Что такое электрическая емкость

Электрическая классическая емкость является фундаментальным понятием в физике электрических цепей. Этим термином выражается возможность специального электрооборудования поглощать и удерживать заряд электричества. Таким электрооборудованием являются конденсаторы, которые повсеместно применяются в современной электротехнической сфере.

Определение электрической емкости

Определение емкости

Электроемкость проводников — физическая характеристика, определяющая способность аккумулировать электрозаряд, который поступает из источника питания. Эта величина является системообразующей в разделе физики, изучающем электричество. Накопление заряда, его калибровка и регулирование напряжения — основное назначение конденсаторов.

Конструкция плоского конденсатора очень проста. Он состоит из 2 специальных, токопроводящих пластинок, которые разделяются диэлектриком. Между пластинами образуется электрополе с силовыми линиями, идущими от одной обкладки к другой. Заряд на одной обкладке равен заряду на другой, но знаки у них разные. Чтобы зарядить конденсатор, следует его обкладки подключить к полюсам источника тока.

Схема простейшего конденсатора

К основным характеристикам конденсаторов относят емкость, напряжение, силу тока, время, затрачиваемое для накопления и высвобождения заряда, конденсаторное сопротивление. Именно с этими свойствами необходимо считаться при использовании данных элементов.

Формулы расчета емкости

Для вычисления емкости следует электрический заряд разделить на разность потенциалов:

Формула емкости

Как видим, емкость конденсатора зависит от главных переменных в системе. Поэтому для ее определения используются формулы, основанные на зависимости площади пластин от расстояния между ними. Особенность электрической емкости заключается еще в том, что она зависит от формы проводника. Самой простой является формула для вычисления электроемкости плоского конденсатора:

Вычисление емкости плоского конденсатора

Емкость цилиндрического конденсатора рассчитывается следующим образом:

Вычисление емкости цилиндрического конденсатора

Для вычисления емкости сферического конденсатора используется такая формула:

Вычисление емкости сферического конденсатора

Способы соединения конденсаторов

За счет соединения нескольких элементов получают конструкцию под названием батарея конденсаторов. Их соединение может быть параллельным, последовательным и смешанным.

При параллельном соединении вся система является одним конденсатором с емкостью С и зарядом q = q₁ + q₂. Напряжение всех конденсаторов будет одинаковым. При последовательном соединении одинаковым является заряд, а напряжение будет равно U = U₁ + U₂.

Виды соединения конденсаторов в батарею

В чем измеряется

Согласно стандарту, принятому во всем мире, электроемкость измеряется в фарадах. Эта единица измерения названа в честь знаменитого английского ученого-физика Майкла Фарадея и обозначается буквой Ф. Фарад — это емкость, созданная зарядом в один кулон между обкладками с напряжением один вольт.

Один фарад — довольно внушительная величина. Это электроемкость шара радиусом 9 * 10⁹ метров. Следует отметить, что радиус нашей планеты 6.4 * 10⁶ метров. Поэтому используются дольные единицы — микрофарады, нанофарады, пикофарады. В числах это выглядит так:

• 1 мкФ = 1 * 10^-6 Ф.
• 1 нФ = 1 * 10^-9 Ф.
• 1 пФ = 1 * 10^-12 Ф.

На электрических схемах используют условное обозначение конденсаторов, рядом с которым может указываться емкость.

Схематическое изображение конденсаторов

Емкость обязательно указывается на корпусе элементов. Согласно стандартам IEC используют четыре способа кодировки номинальной емкости:

• Маркировка тремя цифрами.
• Четырьмя цифрами
• Указание емкости в микрофарадах.
• Буквенно-цифровая маркировка.

Чтобы расшифровать код на конденсаторе, понадобится специальная таблица. Например, таблица для расшифровки маркировки тремя цифрами выглядит так:

Расшифровка маркировки

Применение в электротехнике

Благодаря своей адаптивности конденсаторы находят применение в самых разных системах и устройствах. Вот только некоторые сферы применения:

• сохранение полученного заряда;
• старт и поддержание работы электрических моторов;
• калибровка силы подачи электрического заряда;
• установление интервалов между подачами электрических зарядов;
• увеличение мощности сигналов.

Сферы применения

К главным задачам конденсаторов относится регулировка напряжения и силы тока, изменение выделяемого тепла. В области электроники нет сферы, где не применяются эти элементы.  Наиболее распространены электролитические, керамические и пленочные конденсаторы.

Видео по теме