На головну

Електрична ємність, конденсатори і ємнісні елементи

  1.  I.2 Елементи грошової системи
  2.  II.1 Основні елементи грошової маси
  3.  А) Складові елементи установки
  4.  Активні елементи електричних ланцюгів
  5.  Б 34.2 Елементи процесу складання виробів
  6.  Базові логічні елементи
  7.  Базові логічні елементи

конденсатором називається пристрій, що служить для накопичення зарядів.

На рис. 1.7, а зображений найпростіший плоский конденсатор з двома паралельними обкладинками кожна площею S, Які перебувають у вакуумі на відстані d один від одного.

Якщо між верхньою і нижньою обкладинками конденсатора прикласти напругу иаЬ > Про, То на верхній і нижній обкладинках конденсатора накопичаться однакові позитивний і негативний вільні заряди ± qCB = ± q.

Накопичений в конденсаторі заряд q пропорційний прикладеній напрузі иаЬ = ис

де коефіцієнт пропорційності С називається електричної ємністю (ємністю) конденсатора.

Одиниця виміру ємності в системі СІ - Фарад (Ф): 1 Ф = 1 Кл / В = = 1А * с / В.

між обкладками плоского конденсатора електричне поле буде однорідним (якщо не враховувати крайового ефекту) з напруженістю (Див. Приклад 1.2)

Порівнявши співвідношення (1.9) і (1.10), отримаємо вираз для ємності плоского вакуумного конденсатора:

.

для збільшення ємності плоского конденсатора простір між його обкладинками заповнюють діелектриком (рис. 1.7, б).

Під дією електричного поля хаотично орієнтовані в просторі дипольні молекули діелектрика набувають переважне напрямок орієнтації. При цьому всередині однорідного діелектрика позитивні і негативні заряди дипольних молекул компенсують один одного (на рис. 1.7, б зазначено штриховий лінією), а на кордонах з обкладинками плоского конденсатора залишаються некомпенсовані шари пов'язаних зарядів  . На кордоні з обкладанням, зарядженої позитивно (негативно), розташовується шар негативних (позитивних) пов'язаних зарядів. При наявності пов'язаних зарядів напруженість електричного поля всередині конденсатора зменшується:

Звідси випливає, що при тій же напруженості електричного поля, а отже, і напрузі иаЬ = іс заряд q повинен бути більше. Тому збільшиться, як випливає з (1.8), і ємність плоского конденсатора з діелектриком в порівнянні з ємністю такого ж вакуумного конденсатора:

 (1.11)

У табл. 1.1 наведені значення параметрів деяких діелектриків;

Електричною міцністю діелектрика ?п називається гранична напруженість електричного поля ще не викликає електричного пробою ізоляційного матеріалу.

електричний пробій - Пробій (різке зменшення опору ізоляції з одночасним неконтрольованим збільшенням струму через діелектрик), пов'язаний з тим, що носій заряду на довжині вільного пробігу набуває енергію, достатню для іонізації молекул кристалічної решітки або газу і збільшує концентрацію носіїв заряду. При цьому створюються вільні носії заряду (збільшується концентрація електронів), які вносять основний вклад в загальний потік. Генерація носіїв відбувається лавиноподібно.

в табл. 1.2 - умовні графічні позначення конденсаторів;

в табл. 1.3 - характеристики деяких типів конденсаторів на основі різних діелектриків.

 слюдяними КОНДЕНСАТОР

ПАПЕРОВИЙ КОНДЕНСАТОР

полістирольну КОНДЕНСАТОРИ

Керамічні КОНДЕНСАТОРИ

ВАКУУМНІ КОНДЕНСАТОРИ

ЗМІННІ КОНДЕНСАТОРИ

Дуже великий ємністю володіють електролітичні конденсатори (До 15000 мкФ), в яких використовується, наприклад, тонка оксидна плівка алюмінію. Оксидна плівка є діелектриком тільки при одному напрямку напруженості електричного поля. З цієї причини електролітичні конденсатори придатні тільки при одній полярності прикладеної до них щодо невисокої напруги (5-450 В).

Так як електричне поле завжди існує між різними деталями електротехнічних пристроїв, що знаходяться під напругою, між ними є електрична (паразитна) ємність.

Лінійний ємнісний елемент є складовою схеми заміщення будь-якій частині електротехнічного пристрою, в якій значення заряду пропорційно напрузі. Його параметром служить ємність С = const.

Кулон-вольтової характеристикою конденсатораq (uc). - Залежність величини заряду конденсатора від напруги на його обкладках.

Якщо залежність заряду від напруги нелінійна, то схема заміщення містить нелінійний ємнісний елемент, Який задається нелінійної кулон-вольтової характеристикою q (uc).

На рис.1.8 наведені кулон-вольтні характеристики лінійного (лінія а) і нелінійного (лінія Ь) ємнісних елементів, а також умовні позначення таких елементів на схемах заміщення.

якщо напруга, Прикладена до ємкісному елементу, змінюється (Збільшується або зменшується), то змінюється і заряд, Тобто в ємнісному елементі є струм.

Позитивний напрямок струму в ємнісному елементі виберемо збігається з позитивним напрямком прикладеної до нього напруги (див. рис. 1.7, в). За визначенням струм дорівнює швидкості зміни заряду:

 (1.12)

У лінійному місткості елементі з урахуванням (1.9) струм дорівнює

 (1.13)

Якщо за час t1 напруга на ємнісному елементі зміниться від нуля до  то електричному полі елемента буде накопичена енергія

або з урахуванням (1.12)

 (1.14)

де q1 - Значення вільного заряду при напрузі ис= із 1.

Енергія електричного поля ємнісного елемента при напрузі іс (Див. Формулу (1.14)) пропорційна відповідної площі, укладеної між кулон-вольтової характеристикою і віссю ординат (див. Рис. 1.8, де заштрихована площа, пропорційна енергії електричного поля нелінійного ємнісного елемента при напрузі іЗ 1).

Енергія електричного поля лінійного ємнісного елемента при напрузі іс з (1.14) з урахуванням (1.9) дорівнює

 . (1.15)

Ємнісні елементи можна розглядати в якості акумуляторів енергії.

 



 Глава 1. Базові поняття мережевих технологій. |  Способи з'єднання конденсаторів
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати