Wat is capaciteit in de elektrotechniek

Elektrisch vermogen kenmerkt de eigenschap van geleidende lichamen om op te laden onder invloed van een elektrisch veld, en ook om elektrische energie te accumuleren in het veld van deze lichamen.

Een analogie van elektrische capaciteit op het gebied van hydrostatica kan de specifieke capaciteit van een vat per hoogte-eenheid zijn, die numeriek gelijk is aan het oppervlak van de horizontale doorsnede van het vat.

Stel je een hoge stortbak voor. De hoeveelheid vloeistof (de hoeveelheid elektriciteit op het lichaam) die in de tank kan worden opgeslagen, is afhankelijk van de hoogte van de vulling (lichaamspotentiaal) en het vloeistofvolume per hoogte-eenheid van de tank (lichaamscapaciteit). Dit vloeistofvolume hangt op zijn beurt af van het oppervlak van het horizontale deel van de tank - van de diameter.

Hoe groter deze diameter, en dus het volume per hoogte-eenheid, hoe groter de specifieke capaciteit per hoogte van de tank (de elektrische capaciteit tussen de twee platen is evenredig met het oppervlak van de platen, zie - Wat bepaalt de capaciteit van een condensator?).Dienovereenkomstig hangt het af van de waarde van het vloeistofvolume per hoogte-eenheid en het werk dat moet worden besteed aan het vullen van de tank.

Stel dat er twee koperen ballen van dezelfde grootte (rood en blauw) zijn die zich op een bepaalde afstand van elkaar in de ruimte bevinden. Neem een ​​batterij van 9 volt en sluit deze met de tegenovergestelde polen aan op deze twee ballen, zodat «+» is verbonden met de ene bal (met de blauwe) en «-» met de andere (met de rode). Tussen de bolletjes ontstaat een elektrisch potentiaalverschil gelijk aan de accuspanning V = 9 volt.

De elektrische toestanden van deze twee koperen ballen werden onmiddellijk anders dan voordat de batterij werd aangesloten, omdat er nu tegengestelde elektrische ladingen op de ballen zijn die op elkaar inwerken en de aantrekkingskracht naar elkaar ervaren.

We kunnen zeggen dat de batterij een positieve lading + q heeft overgedragen van de linker bal naar de rechter en daarom is het potentiaalverschil tussen de ballen V = 9 volt geworden. Nu is de linker bal negatief geladen -q.

Voegen we in serie nog een batterij van hetzelfde type toe aan de schakeling, dan wordt het potentiaalverschil tussen de bolletjes twee keer zo groot, is de spanning ertussen niet meer 9 volt maar 18 volt en gaat de lading van de bal naar de bal wordt ook verdubbeld (het wordt 2q) evenals spanning. Maar wat is de grootte van deze lading q die beweegt elke keer dat de spanning met 9 volt stijgt?

Het is duidelijk dat de grootte van deze lading evenredig is met het potentiaalverschil dat tussen de ballen wordt gecreëerd. Maar in welke exacte numerieke verhouding zijn lading en potentiaalverschil? Hier zullen we zo'n kenmerk van de geleider moeten introduceren als de elektrische capaciteit C.

Capaciteit is een maat voor het vermogen van een geleider om elektrische lading op te slaan. Het is ook belangrijk om te begrijpen dat wanneer de eerste draad wordt opgeladen, de sterkte van het elektrische veld eromheen toeneemt. Dienovereenkomstig zal het effect van de eerste geladen draad op de tweede geladen draad toenemen, vooral als ze dichter bij elkaar beginnen te komen.

De kracht van interactie tussen geladen draden wordt groter als de afstand daartussen kleiner wordt. Bovendien kan, afhankelijk van de parameters van het medium tussen de draden, de sterkte van hun interactie ook verschillen.

Dus als er een vacuüm tussen de draden is, dan zal de aantrekkingskracht tussen hun ladingen één zijn, maar als nylon tussen de draden wordt geplaatst in plaats van een vacuüm, dan zal de kracht van de elektrostatische interactie verdrievoudigen, omdat het nylon een elektrisch veld door zichzelf 3 keer beter dan lucht en eigenlijk vanwege het elektrische veld interageren de geladen draden met elkaar.

Als de geladen draden zich in verschillende richtingen van elkaar beginnen te verspreiden, zullen ze minder op elkaar inwerken, het potentiaalverschil zal groter zijn voor dezelfde ladingen, dat wil zeggen dat de capaciteit van een dergelijk systeem zal afnemen met de scheiding van de draden. Het werk is gebaseerd op het idee van elektrisch vermogen condensatoren.

condensatoren

De eigenschap van geladen geleiders om elektrostatisch op elkaar in te werken via elkaars elektrische velden gescheiden door een diëlektricum, wordt gebruikt in condensatoren.

Structureel zijn condensatoren twee platen die platen worden genoemd. De platen zijn gescheiden door een diëlektricum.Om een ​​zo groot mogelijke capaciteit te verkrijgen is het noodzakelijk dat de platen een groot oppervlak hebben en de onderlinge afstand minimaal is.

Condensatoren in de elektrotechniek dienen als accumulatoren van elektrische energie in een elektrisch veld dat geconcentreerd is in het volume diëlektricum dat tussen de platen van de condensator is geplaatst, waardoor de lading wordt geaccumuleerd of verwijderd (in de vorm van een elektrische stroom).

Twee platen worden op korte afstand van elkaar geplaatst in een afgesloten behuizing. Keramiek, polypropyleen, elektrolytisch, tantaal, enz. — condensatoren verschillen in het type diëlektricum tussen de platen.

Condensatoren zijn hoogspanning en laagspanning, afhankelijk van de diëlektrische sterkte.

Afhankelijk van het oppervlak van de platen en de diëlektrische constante van het gebruikte diëlektricum, zijn er condensatoren met een grote capaciteit, die honderden farads (supercondensatoren) bereiken, en kleine capaciteit - eenheden van picofarads.

Het gebruik van elektrisch vermogen in de elektrotechniek

De eigenschap van capacitieve systemen wordt veel gebruikt in de elektrotechniek in wisselstroomtechnologieën, vooral op het gebied van hoge en ultrahoge frequenties.

In de gelijkstroomtechnologie wordt capaciteit gebruikt in magnetiseringsapparaten met permanente magneten, voor gepulseerd elektrisch lassen, gepulseerde diëlektrische doorslagtests, stroomcurve-afvlakking in gelijkrichters, enz.

De capaciteit van elk systeem van geïsoleerde geleidende lichamen, die niet volledig tot nul kan worden teruggebracht, kan in sommige gevallen een ongewenst effect hebben op de eigenschappen van elektrische apparaten (in de vorm van interferentie, capacitieve lekkage, enz.).

U kunt van een dergelijke invloed afkomen of door het effect ervan op passende wijze te compenseren (meestal gebruik van inductantie), of door dergelijke omstandigheden te creëren waarin de potentialen van bepaalde lichamen van het systeem ten opzichte van omringende objecten een minimale waarde hebben (bijvoorbeeld aarding van een van de lichamen).