästä säiliön korkeusyksikköä kohti (ruumiin tilavuus). Tämä nestemäärä puolestaan ​​riippuu säiliön vaakasuuntaisen osan alueesta - sen halkaisijasta.

Mitä suurempi tämä halkaisija ja siten tilavuus korkeusyksikköä kohti, sitä suurempi on säiliön ominaiskapasitanssi per korkeus (kahden levyn välinen sähköinen kapasitanssi on verrannollinen levyjen pinta-alaan, katso - Mikä määrittää kondensaattorin kapasitanssin?).Näin ollen se riippuu nesteen tilavuuden arvosta korkeusyksikköä kohti ja työstä, joka on käytettävä säiliön täyttämiseen.

Oletetaan, että avaruudessa on kaksi samankokoista kuparipalloa (punainen ja sininen), jotka sijaitsevat tietyllä etäisyydellä toisistaan. Ota 9 voltin akku ja yhdistä se vastakkaisilla navoilla näihin kahteen palloon siten, että «+» on kytketty toiseen palloon (siniseen) ja «-» toiseen (punaiseen). Kuulien väliin ilmestyy sähköinen potentiaaliero, joka vastaa akun jännitettä V = 9 volttia.

Näiden kahden kuparipallon sähköiset tilat muuttuivat välittömästi erilaiseksi kuin ennen akun kytkemistä, koska nyt palloissa on vastakkaisia ​​sähkövarauksia, jotka ovat vuorovaikutuksessa ja kokevat vetovoiman toisiaan kohti.

Voidaan sanoa, että akku on siirtänyt positiivisen varauksen + q vasemmasta pallosta oikealle ja siten pallojen väliseksi potentiaalieroksi on tullut V = 9 volttia. Nyt vasen pallo on negatiivisesti varautunut -q.

Jos lisäämme piiriin sarjaan toisen samantyyppisen akun, pallojen välinen potentiaaliero kasvaa kaksinkertaiseksi, niiden välinen jännite ei ole enää 9 volttia, vaan 18 volttia ja lataus siirtyy pallo palloon myös kaksinkertaistuu (sitä tulee 2q) sekä jännite. Mutta mikä on tämän varauksen q suuruus, joka liikkuu joka kerta kun jännite nousee 9 volttia?

Ilmeisesti tämän varauksen suuruus on verrannollinen pallojen välille muodostuvaan potentiaalieroon. Mutta missä tarkassa numeerisessa suhteessa varaus ja potentiaaliero ovat? Tässä meidän on esitettävä johtimen sellainen ominaisuus kuin sähköinen kapasiteetti C.

Kapasitanssi on mitta, joka kuvaa johtimen kykyä varastoida sähkövarausta. On myös tärkeää ymmärtää, että kun ensimmäinen lanka latautuu, sen ympärillä olevan sähkökentän voimakkuus kasvaa. Vastaavasti ensimmäisen varatun langan vaikutus toiseen varautuneeseen johtoon kasvaa, varsinkin jos ne alkavat lähestyä toisiaan.

Varattujen johtimien välinen vuorovaikutusvoima kasvaa, jos niiden välinen etäisyys pienenee. Lisäksi riippuen johtojen välisen väliaineen parametreista, niiden vuorovaikutuksen voimakkuus voi myös olla erilainen.

Joten jos johtimien välillä on tyhjiö, vetovoima niiden varausten välillä on yksi, mutta jos nylonia sijoitetaan johtojen väliin tyhjiön sijaan, sähköstaattisen vuorovaikutuksen voima kolminkertaistuu, koska nailon kulkee sähkökenttä läpi itsensä 3 kertaa paremmin kuin ilma ja itse asiassa sähkökentän ansiosta varautuneet johdot ovat vuorovaikutuksessa keskenään.

Jos ladatut johdot alkavat levitä toisistaan ​​eri suuntiin, ne ovat vähemmän vuorovaikutuksessa, potentiaaliero on suurempi samoilla varauksilla, eli tällaisen järjestelmän kapasiteetti pienenee johtimien erottumisen myötä. Työ perustuu ajatukseen sähköisestä kapasiteetista kondensaattorit.

Kondensaattorit

Varautuneiden johtimien ominaisuutta olla sähköstaattisesti vuorovaikutuksessa toistensa kanssa eristeellä erotettujen sähkökenttien kautta käytetään kondensaattoreissa.

Rakenteellisesti kondensaattorit ovat kaksi levyä, joita kutsutaan levyiksi. Levyt on erotettu eristeellä.Suurimman mahdollisen kapasiteetin saavuttamiseksi on välttämätöntä, että levyillä on suuri pinta-ala ja niiden välinen etäisyys on minimaalinen.

Kondensaattorit sähkötekniikassa toimivat sähköenergian akkuina sähkökentässä, joka on keskittynyt kondensaattorin levyjen väliin sijoitetun dielektrin tilavuuteen, jonka vuoksi varaus kerääntyy tai poistetaan (sähkövirran muodossa).

Kaksi levyä on sijoitettu lyhyen matkan päähän toisistaan ​​suljetun kotelon sisään. Keramiikka, polypropeeni, elektrolyytti, tantaali jne. — kondensaattorit eroavat eristetyypistä levyjen välillä.

Kondensaattorit ovat korkeajännitteisiä ja matalajännitteisiä dielektrisestä lujuudesta riippuen.

Levyjen pinta-alasta ja käytetyn dielektrisen dielektrisyysvakion mukaan on kondensaattoreita, joilla on suuri kapasiteetti, jotka saavuttavat satoja faradeja (superkondensaattorit), ja pieni kapasiteetti - pikofaradin yksikkö.

Sähkökapasiteetin käyttö sähkötekniikassa

Kapasitiivisten järjestelmien ominaisuutta käytetään laajalti sähkötekniikassa vaihtovirtateknologioissa, erityisesti korkeiden ja ultrakorkeiden taajuuksien alalla.

DC-tekniikassa kapasitanssia käytetään kestomagneettimagnetointilaitteissa, pulssihitsauksessa, pulssieristysten läpilyönnissä, tasasuuntaajien virtakäyrän tasoituksissa jne.

Minkä tahansa eristettyjen johtavien kappaleiden järjestelmän kapasitanssilla, jota ei voida täysin pienentää nollaan, voi joissain tapauksissa olla ei-toivottu vaikutus sähkölaitteiden ominaisuuksiin (häiriöiden, kapasitiivisten vuotojen jne. muodossa).

Voit päästä eroon tällaisesta vaikutuksesta tai kompensoimalla sen vaikutusta asianmukaisesti (yleensä käyttämällä induktanssia), tai luomalla sellaiset olosuhteet, joissa järjestelmän tiettyjen kappaleiden potentiaalilla ympäröiviin esineisiin nähden on minimiarvo (esimerkiksi yhden kappaleen maadoitus).