Емкость конденсатора в чем измеряется в физике: В чем измеряется емкость конденсатора?

Фарад (единица измерения) — это… Что такое Фарад (единица измерения)?

Фарад (единица измерения)

Фара́д (обозначение: Ф, F) — единица измерения электрической ёмкости в системе СИ (ранее называлась фара́да).

1 фарад равен электрической ёмкости конденсатора, при которой заряд 1 кулон создаёт между обкладками конденсатора напряжение 1 вольт.

Ф = Кл/В = A·c/B

Единица названа в честь английского физика Майкла Фарадея

Фарад — очень большая ёмкость. Емкостью 1Ф обладал бы уединенный шар, радиус которого был бы равен 13 радиусам Солнца. Для сравнения, ёмкость Земли (шара размером с Землю, как уединенного проводника) составляет всего около 700 микрофарад.

Промышленно выпускаемые конденсаторы обычно имеют номиналы измеряемые в нано- и пикофарадах.
Впрочем, ёмкость т. н. ионисторов (конденсаторов с двойным электрическим слоем) может достигать нескольких килофарад.

Кратные и дольные единицы

Десятичные кратные и дольные единицы образуют с помощью стандартных приставок СИ.

Кратные Дольные
величина название обозначение величина название обозначение
101 Ф декафарад даФ daF 10−1 Ф децифарад дФ dF
102 Ф гектофарад гФ hF 10−2 Ф сантифарад сФ cF
103 Ф килофарад кФ kF 10−3 Ф миллифарад мФ mF
106 Ф мегафарад МФ MF 10−6 Ф микрофарад мкФ µF
109 Ф гигафарад ГФ GF 10−9 Ф нанофарад нФ nF
1012 Ф терафарад ТФ TF 10−12 Ф пикофарад пФ pF
1015 Ф петафарад ПФ PF 10−15 Ф фемтофарад фФ fF
1018 Ф эксафарад ЭФ EF 10−18 Ф аттофарад аФ aF
1021 Ф зеттафарад ЗФ ZF 10−21 Ф зептофарад зФ zF
1024 Ф йоттафарад ИФ YF 10−24 Ф йоктофарад иФ yF
     применять не рекомендуется
  • Также не рекомендуется употреблять миллифарад и нанофарад.

См также

Wikimedia Foundation. 2010.

  • Фара Диба
  • Фарадей (единица кол-ва электричества)

Полезное


Смотреть что такое «Фарад (единица измерения)» в других словарях:

  • Единица измерения Сименс — Сименс (обозначение: См, S)  единица измерения электрической проводимости в системе СИ, величина обратная ому. До Второй мировой войны (в СССР до 1960 х годов) сименсом называлась единица электрического сопротивления, соответсвующая сопротивлению …   Википедия

  • Зиверт (единица измерения) — Зиверт (обозначение: Зв, Sv)  единица измерения эффективной и эквивалентной доз ионизирующего излучения в Международной системе единиц (СИ), используется с 1979 г. 1 зиверт  это количество энергии, поглощённое килограммом… …   Википедия

  • Беккерель (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Беккерель. Беккерель (обозначение: Бк, Bq)  единица измерения активности радиоактивного источника в Международной системе единиц (СИ). Один беккерель определяется как активность источника, в… …   Википедия

  • Ньютон (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Ньютон. Ньютон (обозначение: Н) единица измерения силы в Международной системе единиц (СИ). Принятое международное название newton (обозначение: N). Ньютон производная единица. Исходя из второго… …   Википедия

  • Сименс (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Сименс. Сименс (русское обозначение: См; международное обозначение: S)  единица измерения электрической проводимости в Международной системе единиц (СИ), величина обратная ому. Через другие… …   Википедия

  • Тесла (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Тесла. Тесла (русское обозначение: Тл; международное обозначение: T)  единица измерения индукции магнитного поля в Международной системе единиц (СИ), численно равная индукции такого… …   Википедия

  • Паскаль (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Паскаль (значения). Паскаль (обозначение: Па, международное: Pa)  единица измерения давления (механического напряжения) в Международной системе единиц (СИ). Паскаль равен давлению… …   Википедия

  • Грей (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Грей. Грей (обозначение: Гр, Gy)  единица измерения поглощённой дозы ионизирующего излучения в Международной системе единиц (СИ). Поглощённая доза равна одному грею, если в результате… …   Википедия

  • Вебер (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Вебер. Вебер (обозначение: Вб, Wb) единица измерения магнитного потока в системе СИ. По определению, изменение магнитного потока через замкнутый контур со скоростью один вебер в секунду наводит в… …   Википедия

  • Генри (единица измерения) — У этого термина существуют и другие значения, см. Генри. Генри (русское обозначение: Гн; международное: H) единица измерения индуктивности в Международной системе единиц (СИ). Цепь имеет индуктивность один генри, если изменение тока со скоростью… …   Википедия

Теория по физике для ЕГЭ, пособия по подготовке и справочные материалы в Москве

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая проницаемость вещества. Электроемкость. Конденсаторы. Поле плоского конденсатора. Электроемкость плоского конденсатора. Последовательное и параллельное соединение конденсаторов. Энергия заряженного конденсатора.

  • Проводники и диэлектрики в электростатическом поле

    Вещества в природе можно разделить на проводники и диэлектрики.

    Основная особенность — наличие свободных зарядов (электронов), которые участвуют в тепловом движении и могут перемещаться по всему объему проводника.

    Типичные проводники — металлы.

  • Диэлектрическая проницаемость вещества

    В отсутствие внешнего поля в любом элементе объема проводника отрицательный свободный заряд компенсируется положительным зарядом ионной решетки. В проводнике, внесенном в электрическое поле, происходит перераспределение свободных зарядов, в результате чего на поверхности проводника возникают нескомпенсированные положительные и отрицательные заряды. Этот процесс называют электростатической индукцией, а появившиеся на поверхности проводника заряды — индукционными зарядами.

    В отличие от проводников, в диэлектриках (изоляторах) нет свободных электрических зарядов. Они состоят из нейтральных атомов или молекул. Заряженные частицы в нейтральном атоме связаны друг с другом и не могут перемещаться под действием электрического поля по всему объему диэлектрика.

  • Физическая величина, равная отношению модуля напряженности \(\vec{E}_0\) внешнего электрического поля в вакууме к модулю напряженности \(\vec{E}\) полного поля в однородном диэлектрике, называется диэлектрической проницаемостью вещества \(\varepsilon\).

    \[\varepsilon=\dfrac{\vec{E}_0}{\vec{E}}\]

  • Электроемкостью системы из двух проводников называется физическая величина, определяемая как отношение заряда \(q\) одного из проводников к разности потенциалов \(\Delta \varphi\) между ними:

    \[\fbox{$C=\dfrac{q}{\Delta \varphi}$}\]

    Единицы измерения: \(\displaystyle [\text{Ф}]\) (фарад).

    Величина электроемкости зависит от формы и размеров проводников и от свойств диэлектрика, разделяющего проводники.

  • Существуют такие конфигурации проводников, при которых электрическое поле оказывается сосредоточенным (локализованным) лишь в некоторой области пространства. Такие системы называются конденсаторами, а проводники, составляющие конденсатор, — обкладками.

  • Плоский конденсатор — система из двух плоских проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу на малом по сравнению с размерами пластин расстоянии и разделенных слоем диэлектрика.

  • Электроемкость плоского конденсатора

    Разность потенциалов \(\Delta \varphi\) между пластинами в однородном электрическом поле равна \(Ed\), где \(d\) — расстояние между пластинами. Из этих соотношений можно получить формулу для электроемкости плоского конденсатора:

    \[C=\dfrac{q}{\Delta \varphi}=\dfrac{\sigma S}{Ed}=\dfrac{\varepsilon_0S}{d}\]

    Таким образом, электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластин (обкладок) и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Если пространство между обкладками заполнено диэлектриком, электроемкость конденсатора увеличивается в \(\varepsilon\) раз:

    \[\fbox{$C=\dfrac{\varepsilon_0\varepsilon S}{d}$}\]

  • Электрическое поле плоского конденсатора в основном локализовано между пластинами; однако, вблизи краев пластин и в окружающем пространстве также возникает сравнительно слабое электрическое поле, которое называют

    полем рассеяния. В целом ряде задач приближенно можно пренебрегать полем рассеяния и полагать, что электрическое поле плоского конденсатора целиком сосредоточено между его обкладками.

  • Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

    Для достижения нужной емкости или при напряжении, превышающем номинальное напряжение, конденсаторы, могут соединяться последовательно или параллельно. Любое же сложное соединение состоит из нескольких комбинаций последовательного и параллельного соединений.

    • Последовательное соединение конденсаторов

      При последовательном соединении, конденсаторы подключены таким образом, что только первый и последний конденсатор подключены к источнику тока одной из своих пластин. Заряд одинаков на всех пластинах, но внешние заряжаются от источника, а внутренние образуются только за счет разделения зарядов ранее нейтрализовавших друг друга. При этом заряд конденсаторов в батарее меньше, чем, если бы каждый конденсатор подключался бы отдельно. Следовательно, и

      общая емкость батареи конденсаторов меньше.

      Напряжение на данном участке цепи соотносятся следующим образом:

      \[\fbox{$U=U_1+U_2$}\]

      Зная, что напряжение конденсатора можно представить через заряд и емкость, запишем:

      \[\dfrac{q}{C}=\dfrac{q}{C_1}+\dfrac{q}{C_2}\]

      Сократив выражение на \(Q\), получим формулу:

      \[\fbox{$\dfrac{1}{C}=\dfrac{1}{C_1}+\dfrac{1}{C_2}$}\]

      Откуда эквивалентная емкость батареи конденсаторов соединенных последовательно:

      \[\fbox{$C=\dfrac{C_1C_2}{C_1+C_2}$}\]

    • Параллельное соединение конденсаторов

      При параллельном соединении конденсаторов напряжение на обкладках одинаковое, а заряды разные.

      Величина общего заряда полученного конденсаторами, равна сумме зарядов всех параллельно подключенных конденсаторов. В случае батареи из двух конденсаторов:

      \[\fbox{$q=q_1+q_2$}\]

      Так как заряд конденсатора

      \[q=CU\]

      А напряжения на каждом из конденсаторов равны, получаем следующее выражение для эквивалентной емкости двух параллельно соединенных конденсаторов

      \[CU=C_1U+C_2U\]

      \[\fbox{$C=C_1+C_2$}\]

    • По сути, расчет общей емкости конденсаторов схож с расчетом общего сопротивления цепи в случае с последовательным или параллельным соединением, но при этом, зеркально противоположен.

  • Энергия заряженного конденсатора

    Заряженный конденсатор обладает энергией. В этом можно убедиться на опыте. Если зарядить конденсатор и замкнуть его на лампочку, то (при условии того, что ёмкость конденсатора достаточно велика) лампочка ненадолго загорится. Следовательно, в заряженном конденсаторе запасена энергия, которая и выделяется при его разрядке.

    Вычислим эту энергию: начнём с плоского воздушного конденсатора.

    Ответим на такой вопрос: какова силу притяжения его обкладок друг к другу. Величины используем следующие: заряд конденсатора \(q\), площадь обкладок \(S\). Возьмём на второй обкладке настолько маленькую площадку, что заряд \(q_0\) этой площадки можно считать точечным. Данный заряд притягивается к первой обкладке с силой

    \[F_0 = q_0E_1,\]

    где \(E_1\) — напряжённость поля первой обкладки:

    \[E_1=\dfrac{\sigma}{2\varepsilon_0}=\dfrac{q}{2\varepsilon_0S}\]

    Значит

    \[F_0=\dfrac{qq_0}{2\varepsilon_0S}\]

    Направлена эта сила параллельно линиям поля (т.е. перпендикулярно пластинам). Результирующая сила \(F\) притяжения второй обкладки к первой складывается из всех этих сил \(F_0\), с которыми притягиваются к первой обкладке всевозможные маленькие заряды \(q_0\) второй обкладки. При этом суммировании постоянный множитель \(\displaystyle\dfrac{q}{2\varepsilon_0S}\) вынесется за скобку, а в скобке просуммируются все \(q_0\) и дадут \(q\).2}{2}$}, (3)\]

    Формулы (1)—(3) универсальны: они справедливы как для воздушного конденсатора, так и для конденсатора с диэлектриком.

  • Электрическая емкость • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения

    Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыИмпульс (количество движения)Импульс силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

    Сенсорный экран этого планшета выполнен с использованием проекционно-емкостной технологии.

    Общие сведения

    Измерение емкости конденсатора номинальной емкостью 10 мкФ с помощью осциллографа-мультиметра

    Электрическая емкость — это величина, характеризующая способность проводника накапливать заряд, равная отношению электрического заряда к разности потенциалов между проводниками:

    C = Q/∆φ

    Здесь Q — электрический заряд, измеряется в кулонах (Кл), — разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

    В системе СИ электроемкость измеряется в фарадах (Ф). Данная единица измерения названа в честь английского физика Майкла Фарадея.

    Фарад является очень большой емкостью для изолированного проводника. Так, металлический уединенный шар радиусом в 13 радиусов Солнца имел бы емкость равную 1 фарад. А емкость металлического шара размером с Землю была бы примерно 710 микрофарад (мкФ).

    Так как 1 фарад — очень большая емкость, поэтому используются меньшие значения, такие как: микрофарад (мкФ), равный одной миллионной фарада; нанофарад (нФ), равный одной миллиардной; пикофарад (пФ), равный одной триллионной фарада.

    В системе СГСЭ основной единицей емкости является сантиметр (см). 1 сантиметр емкости — это электрическая емкость шара с радиусом 1 сантиметр, помещенного в вакуум. СГСЭ — это расширенная система СГС для электродинамики, то есть, система единиц в которой сантиметр, грам, и секунда приняты за базовые единицы для вычисления длины, массы и времени соответственно. В расширенных СГС, включая СГСЭ, некоторые физические константы приняты за единицу, чтобы упростить формулы и облегчить вычисления.

    Использование емкости

    Конденсаторы — устройства для накопления заряда в электронном оборудовании

    Условные обозначения конденсаторов на принципиальных схемах

    Понятие электрической емкости относится не только к проводнику, но и к конденсатору. Конденсатор — система двух проводников, разделенных диэлектриком или вакуумом. В простейшем варианте конструкция конденсатора состоит из двух электродов в виде пластин (обкладок). Конденсатор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухэлектродный прибор для накопления заряда и энергии электромагнитного поля, в простейшем случае представляет собой два проводника, разделённые каким-либо изолятором. Например, иногда радиолюбители при отсутствии готовых деталей изготавливают подстроечные конденсаторы для своих схем из отрезков проводов разного диаметра, изолированных лаковым покрытием, при этом более тонкий провод наматывается на более толстый. Регулируя число витков, радиолюбители точно настраивают контура аппаратуры на нужную частоту. Примеры изображения конденсаторов на электрических схемах приведены на рисунке.

    Параллельная RLC-цепь, состоящая из резистора, конденсатора и катушки индуктивности

    Историческая справка

    Еще 275 лет назад были известны принципы создания конденсаторов. Так, в 1745 г. в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и нидерландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку» — в ней диэлектриком были стенки стеклянной банки, а обкладками служили вода в сосуде и ладонь экспериментатора, державшая сосуд. Такая «банка» позволяла накапливать заряд порядка микрокулона (мкКл). После того, как ее изобрели, с ней часто проводили эксперименты и публичные представления. Для этого банку сначала заряжали статическим электричеством, натирая ее. После этого один из участников прикасался к банке рукой, и получал небольшой удар током. Известно, что 700 парижских монахов, взявшись за руки, провели лейденский эксперимент. В тот момент, когда первый монах прикоснулся к головке банки, все 700 монахов, сведенные одной судорогой, с ужасом вскрикнули.

    В Россию «лейденская банка» пришла благодаря русскому царю Петру I, который познакомился с Мушенбруком во время путешествий по Европе, и подробнее узнал об экспериментах с «лейденской банкой». Петр I учредил в России Академию наук, и заказал Мушенбруку разнообразные приборы для Академии наук.

    В дальнейшем конденсаторы усовершенствовались и становились меньше, а их емкость — больше. Конденсаторы широко применяются в электронике. Например, конденсатор и катушка индуктивности образуют колебательный контур, который может быть использован для настройки приемника на нужную частоту.

    Существует несколько типов конденсаторов, отличающихся постоянной или переменной емкостью и материалом диэлектрика.

    Примеры конденсаторов

    Оксидные конденсаторы в блоке питания сервера.

    Промышленность выпускает большое количество типов конденсаторов различного назначения, но главными их характеристиками являются ёмкость и рабочее напряжение.

    Типичные значение ёмкости конденсаторов изменяются от единиц пикофарад до сотен микрофарад, исключение составляют ионисторы, которые имеют несколько иной характер формирования ёмкости – за счёт двойного слоя у электродов – в этом они подобны электрохимическим аккумуляторам. Суперконденсаторы на основе нанотрубок имеют чрезвычайно развитую поверхность электродов. У этих типов конденсаторов типичные значения ёмкости составляют десятки фарад, и в некоторых случаях они способны заменить в качестве источников тока традиционные электрохимические аккумуляторы.

    Вторым по важности параметром конденсаторов является его рабочее напряжение. Превышение этого параметра может привести к выходу конденсатора из строя, поэтому при построении реальных схем принято применять конденсаторы с удвоенным значением рабочего напряжения.

    Для увеличения значений ёмкости или рабочего напряжения используют приём объединения конденсаторов в батареи. При последовательном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение удваивается, а суммарная ёмкость уменьшается в два раза. При параллельном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение остаётся прежним, а суммарная ёмкость увеличивается в два раза.

    Третьим по важности параметром конденсаторов является температурный коэффициент изменения ёмкости (ТКЕ). Он даёт представление об изменении ёмкости в условиях изменения температур.

    В зависимости от назначения использования, конденсаторы подразделяются на конденсаторы общего назначения, требования к параметрам которых некритичны, и на конденсаторы специального назначения (высоковольтные, прецизионные и с различными ТКЕ).

    Маркировка конденсаторов

    Подобно резисторам, в зависимости от габаритов изделия, может применяться полная маркировка с указанием номинальной ёмкости, класса отклонения от номинала и рабочего напряжения. Для малогабаритных исполнений конденсаторов применяют кодовую маркировку из трёх или четырёх цифр, смешанную цифро-буквенную маркировку и цветовую маркировку.

    Соответствующие таблицы пересчёта маркировок по номиналу, рабочему напряжению и ТКЕ можно найти в Интернете, но самым действенным и практичным методом проверки номинала и исправности элемента реальной схемы остаётся непосредственное измерение параметров выпаянного конденсатора с помощью мультиметра.

    Оксидный конденсатор собран из двух алюминиевых лент и бумажной прокладки с электролитом. Одна из алюминиевых лент покрыта слоем оксида алюминия и служит анодом. Катодом служит вторая алюминиевая лента и бумажная лента с электролитом. На алюминиевых лентах видны следы электрохимического травления, позволяющего увеличить их площадь поверхности, а значит и емкость конденсатора.

    Предупреждение: поскольку конденсаторы могут накапливать большой заряд при весьма высоком напряжении, во избежание поражения электрическим током необходимо перед измерением параметров конденсатора разряжать его, закоротив его выводы проводом с высоким сопротивлением внешней изоляции. Лучше всего для этого подходят штатные провода измерительного прибора.

    Оксидные конденсаторы: данный тип конденсатора обладает большой удельной емкостью, то есть, емкостью на единицу веса конденсатора. Одна обкладка таких конденсаторов представляет собой обычно алюминиевую ленту, покрытую слоем оксида алюминия. Второй обкладкой служит электролит. Так как оксидные конденсаторы имеют полярность, то принципиально важно включать такой конденсатор в схему строго в соответствии с полярностью напряжения.

    Твердотельные конденсаторы: в них вместо традиционного электролита в качестве обкладки используется органический полимер, проводящий ток, или полупроводник.

    Трехсекционный воздушный конденсатор переменной емкости

    Переменные конденсаторы: емкость может меняться механическим способом, электрическим напряжением или с помощью температуры.

    Пленочные конденсаторы: диапазон емкости данного типа конденсаторов составляет примерно от 5 пФ до 100 мкФ.

    Имеются и другие типы конденсаторов.

    Ионисторы

    В наши дни популярность набирают ионисторы. Ионистор (суперконденсатор) — это гибрид конденсатора и химического источника тока, заряд которого накапливается на границе раздела двух сред — электрода и электролита. Начало созданию ионисторов было положено в 1957 году, когда был запатентован конденсатор с двойным электрическим слоем на пористых угольных электродах. Двойной слой, а также пористый материал помогли увеличить емкость такого конденсатора за счет увеличения площади поверхности. В дальнейшем эта технология дополнялась и улучшалась. На рынок ионисторы вышли в начале восьмидесятых годов прошлого века.

    С появлением ионисторов появилась возможность использовать их в электрических цепях в качестве источников напряжения. Такие суперконденсаторы имеют долгий срок службы, малый вес, высокие скорости зарядки-разрядки. В перспективе данный вид конденсаторов может заменить обычные аккумуляторы. Основными недостатками ионисторов является меньшая, чем у электрохимических аккумуляторов удельная энергия (энергия на единицу веса), низкое рабочее напряжение и значительный саморазряд.

    Ионисторы применяются в автомобилях Формулы-1. В системах рекуперации энергии, при торможении вырабатывается электроэнергия, которая накапливается в маховике, аккумуляторах или ионисторах для дальнейшего использования.

    Электромобиль А2В Университета Торонто. Общий вид

    В бытовой электронике ионисторы применяются для стабилизации основного питания и в качестве резервного источника питания таких приборов как плееры, фонари, в автоматических коммунальных счетчиках и в других устройствах с батарейным питанием и изменяющейся нагрузкой, обеспечивая питание при повышенной нагрузке.

    В общественном транспорте применение ионисторов особенно перспективно для троллейбусов, так как становится возможна реализация автономного хода и увеличения маневренности; также ионисторы используются в некоторых автобусах и электромобилях.

    Электромобиль А2В Университета Торонто. Под капотом

    Электрические автомобили в настоящем времени выпускают многие компании, например: General Motors, Nissan, Tesla Motors, Toronto Electric. Университет Торонто совместно с компанией Toronto Electric разработали полностью канадский электромобиль A2B. В нем используются ионисторы вместе с химическими источниками питания, так называемое гибридное электрическое хранение энергии. Двигатели данного автомобиля питаются от аккумуляторов весом 380 килограмм. Также для подзарядки используются солнечные батареи, установленные на крыше электромобиля.

    Емкостные сенсорные экраны

    В современных устройствах все чаще применяются сенсорные экраны, которые позволяют управлять устройствами путем прикосновения к панелям с индикаторами или экранам. Сенсорные экраны бывают разных типов: резистивные, емкостные и другие. Они могут реагировать на одно или несколько одновременных касаний. Принцип работы емкостных экранов основывается на том, что предмет большой емкости проводит переменный ток. В данном случае этим предметом является тело человека.

    Поверхностно-емкостные экраны

    Cенсорный экран iPhone выполнен по проекционно-емкостной технологии.

    Таким образом, поверхностно-емкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом. В качестве резистивного материала обычно применяется имеющий высокую прозрачность и малое поверхностное сопротивление сплав оксида индия и оксида олова. Электроды, подающие на проводящий слой небольшое переменное напряжение, располагаются по углам экрана. При касании к такому экрану пальцем появляется утечка тока, которая регистрируется в четырех углах датчиками и передается в контроллер, который определяет координаты точки касания.

    Преимущество таких экранов заключается в долговечности (около 6,5 лет нажатий с промежутком в одну секунду или порядка 200 млн. нажатий). Они обладают высокой прозрачностью (примерно 90%). Благодаря этим преимуществам, емкостные экраны уже с 2009 года активно начали вытеснять резистивные экраны.

    Недостаток емкостных экранов заключается в том, что они плохо работают при отрицательных температурах, есть трудности с использованием таких экранов в перчатках. Если проводящее покрытие расположено на внешней поверхности, то экран является достаточно уязвимым, поэтому емкостные экраны применяются лишь в тех устройствах, которые защищены от непогоды.

    Проекционно-емкостные экраны

    Помимо поверхностно-емкостных экранов, существуют проекционно-емкостные экраны. Их отличие заключается в том, что на внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод, к которому прикасаются, вместе с телом человека образует конденсатор. Благодаря сетке, можно получить точные координаты касания. Проекционно-емкостный экран реагирует на касания в тонких перчатках.

    Проекционно-емкостные экраны также обладают высокой прозрачностью (около 90%). Они долговечны и достаточно прочные, поэтому их широко применяют не только в персональной электронике, но и в автоматах, в том числе установленных на улице.

    Автор статьи: Sergey Akishkin, Tatiana Kondratieva

    Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

    параметры и маркировка, перевод величин емкости

    Конденсатором обычно называют устройство, которое обладает способностью накапливать электрический заряд. Конструктивно конденсатор представляет собой два проводника, разделенных диэлектриком.

    Единицей электрической емкости конденсатора в системе СИ является Фарада. Сокращенно обозначается буквой Ф. Названа в честь английского физика Майкла Фарадея.

    В радиоэлектронике используется емкость конденсатора, выраженная через дробные единицы фарад: пикофарад, нанофарад, микрофарад.

    • 1мкФ=10-6 Ф;
    • 1 нФ = 10-9 Ф;
    • 1 пФ = 10-12 Ф;
    • 1 мкФ = 103 нФ = 106 пФ.

    В старой радиотехнической литературе использовалась единица емкости — сантиметр: 1 см = 1,11 * 10-12 Ф = 1,11 * 10-6 мкФ = 1,11 пФ.

    Конденсаторы, как и резисторы бывают постоянные и переменные (КПЕ — конденсатор переменной емкости). Переменные конденсаторы бывают в виде нескольких блоков и подстроечные.

    В зависимости от материала диэлектриков современные конденсаторы делятся на следующие типы:

    • бумажные;
    • вакуумные;
    • воздушные;
    • керамические;
    • лакопленочные;
    • металлобумажные;
    • оксидные;
    • пленочные;
    • слюдяные;
    • электролитические.

    Основные параметры

    Основными параметрами конденсаторов являются:

    • номинальная емкость (Сном), которая обычно указывается на корпусе конденсатора,
    • температурный коэффициент емкости (ТКЕ)
    • номинальное напряжение (Uном).

    Номинальное напряжение — это максимальное допустимое постоянное напряжение, при котором конденсатор способен работать длительное время, сохраняя параметры неизменными при всех установленных для него температурах. На конденсаторах, в основном, указано номинальное рабочее напряжение при постоянном токе.

    При работе конденсатора в схемах переменного тока его номинальное напряжение, указанное на корпусе, должно в 1,5…2 раза превышать предельно допустимое действующее переменное напряжение цепи.

    На корпусе конденсатора обычно указывают его тип, напряжение, номинальную емкость, допустимое отклонение емкости, ТКЕ и дату изготовления.

    Маркировка конденсаторов

    Маркируют конденсаторы как и резисторы буквенно-цифровым кодом, который обозначает номинальную емкость, единицу измерения, допустимое отклонение емкости и ТКЕ.

    Например, маркировка на конденсаторе 62 pJL расшифровывается так: номинальная емкость 62 пФ с допустимым отклонением ±5%, ТКЕ группы М75 (75 * 10-6/1 градус С). Буквенные коды единиц измерения номинальных емкостей приведены в табл. 1.

    Таблица 1. Обозначение номинальной величины емкости на корпусах конденсаторов.

    Полное обозначение Сокращенное обозначение
    на корпусе
    Обозначение единиц
    измерения  
    Примеры
    обозначения
    Обозначение
    единиц
    измерения
    Примеры
    обозначения
    Старое Новое Старое Новое

    Пикофарады
    0…999 пФ

    пФ 0,82 пФ
    5,1 пФ
    36 пФ
    П Р 5П1
    36П  
    р82
    5р1
    36р
    Нанофарады
    100…999999 нФ  
    нФ,
    1 нФ = 1000 пФ  
    120 пФ
    3300 пФ
    68000 пФ
    Н n 3h4
    68Н  
    n12
    ЗnЗ
    68n
    Микрофарады
    1…999 мкФ
    мкФ 0,022 мкФ
    0,15 мкФ
    2,2 мкФ
    10 мкФ
    М μ 22Н
    М15
    2М2
    10М
    22 n
    μ15
    2 μ2
    10 μ

    Цветовой код маркировки конденсаторов

    Конденсаторы как и резисторы маркируют с помощью цветового кода (рис. 2). Цветовой код состоит из колец или точек. Каждому цвету соответствует определенное цифровое значение.

    Знаки маркировки на конденсаторе сдвинуты к одному из выводов и располагаются слева направо. Номинальная емкость (в пикофарадах) представляет число, состоящее из цифр, соответствующих одной, двум и трем или одной и двум (для конденсаторов с допуском ±20%) полосам, умноженное на множитель, который определен по цвету полосы.

    Последняя полоса маркировки в два раза шире других и соответствует ТКЕ. Конденсаторы с допуском ±0,1… 10% имеют шесть цветовых полос. Первая, вторая и третья полосы — величина емкости в пикофарадах, четыре — множитель, пять — допуск, шесть (последняя) — ТКЕ.

    Конденсаторы с допуском ±20% имеют пять цветовых полос, на них нет цветового кода допуска. Иногда этот тип конденсаторов маркируют четырьмя цветовыми кольцами. При такой маркировке первая и вторая полосы отводятся для обозначения величины, третья полоса — для множителя, четвертая — для ТКЕ.

    Цветовой код танталовых конденсаторов приведен на рис. 3. Следует обратить внимание на то, что у этих конденсаторов положительный вывод в два раза толще другого, и отсчет колец начинается от головки конденсатора. На рис. 4 приведена цветовая маркировка зарубежных конденсаторов широкого использования.

    Цвет
    маркировки
    Номинальная
    емкость
    Множитель Допуск, % ТКЕ
    Первая
    полоса
    Вторая
    полоса
    Третья
    полоса
    Четвертая
    полоса
    Пятая
    полоса
    Шестая
    полоса
    Серебристый 10^-2 ±10
    Золотистый 10^-1 ±5
    Черный 0 0 0 1 ±252
    Коричневый 1 1 1 10 ±1 ±100
    Красный 2 2 2 10^2 ±2 ±50
    Оранжевый 3 3 3 10^3 ±15
    Желтый 4 4 4 10^4 ±25
    Зеленый 5 5 5 10^5 ±0,5 ±20
    Синий 6 6 6 10^6 ±0,25 ±10
    Фиолетовый 7 7 7 10^7 ±0,1 ±5
    Серый 8 8 8 10^8 ±1
    Белый 9 9 9 10^9
    Нет цвета ±20

    Рис. 2. Цветовой код отечественных конденсаторов широкого применения.

    Цвет
    маркировки
    Номинальная емкость Допуск, %
    Первый
    элемент
    Второй
    элемент
    Третий
    элемент
    (множитель)
    Четвертый
    элемент
    Серебристый 10-2 ±10
    Золотистый 10-1 ±5
    Черный 0 1
    Коричневый 1 1 10 ±1
    Красный 2 2 102 ±2
    Оранжевый 3 3 103
    Желтый 4 4 104
    Зеленый 5 5 105 ±0,5
    Синий 6 6 106 ±0,25
    Фиолетовый 7 7 107 ±0,1
    Серый 8 8 108 ±0,05
    Белый 9 9 109

    Рис. 3. Цветовой код для маркировки танталовых конденсаторов.

    Цвет маркировки 1 и 2
    цифры
    Множитель Допуск, % класс ТКС
    Черный 0 1 20   0
    Коричневый 1 10 1 1 -33
    Красный 2 102 2   -75
    Оранжевый 3 103   2 -150
    Желтый 4 104     -220
    Зеленый 5     3 -330
    Синий 6       -470
    Фиолетовый 7       -750
    Серый 8   0,5    
    Белый 9     4  
    Золотистый     5   +100
    Серебряный     10    

    Рис. 4. Цветовая маркировка зарубежных конденсаторов широкого использования.

    Литература: В.М. Пестриков. Энциклопедия радиолюбителя.

    Урок физики 10 класс «Электрическая ёмкость. Конденсатор.

    Урок физики 10 класс. «Электрическая ёмкость. Конденсатор.»

    Цели урока:

    Учащиеся узнают

    • что называют электроёмкостью, конденсатором;

    • формулу расчёта электроёмкости двух проводников, энергии заряженного конденсатора

    • типы соединения конденсаторов в электрической цепи и формулы для расчёта параметров в цепи для каждого типа.

    Научатся: решать задачи на вычисления электроёмкости, заряда, напряжения, энергии конденсатора.

    Смогут:

    рассчитывать энергию электрического поля. общую ёмкость системы конденсаторов.

    Перечень вопросов, рассматриваемых на этом уроке

    1. Электрическая ёмкость

    2. Плоский конденсатор

    3. Энергия конденсатор

    Элементы содержания.

    Конденсатор – устройство, предназначенное для накопления зарядов энергии электрического поля.

    Электроёмкостью конденсатора называют физическую величину, численно равную отношению заряда, одного из проводников конденсатора к разности потенциалов между его обкладками.

    Под зарядом конденсатора понимают модуль заряда одной из его обкладок.

    Последовательное соединение – электрическая цепь не имеет разветвлений. Все проводники включают в цепь поочередно друг за другом. При параллельном соединении концы проводников присоединены к одной и той же паре точек.

    Смешанное соединение — это такое соединение, когда в цепи присутствует и последовательное, и параллельное соединение.

    Энергия конденсатора равна половине произведения заряда конденсатора напряжённости поля и расстояния между пластинами конденсатора.

    Для любых конденсаторов энергия равна половине произведения электроёмкости и квадрата напряжения.

    Основное содержание урока

    Конденсатор при переводе с латиницы означает, то что уплотняет, сгущает – устройство, предназначенное для накопления зарядов энергии электрического поля. Конденсатор состоит из двух близко поставленных друг к другу проводников, так называемых пластин, обкладок и пространством между ними заполняющим диэлектриком. Диаметр этого пространства диэлектрика между проводниками на много меньше, чем размеры самих проводников.

    Главной характеристикой этого прибора, является его электроёмкость.

    Заряд конденсатора определяется – модулем заряда на любой одной из её обкладок. Заряд конденсатора прямо пропорционален напряжению между обкладками конденсатора. Коэффициент этой зависимости – называется электрической ёмкостью, электроёмкостью или просто ёмкостью конденсатора. С = ;

    Электрической ёмкостью конденсатора называется физическая величина, которая численно равна отношению заряда, одного из проводников конденсатора к разности потенциалов между его обкладками.

    Чем больше площадь проводников и чем меньше пространство заполняющего диэлектриком, тем больше увеличивается ёмкость обкладок конденсатора.

    С = =

    Измеряется электрическая ёмкость в Международной системе СИ в Фарадах. Эта единица имеет своё название в честь английского физика экспериментатора Майкала Фарадея который внёс большой вклад в развитие теории электромагнетизма. Один Фарад равен ёмкости такого конденсатора, между пластинами которого возникает напряжение, равное одному Вольту, при сообщении заряда в один Кулон.

    Электрическая ёмкость конденсаторов определяется их конструкцией, самыми простыми из них являются плоские конденсаторы.

    Чем больше площадь взаимного перекрытия обкладок и чем меньше расстояние между ними, тем значительнее будет увеличение ёмкости обкладок конденсатора. При заполнении в пространство между обкладками стеклянной пластины, электрическая ёмкость конденсатора значительно увеличивается, получается, что она зависит от свойств используемого диэлектрика.

    Электрическая ёмкость плоского конденсатора зависит от площади его обкладок, расстояния между ними диэлектрической проницаемости диэлектрика, заполняющего пространство между обкладками и определяется по формуле:

    C = где – электрическая постоянная

    Для того чтобы получить необходимую определённую ёмкость, берут несколько конденсаторов и собирают их в батарею применяя при этом параллельное, последовательное или смешанное соединения.

    Параллельное соединение:

    q = q1 + q2 + q3

    u = u1 = u2 = u3

    с = с123

    с = n∙с

    Последовательное соединение:

    q = q1 = q2 = q3

    u = u1 + u2 + u3

    = + +

    с = n

    Энергия конденсатора равна половине произведения заряда конденсатора напряжённости поля и расстояния между пластинами конденсатора.

    u = Еd W =

    Эта энергия равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин, это поле совершает положительную работу. При этом энергия электрического поля уменьшается.

    W = = =

    Для любых конденсаторов энергия равна половине произведения электроёмкости и квадрата напряжения.

    W = =

    Решение задач.

    1.

    Плоский конденсатор, расстояние между пластинами которого равно 3 мм, заряжен до напряжения 150 В и отключен от источника питания. Разность потенциалов между пластинами возросла до 300 В.

    1. Во сколько раз увеличилась разность потенциалов между пластинами?

    2. На какое расстоянии при этом были раздвинуты пластины конденсатора?

    3. Во сколько раз изменилось расстояние между пластинами.

    Решение:

    Электрическая ёмкость конденсатора определяется по формуле:

    С = =

    1.По условию разность потенциалов увеличилось в два раза. U1 = 150В→ U2 = 300В

    2.По условию = 3мм, если разность потенциалов увеличилось в два раза, по формуле соответственно и расстояние между пластинами увеличилось в два раза, и =2·3мм=6мм

    3.Расстояние между пластинами увеличилось в два раза.

    Ответ:

    1. 2

    2. 6мм

    3. 2

    2.

    Конденсатор электроёмкостью 20 мкФ имеет заряд 4 мкКл. Чему равна энергия заряженного конденсатора?

    Дано:

    С = 20 мкФ = 20 · 10-6Ф

    q = 4мкКл = 4·10-6Кл

    W- ?

    Решение:

    Энергия заряженного конденсатора W через заряд q и электрическую ёмкость С определяется по формуле:

    W = ; W = = 0,4мкДж

    Ответ: W = 0,4мкДж

    Основная и дополнительная литература по теме:

    1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Чаругин В. М. Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – стр 321-330

    2.Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс.- М.:Дрофа,2009. –стр 97-100

    Дополнительные источники.

    Интернет — ресурсы:

    www.physbook.ru/index.php/Kvant._Конденсатор_в_коробке

    http://www.physbook.ru/index.php/Kvant._Энергия_электрического_поля

    Физика — 11

    Известно, что простейшим конденсатором является плоский конденсатор, состоящий из двух параллельных пластин. Характеристикой конденсатора является электрическая ёмкость.

    Электрическая ёмкость конденсатора (С)- скалярная физическая величина, равная отношению заряда конденсатора к разности потенциалов (напряжению) между его пластинами:

    C= q
    φ12= q
    U (1)

    Единицей измерения электрической ёмкости в СИ является фарад (1Ф):

    • 1 фарад — это электрическая емкость конденсатора, когда заряд пластин 1 Кл создает между ними напряжение 1В:

    [C] = [q]
    [U] = 1 Кл
    В = 1Ф

    Фарад — очень большая ёмкость, поэтому на практике используются его дольные единицы (микрофарад, нанофарад, пикофарад и др.):

    1 мкФ = 10-6Ф; 1нФ = 10-9Ф; 1пФ = 10-12Ф.

    Заряд конденсатора равен модулю заряда одной из пластин конденсатора. Этот заряд прямо пропорционален напряжению на концах источника, подключенного к конденсатору:

    q = CU. (2)

    Значит, электроёмкость является коэффициентом пропорциональности между зарядом и напряжением и не зависит ни от заряда, ни от напряжения. От чего же зависит электроёмкость?

    • Электрическая ёмкость плоского конденсатора зависит от площади его пластин, расстояния между пластинами и диэлектрической проницаемости вещества, находящегося между ними:

    C = ε0εS
    d. (3)

    Здесь S — площадь одной из пластин конденсатора, б-расстояние между пластинами, ε — диэлектрическая проницаемость вещества, которое находится между ε — его пластинами. Именно диэлектрик, находящийся между пластинами, дает конденсатору возможность длительное время сохранять заряд.

    Лабораторная работа № 10. Измерение электрической ёмкости конденсатора. Школьный курс физики







    Лабораторная работа №10


    Измерение электрической ёмкости конденсатора

    Цель работы

    Освоить метод измерения ёмкости конденсатора с помощью вольтметра.

    Оборудование

    Магазин ёмкостей лабораторный (конденсатор 4700 мкФ), мультиметр, секундомер, резистор сопротивлением 20—25 кОм, выпрямитель лабораторный, ключ, соединительные провода.

    Необходимые сведения

    Ёмкость конденсатора C можно измерить, если определить модуль заряда на его пластинах Q и напряжение U между ними.

    Для того чтобы конденсатор зарядился, его необходимо подключить к источнику постоянного напряжения. Пока конденсатор заряжается, в цепи будет протекать электрический ток. Так как сила тока — это заряд, протекающий в проводнике за единицу времени, то величину заряда пластин конденсатора можно определить, умножив силу тока I на время t. Поскольку с увеличением заряда пластин сила тока будет меняться, то для определения полного заряда, который получит конденсатор при зарядке, время зарядки делят на малые интервалы Δt, на протяжении которых силу тока I можно считать постоянной.

    Величина заряда Δq, на которую изменится заряд конденсатора за интервал Δt, определяется но формуле Δq = IΔt. Тогда полный заряд Q конденсатора можно определить, просуммировав все значения Δq:

    Q = Δq1 + Δq2 + …. + Δqn.          (2)

    Подготовка к работе

    • Настройте мультиметр для измерения постоянного напряжения до 20 В.

    • Укажите, в каких единицах измеряют ёмкости конденсаторов. Какая существует связь между ними?

    • Рассмотрите внимательно надписи на корпусе конденсатора, который предполагается использовать в работе. Обратите внимание на номинальное значение ёмкости, допуск (интервал) значений, в пределах которого может находиться её реальное значение, предельно допустимое рабочее напряжение, полярность выводов.

    • Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

    Таблица для записи результатов измерений и вычислений
    t, c 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
    U, В
    I, А
    Δq, Кл

    Порядок выполнения работы

    1. Разрядите конденсатор, замкнув на небольшой промежуток времени его выводы проводником.

    2. Соберите электрическую цепь, учитывая полярность подключения выводов конденсатора. В качестве вольтметра используйте мультиметр.

    3. Замкните ключ и одновременно включите секундомер. Записывайте через каждые 15 с показания вольтметра на протяжении 5 мин.

    4. Разомкните ключ через 5 мин после начала опыта.

    5. Отключите мультиметр и измерьте с его помощью напряжение U на выводах конденсатора.

    6. Измерьте мультиметром значение сопротивления резистора R, параллельно которому был подключён вольтметр.

    7. Вычислите, используя закон Ома для участка цепи, силу тока в цепи для каждого временного интервала (равного 15 с) по формуле I = U / R

    8. Определите величины зарядов Δq, накапливаемые конденсатором каждые 15 с, по формуле: Δq = I • 15 с.

    9. Определите по формуле (2) суммарный заряд, накопленный конденсатором Q.

    10. Вычислите ёмкость конденсатора C по формуле (1).

    11. Установите, попадает ли полученное значение ёмкости в интервал её возможных реальных значений (определяется по указанным на корпусе номиналу и допуску значений).

    12. Сделайте вывод об эффективности метода измерения ёмкости, который был использован в данной работе. Укажите его достоинства и недостатки.

    Предыдущая страницаСледующая страница

    Определение, Формула, Единицы СИ, Измерение

    Конденсатор — это устройство, которое может накапливать электрические заряды, а также может использоваться для защиты цепей от нежелательных всплесков. Теперь вы можете подумать, что батарея также делает это.

    Однако в этом случае разница заключается в том, что батарея хранит энергию в форме химического потенциала, тогда как конденсаторы хранят энергию в форме электрического потенциала. Кроме того, ток утечки у конденсаторов выше, чем у аккумуляторов, а это означает, что конденсаторы не могут удерживать заряд так же долго, как аккумуляторы.

    Рис. 1. Конденсатор A. Источник: Эван-Амос, Wikimedia Commons (общественное достояние).

    Быстрое движение электронов между двумя пластинами конденсатора делает его очень полезным в электронных приложениях.

    Конденсатор

    Внутри конденсатора находятся две металлические пластины из проводящего материала, например алюминия. Эти пластины разделены изоляционным материалом, также известным как диэлектрик.

    Прежде чем мы рассмотрим, как работает конденсатор, нам нужно понять концепцию поляризации.

    Поляризация – это ориентация полярных молекул внутри диэлектрика по направлению к противоположным электродам.

    Диэлектрик состоит из множества полярных молекул, которые имеют как положительный, так и отрицательный конец. Когда конденсатор не накапливает заряд, электрического поля нет, и эти молекулы случайным образом указывают в разных направлениях.

    Рис. 2. Случайные молекулы (вверху) и молекулы в электрическом поле (внизу). Источник: гиперфизика, Wikimedia Commons (общественное достояние).

    При подаче напряжения на конденсатор создается электрическое поле. Положительные концы молекул притягиваются к отрицательно заряженной пластине и наоборот.

    Поскольку диэлектрик является изолятором и молекулы не могут смещаться, поляризованные молекулы ориентируются таким образом, что противоположные заряды на молекулах и пластинах обращены друг к другу.

    Рис. 3. Ориентация поляризованных молекул в электрическом поле. Источник: Brews ohare, Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0).

    Поскольку электрическое поле поляризованных молекул направлено в сторону, противоположную направлению пластин конденсатора, разность потенциалов уменьшается, а способность конденсатора накапливать заряд на единицу разности потенциалов увеличивается.

    Возьмите батарейку и подсоедините отрицательный конец к отрицательному выводу конденсатора (обозначен полосой), а положительный конец к положительному выводу. Однако имейте в виду, что не все конденсаторы имеют маркировку полюсов. Если это так, они могут быть подключены в любом направлении в цепи.


    Рис. 4. Символ конденсатора. Источник: Wikimedia Commons (общественное достояние).

    Заряды текут от батареи к отрицательной клемме конденсатора и от положительной пластины к положительной клемме батареи.


    Рис. 5. На диаграмме показано, как напряжение на пластинах и ток, протекающий через пластины, изменяются по мере заряда конденсатора. Источник: jjbeard, Wikimedia Commons (общественное достояние).

    После того, как заряды перетекли с положительной пластины на батарею и с батареи на отрицательную пластину, дальнейший поток электронов невозможен, и одна сторона конденсатора заряжена отрицательно, а другая — положительно.Конденсатор находится на том же уровне напряжения, что и батарея.

    Поскольку электроны накапливаются на одной стороне конденсатора, мы говорим, что он накапливает энергию, которую можно высвобождать, когда это необходимо.

    Между пластинами конденсатора создается разность потенциалов, так как существует разница в количестве зарядов на пластинах.

      

    Применение конденсатора 

    Заряженный конденсатор можно использовать для обеспечения непрерывного заряда цепи.

    Например, когда мы подключаем светодиод к полностью заряженному конденсатору, заряды от отрицательной пластины конденсатора текут через светодиод к положительной пластине конденсатора до тех пор, пока между двумя выводами не исчезнет разность потенциалов. В результате светодиод на короткое время мигнет.

    Продолжительность вспышки будет очень короткой, так как поток электронов очень быстрый. Однако, если мы подключим батарею к конденсатору в этой цепи, конденсатор будет заряжаться и накапливать энергию и снова разряжаться, если в протекании тока возникнет какое-либо прерывание.

    Измерение накопленной энергии

    На конденсаторе есть два значения, одно показывает напряжение (В) и емкость в фарадах (Ф).

    Рисунок 6. Конденсатор с показаниями напряжения и емкости. Источник: Jomegat, Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0).

    Показание напряжения на конденсаторе указывает максимальное напряжение, которое он может выдержать. Если это значение превышено, есть вероятность, что конденсатор может сгореть, а иногда даже взорваться.

    Емкость конденсатора

    Каждый конденсатор имеет емкость, которая представляет собой его способность накапливать электрический заряд.Символом емкости является C, которая измеряется в фарадах. Фарады — это количество кулонов, которое может храниться на вольт:

    Таким образом, емкость можно использовать для расчета заряда в кулонах:

    • Q = электрический заряд.
    • C  = емкость.
    • В  = напряжение.

    Формула емкости

    Емкость можно рассчитать по следующей формуле:

    • C  = емкость, измеренная в кулонах на вольт (Ф).
    • K = относительная диэлектрическая проницаемость, т. е. диэлектрическая проницаемость материала по отношению к диэлектрической проницаемости свободного пространства. Это выражается как εr/ε0, где εr — диэлектрическая проницаемость материала. Обычно указывается относительная диэлектрическая проницаемость. Например, воздух имеет диэлектрическую проницаемость 1.
    •  = эпсилон ноль, диэлектрическая проницаемость свободного пространства, которая имеет постоянное значение 8,85 × 10⁻¹² Ф/м.2 и разделены на 2,15 мм.

      Поскольку K не указано, мы примем его равным 1. Сложение других значений дает:

      Это может показаться очень маленькой емкостью, но на самом деле она огромна.

      Емкость (только A2) — основные выводы

      • Конденсатор — это проводник, который может хранить заряд в электрической форме.
      • Каждый конденсатор имеет емкость, которая представляет собой количество заряда на единицу разности потенциалов.

      • Конденсатор используется для поддержания тока в цепи в случае прерывания.

      • Две проводящие пластины с диэлектрическим изолятором между ними образуют конденсатор.

      • Работа конденсатора заключается в накоплении отрицательных зарядов на одной пластине, что создает разность потенциалов между двумя пластинами.

      • Единицей измерения емкости являются фарады.

      Емкость (только A2)

      Емкость — это способность объекта накапливать заряд.

      Емкость рассчитывается путем расчета заряда на единицу разности потенциалов.

       Емкость можно измерить с помощью цифрового мультиметра (DMM).

      Емкость измеряется в фарадах (Ф).

      При коротком замыкании конденсатора две пластины действуют как одна, и между двумя пластинами нет диэлектрической среды.Следовательно, емкость равна 0,

      .

      Итоговая емкость (только A2) Тест

      Вопрос

      Как называется материал между пластинами конденсатора?

      Вопрос

      Что такое диэлектрическая проницаемость воздуха?

      Ответить

      Один кулон электричества изменяет разность потенциалов между пластинами на один вольт.

      Вопрос

      Почему емкость обычно измеряется в микро-, пико- или нанофарадах?

      Ответить

      Фарада считается слишком большой единицей для практического использования.

      Вопрос

      Если площадь пластин увеличить вдвое, как это повлияет на емкость?

      Ответить

      Емкость увеличится вдвое.

      Вопрос

      Если расстояние между пластинами уменьшить вдвое, как это повлияет на емкость?

      Ответить

      Емкость пластин удвоена.

      Вопрос

      Что произойдет с емкостью, если расстояние между пластинами и площадь пластин увеличить вдвое?

      Ответить

      Емкость остается прежней.

      Вопрос

      Можно ли отнести конденсатор к проводнику?

      Ответить

      Основное назначение конденсаторов — накапливать заряд.Они больше похожи на батареи, но не являются проводниками из-за изоляции между пластинами.

      Вопрос

      Из чего состоят пластины конденсатора?

      Ответить

      Алюминий, тантал или серебро.

      Вопрос

      Что произойдет, если вы превысите уровень напряжения, указанный на конденсаторе?

      Ответить

      Конденсатор взорвется.

      Вопрос

       Почему мы используем конденсаторы?

      Ответить

      Для предотвращения обрывов цепи и защиты цепей от скачков напряжения.

      Вопрос

      Конденсатор ведет себя более или менее как батарея?

      Вопрос

      Какую форму энергии хранит конденсатор?

      Вопрос

      Какой вид энергии хранит батарея?

      Вопрос

      Что произойдет с емкостью, если увеличить диэлектрическую проницаемость?

      Ответить

      Увеличивается емкость.

      Что такое емкость? | Socratic

      Емкость — это мера того, сколько заряда конденсатор может удерживать при заданном напряжении.

      Конденсатор — это устройство, способное накапливать электрический заряд. Простой конденсатор может состоять из двух параллельных пластин из проводящего материала, разделенных воздухом, пластиком или другим непроводящим материалом. Когда пластины имеют противоположный электрический заряд, эти заряды могут удерживаться на пластинах в течение длительного периода времени. В этой простой модели представьте, что произойдет, если вы удвоите площадь пластин. Это удвоит количество заряда, который могут удерживать пластины.

      Уменьшение расстояния между пластинами увеличит электрическое поле в пространстве между ними. Это также увеличивает емкость.

      Простое уравнение для плоскопараллельного конденсатора:
      #C = \kappa*epsilon_0*A/d#

      , где #d# — расстояние между пластинами, #A# — площадь поверхности каждой пластины. #\kappa# — это константа (называемая диэлектрической проницаемостью), которая относится к диэлектрическим свойствам материала между двумя пластинами, а #epsilon_0# — это диэлектрическая проницаемость «свободного пространства».Поскольку #epsilon_0# является константой, можно просто думать об этом уравнении как о константе, умноженной на площадь, деленную на расстояние.

      Конденсаторы в цепях играют электрическую роль, аналогичную пружинам в механических системах. Пружины накапливают механическую энергию при растяжении; чем дальше они растягиваются, тем большую силу они прикладывают. Конденсаторы накапливают электрическую энергию, когда они заряжены, и чем больше заряда они удерживают, тем больше напряжение на них.

      Имеют место следующие аналогии:
      #\text{расстояние растяжения} \leftrightarrow \text{заряд на пластинах}#
      #\text{сила пружины} \leftrightarrow \text{напряжение}#
      #\text{постоянная пружины } (k ) \leftrightarrow \text{одна избыточная емкость } (1/C)#
      В то время как пружина с высоким значением #k# очень жесткая, конденсатор с высоким значением #C# электрически «мягкий».» Емкость — это электрическая мягкость. Точно так же, как толчки в вашем автомобиле могут сгладить воздействие неровностей на дороге, конденсаторы могут сгладить временные колебания напряжения.

      Постоянная времени RC

      Измерение постоянной времени в RC-цепи

      В этом лабораторном эксперименте мы измерим постоянную времени τ RC-цепи через три разных метода. На рисунке 1 мы нарисовали последовательную RC-цепь.


      Рисунок 1. Схема RC-цепи
      Когда переключатель находится в положении 1, источник напряжения подает ток на резистор и конденсатор.Заряд откладывается на пластинах конденсатора. Сначала заряда на пластинах очень мало, однако с течением времени заряд пластины накапливаются и повышенное напряжение на конденсаторе уменьшит ток через цепь. Мы можем видеть это в следующем уравнении цикла:

      V o + V r + V c = 0
      или
      V o — iR — q/C = 0

      По мере того, как q становится больше, я должен уменьшаться, чтобы компенсировать это.С течением времени текущий в конечном итоге приблизится к нулю. При переводе переключателя в положение 2 аккумулятор вынимается из цепь, и заряд, накопленный в конденсаторе, течет через резистор. В этом случае уравнение:

      iR + q/C = 0
      или
      dq/dt R + q/C = 0

      Это дифференциальное уравнение первого порядка имеет решение в виде экспоненты:
      q(t) = q o e (- t / τ)

      Где τ = RC.Эта затухающая функция представлена ​​на рисунке 2:


      Рисунок 2 – Экспоненциальное затухание

      Учитывая значения R и C в большинстве схем, очень трудно «наблюдать» за распадом. В этой лабораторной мы немного схитрим, подключим нашу RC-цепочку не к источнику напряжения. с переключателем, а к функциональному генератору, выдающему прямоугольную волну. Это будет действовать как «включение» и «выключение» подачи напряжения сотни или тысячи раз в секунду. Затем мы можем наблюдать напряжение на схему на осциллографе и оттуда измерьте τ.

      Процедура:
      С помощью осциллографа измерьте прямоугольный сигнал на выходе функционального генератора. Установить размах напряжения не менее десяти вольт и положение сигнала на экране осциллографа таким образом, чтобы было легко измерить напряжение. При этом также убедитесь, что измеряемый период на вашем осциллографе — это то, что вы ожидаете от частоты генератора функций. А распространенной ошибкой в ​​этой лабораторной работе является использование некалиброванной шкалы времени.

      На макетной плате последовательно подключите конденсатор и резистор.Выберите пару с RC 10 -4 секунд или меньше. Обратите внимание, однако, что если вы выберете конденсатор с очень маленькой емкостью, то емкость остальная часть схемы будет доминировать в вашем измерении τ. Если ваши результаты для метода номер №1 категорически не согласен с методами №2 и №3, значит вы проигнорировали предупреждение о выборе очень маленького емкость.

      Метод № 1
      Первый способ измерить τ — считать R и C непосредственно с компонентов. сами себя.Поскольку конденсаторы обычно имеют погрешность ± 20 %, какова погрешность, связанная с этим измерением?

      Метод №2
      Подключите осциллограф для измерения напряжения на конденсаторе. См. рис. 3. Обратите внимание, что конденсатор должен подключаться к земле, а не к резистору. Подумайте об этой детали, когда будете делать замеры. если ты измерьте неправильно, вы можете заземлить обе стороны конденсатора, фактически удалив его из цепи.


      Рисунок 3. Фотография RC-цепи

      На прицеле проверьте напряжение на конденсаторе.Это должно выглядеть примерно так, как показано на рисунке 4. Обратите внимание, что возможно, вам придется настроить запуск на вашем осциллографе .


      Рис. 4. Вверху: диаграмма зависимости напряжения Внизу: напряжение на конденсаторе на осциллографе


      Увеличьте период функционального генератора, чтобы казалось, что конденсатор полностью разрядка. «Взорвать» этот участок графика, изменив шкалу времени, таким образом можно осмотрите его внимательнее. См. рис. 5.
      Рисунок 5 – «Увеличение» затухающей части сигнала

      Наш второй метод измерения постоянной времени будет измерением «одной точки». Поскольку е -1 = 0,368, возьмите разницу между самым высоким и самым низким напряжением, умножьте это на 0,368 и прибавьте к самому низкому Напряжение. Тот будет напряжением на конденсаторе через один τ. Найдите этот уровень напряжения на экране и измерьте, сколько времени потребовалось для напряжение на конденсаторе падает до этого значения.Поскольку напряжение соответствует одному τ затуханию, оно равно прямое измерение τ. Не забудьте включить оценку погрешности в свой блокнот. Оцените ошибку таким же образом Вы бы оценили погрешность измерения при использовании линейки.

      Метод №3
      Последний способ измерения τ заключается в сборе данных во многих точках. Воспользуйтесь тем, что у нас есть цифровые осциллографы, сохраняя данные на карту памяти USB и импортируя данные в Excel. Если вы затем рассчитаете столбец, который представляет собой натуральный логарифм (ln) вашего напряжения, вы можете изобразить эти данные по времени и получить оценку для τ (фактически, -1/τ).Используйте компьютеры в лаборатории, чтобы получить наклон и ошибка на склоне. Имейте в виду, что некоторые из ваших данных более ценны, чем другие, и удалите точки, которые будут отклоняться от вашей кривой (подумайте об относительной ошибке некоторых баллы по сравнению с другими).

      В своем заключении обсудите RC-цепь, сравните ваши значения τ с их неопределенностями и включите свои мысли о лучший способ измерить т. Обратите внимание, что ваш вывод должен быть прилично длиннее, чем те, которые вы написали, поэтому далеко для этого класса, и что, если ваше обсуждение не включает комментариев по поводу неопределенностей в вашем измерения, оно не будет считаться завершенным.

      Емкость – модуль AQA 4

      Щелкните здесь, чтобы получить ответы на вопросы о конденсаторах и домашнее задание.

      Щелчок — отвечает конденсатор.

      Конденсатор — это устройство накопления заряда. Заряды (Q) измеряются в кулонах (Кл). Один электрон несет заряд 1,6 x 10 -19 C.

      Конденсатор представляет собой две металлические пластины, разделенные изолятором (или диэлектриком).

      Символ цепи для конденсатора;

      Емкость

      Емкость конденсатора измеряется в фарадах (Ф).Один фарад равен одному кулону заряда на вольт (1 Ф = 1 CV -1 ).

       

      C = емкость, измеренная в фарадах (Ф)
      Q = заряд, измеренный в кулонах (Кл)
      В = разность потенциалов, измеренная в вольтах (В)

      1 фарад — это очень большая емкость. Обычно конденсаторы имеют емкость порядка микрофарад (10 -6 Ф), нанофарад (10 -9 Ф), пикофарад (10 -12 Ф).

      Энергия, накопленная конденсатором

      Заряд (Q), хранящийся в конденсаторе, прямо пропорционален разности потенциалов (V) между пластинами конденсатора.

      Площадь под линией на графике равна энергии (Е), хранящейся в конденсаторе, измеряемой в джоулях (Дж).

      E = энергия, накопленная конденсатором, измеряемая в джоулях (Дж)
      Q = заряд конденсатора, измеряемый в кулонах (Кл)
      В = разность потенциалов, измеряемая в вольтах (В)
      C = емкость конденсатора, измеряемая в фарадах ( Ф)

      Разряд конденсатора

      Когда конденсатор разряжается, электроны с отрицательной (-) пластины перетекают на положительную (+) пластину конденсатора, и в цепи течет ток.На приведенном ниже графике показана экспоненциальная кривая затухания заряда разряжающегося конденсатора в зависимости от времени.

      Q = заряд конденсатора в момент времени t, измеренный в кулонах (Кл)
      Q 0 = заряд конденсатора при t = 0 секунд, измеренный в кулонах (Кл) разрядка, измеренная в секундах (с)
      C = емкость конденсатора, измеренная в кулонах (Кл)
      R = сопротивление в цепи разряда, измеренное в омах (Вт)

      CR постоянная времени

      Постоянная времени CR дает нам представление о том, как быстро будет разряжаться конденсатор.Если постоянная времени CR велика, конденсатору потребуется больше времени для разрядки, чем если бы постоянная времени CR мала.

      CR постоянная времени   =    емкость    x    сопротивление
          (секунды/с)                (фарады/Ф)          (Ом/Вт)

      Постоянная времени равна времени, за которое заряд конденсатора достигает 1/e (37 %) от своего начального значения. Мы можем найти значение постоянной времени CR из графика.

      Емкость — Элементы схемы — Содержание MCAT

      Емкость — это мера способности объекта накапливать электрический заряд.Любое тело, способное каким-либо образом заряжаться, имеет значение емкости. Конденсаторы могут накапливать энергию при подключении батареи или источника напряжения.

      Конденсатор с параллельными пластинами состоит из 2 проводящих пластин ( электродов ), разделенных изоляционным материалом ( диэлектрик ). Когда 2 электрода подключены к источнику питания, один к положительной и один к отрицательной клемме, на пластинах будет накапливаться заряд. Когда равновесие достигнуто, это означает, что конденсаторы полностью заряжены.

      Для конденсаторов с плоскими пластинами положительные заряды, накопленные от подключения к источнику напряжения , притягиваются к отрицательным зарядам, накопленным аналогичным образом, заряды сохраняются даже при снятии напряжения. Таким образом сохраняется энергия.

      Количество электрического заряда , накопленного в каждой из пластин, прямо пропорционально разности потенциалов между двумя пластинами (и источником напряжения):

      Q = CV

      • Q = количество заряда, накопленного в одном конденсаторе (+Q на одной пластине и -Q на другой пластине)
      • В = разность потенциалов между двумя пластинами
      • C = емкость конденсатора (зависит от формы конденсатора)

      Емкость плоского конденсатора с диэлектриком между пластинами определяется приведенным ниже уравнением.Обратите внимание, что κ для вакуума точно равно 1. Диэлектрическая постоянная для воздуха очень близка к 1, поэтому конденсаторы, заполненные воздухом, действуют так же, как конденсаторы с вакуумом.

      Энергия, запасенная в конденсаторе, равна электрической потенциальной энергии ΔPE = qΔV. Обратите внимание, что первый заряд, помещенный на конденсатор, испытывает изменение напряжения ΔV = 0, так как конденсатор имеет нулевое напряжение, когда он не заряжен. Окончательный заряд, размещенный на конденсаторе, испытывает ΔV = V, поскольку на конденсаторе теперь есть полное напряжение V.Среднее напряжение на конденсаторе в процессе заряда

      .

      Конденсаторы, соединенные последовательно: общая емкость последовательно соединенных конденсаторов равна сумме инверсий каждого отдельного конденсатора.

      Конденсаторы, включенные параллельно: Общая емкость конденсаторов, включенных параллельно, равна сумме емкостей каждого отдельного конденсатора.

      Чтобы конденсатор сохранял заряд, должен быть разрыв цепи между двумя его сторонами.Это прерывание может происходить в форме вакуума (отсутствие какой-либо материи) или диэлектрика (изолятора).

      При использовании диэлектрика материал между параллельными пластинами конденсатора поляризуется. Часть возле положительного конца конденсатора будет иметь избыток отрицательного заряда, а часть возле отрицательного конца конденсатора будет иметь избыток положительного заряда. Таким образом, это перераспределение заряда в диэлектрике создаст электрическое поле, противоположное полю, создаваемому конденсатором.

      Таким образом, чистое поле, создаваемое конденсатором, будет частично уменьшено диэлектриком, как и разность потенциалов на нем. С другой стороны, диэлектрик предотвращает прямой контакт пластин конденсатора (что сделало бы конденсатор бесполезным). Если он имеет высокую диэлектрическую проницаемость, он также увеличивает емкость для любого заданного напряжения.

      Любой изолятор может быть использован в качестве диэлектрика, но наиболее часто используемые материалы выбираются по их способности противостоять ионизации.Чем более устойчив материал к ионизации, тем более он устойчив к работе при более высоких напряжениях. В конце концов, у каждого материала есть «точка диэлектрического пробоя», при которой разность потенциалов становится слишком высокой для того, чтобы он мог изолировать, материал ионизируется и пропускает ток.


      Практические вопросы

       

      Академия Хана

      Конденсаторы в электрокардиографических мониторах

      Сердечная аритмия и дефибрилляторы

      Лечение электрическим полем и электропорация

       

      Официальный MCAT Prep  (AAMC)

      Пакет вопросов по физике, отрывок 5, вопрос 30

      Пакет вопросов по физике, отрывок 5, вопрос 33

      Пакет вопросов по физике, отрывок 9, вопрос 53

      Пакет вопросов по физике, отрывок 9, вопрос 55

      Практический экзамен 3 C/P Section Pass 2 Question 5

       

      Ключевые точки

      • Конденсатор с параллельными пластинами состоит из 2 проводящих пластин (электродов), разделенных изоляционным материалом (диэлектриком).

      • Конденсатор, подключенный к источнику напряжения, может накапливать энергию E = QV/2

      • Общая емкость последовательно соединенных конденсаторов равна сумме инверсий каждого отдельного конденсатора.

      • Общая емкость конденсаторов, включенных параллельно, равна сумме емкостей каждого отдельного конденсатора.

      • Диэлектрик — это изолирующий материал между электродами. С константой k, характерной для каждого типа материала.


      Основные термины

      напряжение : Разность электрических потенциалов, выраженная в вольтах

      электроды: проводник, по которому электричество входит или выходит из объекта, вещества или области.

      диэлектрик : изоляционный материал или очень плохой проводник электрического тока

      электрический заряд:  физическое свойство материи, которое заставляет ее испытывать силу при помещении в электромагнитное поле

      разность потенциалов: разность напряжения электрического потенциала между двумя точками

      электрическая потенциальная энергия: — это потенциальная энергия, возникающая в результате консервативных кулоновских сил

      изолятор : Вещество, не пропускающее тепло (теплоизолятор), звук (акустический изолятор) или электричество (электрический изолятор)

      Эксперимент Месяца | Университет Миллерсвилля

      В нашем втором эксперименте за месяц мы сообщили, что измеренная нами емкость электролитических конденсаторов была постоянно выше на постоянном токе, чем на звуковых частотах.Эксперимент этого месяца сообщает об измерениях, чтобы прояснить ситуацию. Когда пришло время выбрать его старший проект, старший специалист по физике Эд Тангради вспомнил свой эксперимент по физике 2 и решил продолжить, измерив емкость как функцию частоты.

      Его схема показана на рисунке.

      Резистор используется для определения тока с канала 1 осциллографа. Его сопротивление составляет 3,3 Ом. Канал 2 измеряет ЭДС в RC-цепи.По амплитудам двух показаний и разности фаз мы можем определить емкость и поглощаемую мощность конденсатора в зависимости от частоты w.

      Нужные отношения показаны на рисунке ниже. Емкость пропорциональна диэлектрической проницаемости, К.

      Идея анализа заключается в том, что диэлектрическая проницаемость диэлектрического материала в электролитическом конденсаторе обусловлена ​​вращением диполей. (Теория также применима к индуцированным дипольным моментам, но вращающиеся диполи легче визуализировать.)

      Диполи вместе как группа создают поляризацию материала. Отношение поляризации к электрическому полю, E, определяет диэлектрическую проницаемость. В единицах МКС диэлектрическая проницаемость К составляет

      .

      Если диполи вращаются в вязкой среде, крутящий момент, приложенный к диполю электрическим полем, определяет угловую скорость, а не угловое ускорение. (Предполагается, что движение быстро достигает конечной скорости.)

      Вязкость заставляет ориентацию отставать от приложенного электрического поля.На очень низких частотах отставание незаметно, но на более высоких частотах поляризация не успевает релаксировать до значения, которое она имела бы для статического электрического поля. Результатом является более низкая измеренная емкость.

      В идеальном конденсаторе скорость вращения диполей на 90 градусов не совпадает по фазе с движущим моментом для синусоидальной приложенной ЭДС. Это означает, что чистая работа за цикл на диполе равна нулю. Когда движения диполя отстают из-за вязкости, фазовый угол изменяется, и чистая работа на диполе за цикл положительна.Энергия, подводимая к диполю, в свою очередь рассеивается под действием силы вязкости.

      Теория этой проблемы была разработана Дебаем и описана Киттелем (1956 г., Введение в физику твердого тела, Wiley, стр. 174-179). Более непосредственно применимое обсуждение — «Диэлектрические потери из-за полярных молекул в твердом парафине» Д. Р. Пелмора, Труды Лондонского королевского общества. Серия А, Математические и физические науки, Vol. 172, № 951, (4 сентября 1939 г.), стр. 502-517, доступно по запросу «диэлектрические потери в твердом парафине».»

      Пелмор использует результат Дебая, согласно которому потери мощности составляют:

      , где t — характерное время релаксации диполей в вязкой среде. Емкость:

      Некоторые результаты для потерь мощности и емкости в зависимости от частоты, наряду с подгонкой этих двух функций, со временем релаксации t = 4,5 мс показаны ниже. Величина эффекта емкости соответствует тому, что описано как «впитывание» в этой статье в Википедии.

      Измерение емкости герконом. — Наука A-Level

      Отчет физической лаборатории


      Номер и название эксперимента:

      Эксперимент 1 – измерение емкости с помощью геркона (TAS)
      Дата эксперимента: 19/5/08

      Цели

    • Использование геркон для измерения емкости конденсаторов.

    Аппарат

    Геркон

    1

    Переменный резистор

    генератор 1

    Сигнал

    1

    Micro амперметр

    1

    Аккумуляторный ящик (с 4 ячейками по 1.5 В каждый)

    1

    Вольтметр

    1

    2.2 Конденсатор

    1

    Соединительные провода

    1

    Теория

    Геркон — это двусторонний переключатель, управляемый генератором сигналов, как показано на рис. C1. Его можно использовать для зарядки и разрядки конденсатора, подключив его к источнику питания (точка B) и микроамперметру (точка C).Когда геркон подключает конденсатор (C) к источнику питания (V), конденсатор заряжается и накапливает электрические заряды. Через несколько мгновений геркон подключает конденсатор к микроамперметру. Разряжается конденсатор, в котором частота () является частотой генератора сигналов.

    Когда переключатель касается B, конденсатор заряжается до разности потенциалов V, которая регистрируется вольтметром. Заряд конденсатора:

    Когда переключатель находится в контакте с C, конденсатор разряжается через микроамперметр.

    Этот процесс зарядки и разрядки происходит несколько раз в секунду. Каждую секунду импульсы заряда () проходят через микроамперметр. Следовательно, ток () через микроамперметр определяется как:

    Процедуры

    1. Цепь была подключена, как показано на схеме. Сопротивление переменного резистора было установлено на максимальное значение. Показания вольтметра записывались.

    2. Катушка геркона подключена к генератору сигналов.Частота генератора сигналов была установлена ​​на 400 Гц.

    3.        Генератор сигналов был включен. Выходное напряжение увеличивали до тех пор, пока не стало слышно жужжание геркона.

    4.        Сопротивление переменного резистора медленно уменьшали до тех пор, пока ток, показываемый микроамперметром, больше не увеличивался. Показания микроамперметра записывали.

    5.        Этапы 3 и 4 были повторены с другими частотами генератора сигналов от 400 Гц до 10 Гц.Результаты были занесены в таблицу.

    6.        Построен график зависимости частоты от силы тока.

    Диаграмма настройки

    8

    300

    40098

    400

    352

    300688

    249

    200

    в 150

    ток () /

    4800

    4400

    3800

    3200

    2600

    1900

    Анализ данных
    Когда частота вибрирующего переключателя уменьшается, ток через микроамперметр также уменьшается.А на графике показана прямая линия, проходящая через начало координат, что означает, что частота вибрирующего переключателя прямо пропорциональна току, проходящему через микроамперметр. Процессы зарядки и разрядки завершены

    Меры предосторожности

    • Не устанавливайте переменный резистор на самое низкое значение в начале эксперимента.

    Объяснение:Ток, протекающий в цепи, достигнет максимального значения и будет достаточно большим, чтобы разрушить микроамперметр.

    • Не устанавливайте вибрационный переключатель на слишком высокую частоту.

    Объяснение:Конденсатор не может быть полностью разряжен или перезаряжен.

    • Необходимо выбрать правильную шкалу амперметра.

    Объяснение:Измеренное значение тока может выйти за пределы диапазона амперметра, если выбран неподходящий амперметр.

    Источники ошибок в эксперименте

    • Во время эксперимента присутствуют паразитные конденсаторы, которые могут повлиять на емкость конденсатора.
    • Отмеченное значение емкости конденсатора не является фактическим значением.
    • Вибрационный переключатель может не вибрировать на заданной частоте.
    • Значение силы тока нельзя считать точно, так как стрелка микроамперметра постоянно вибрирует с малой амплитудой.

    Предложите усовершенствование эксперимента

    • С помощью электростатического или электромагнитного экранирования, которое предотвращает воздействие на цепь других проводников.Таким образом, мы можем уменьшить паразитную емкость.
    • Избегайте наличия каких-либо соединительных проводов рядом с конденсатором.

    Ограничение эксперимента

    • Вибровыключатель нельзя настроить на слишком высокую частоту вибрации.

    Заключение
    Частота вибрационного выключателя прямо пропорциональна току, проходящему через микроамперметр. Когда частота установлена ​​на высокое значение, значение измеряемого тока также высокое. Процессы зарядки и разрядки завершены.Отмеченное значение емкости на конденсаторе равно 2,2 Ом, но полученное в эксперименте значение равно 2,17. Существует несоответствие между двумя значениями, поскольку в эксперименте существовали ошибки. Ошибки включают возможный паразитный конденсатор, неправильное значение емкости конденсатора и т. д.

    Обсуждение

    1. Почему зарядка и разрядка конденсатора должны быть полными?

    Ответ: Если процесс заряда и разряда не завершен, в конденсаторе остается заряд, и ток разряда, измеренный при установившемся значении, будет неточным.

    1. Почему нам нужно сначала установить максимальное значение сопротивления переменного резистора?

    Ответ: Это потому, что нам нужно ограничить ток в цепи, чтобы предотвратить поломку микроамперметра из-за чрезвычайно большого тока, и гарантировать, что ток не превышает максимальное допустимое значение.

    1. Судя по графику шага 6, какова связь между частотой геркона и током, протекающим через конденсатор?

    Ответ: .

    0 comments on “Емкость конденсатора в чем измеряется в физике: В чем измеряется емкость конденсатора?

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.