Накопление электрической энергии

В чем измеряется емкость конденсатора

Одной из важнейших характеристик конденсатора является его емкость. Данный параметр определяется количеством электроэнергии, накапливаемой этим прибором. Накопление происходит в виде электронов. Их количество, помещающееся в конденсаторе, определяет величину емкости конкретного устройства.

Для измерения емкости применяется единица – фарада. Емкость конденсатора в 1 фараду соответствует электрическому заряду в 1 кулон, а на обкладках разность потенциалов равна 1 вольту. Эта классическая формулировка не подходит для практических расчетов, поскольку в конденсаторе собираются не заряды, а электроны. Емкость любого конденсатора находится в прямой зависимости от объема электронов, способных накапливаться при нормальном рабочем режиме.

Для обозначения емкости все равно используется фарада, а количественные параметры определяются по формуле: С = Q / U, где С означает емкость, Q – заряд в кулонах, а U является напряжением. Таким образом, просматривается взаимная связь заряда и напряжения, оказывающих влияние на способность конденсатора к накоплению и удержанию определенного количества электричества.

Для расчетов емкости плоского конденсатора используется формула: в которой ε = 8,854187817 х 10-12 ф/м представляет собой постоянную величину. Прочие величины: ε – является диэлектрической проницаемостью диэлектрика, находящегося между обкладками, S – означает площадь обкладки, а d – зазор между обкладками.

Использование конденсаторов

Способность конденсаторов плавно собирать электрический заряд и достаточно быстро его отдавать используется в различных областях техники.

Соединение с катушками индуктивности позволяет создавать колебательные контуры, фильтры токов, цепи обратной связи.

Фотовспышки, электрошокеры, в которых происходит практически мгновенный разряд, используют способность конденсатора создать мощный импульс тока. Зарядка конденсатора происходит от источника постоянного тока. Сам конденсатор выступает как элемент, разрывающий цепь. Разряд в обратном направлении происходит через лампу малого омического сопротивления практически мгновенно. В электрошокере этим элементом служит тело человека.

Формула энергии конденсатора

С емкостью самым тесным образом связана другая величина, известная как энергия заряженного конденсатора. После зарядки любого конденсатора, в нем образуется определенное количество энергии, которое в дальнейшем выделяется в процессе разрядки. С этой потенциальной энергией вступают во взаимодействие обкладки конденсатора. В них образуются разноименные заряды, притягивающиеся друг к другу.

Энергия поля конденсатора

Вся энергия заряженного конденсатора сосредотачивается в электрическом поле между его пластинами. Энергию, накоп­ленную в конденсаторе, можно определить следующим обра­зом. Представим себе, что мы заряжаем конденсатор не сра­зу, а постепенно, перенося электрические заряды с одной его пластины на другую.

При перенесении первого заряда работа, произведенная нами, будет небольшой. На перенесение второго заряда мы затратим больше энергии, так как в результате перенесения первого заряда между пластинами конденсатора будет уже существовать разность потенциалов, которую нам придется преодолевать, третий, четвертый и вообще каждый последую­щий заряд будет переносить все труднее и труднее, т. е. на перенесение их придется затрачивать все больше и больше энергии. Пусть мы перенесем таким образом некоторое коли­чество электричества, которое мы обозначим буквой Q.

Вся энергия, затраченная нами при заряде конденсатора, сосредоточится в электрическом поле между его пластинами. Напряжение между пластинами конденсатора в конце заряда мы обозначим буквой U.

Как мы уже заметили, разность потенциалов в процессе за­ряда не остается постоянной, а постепенно увеличивается от нуля — в начале заряда — до своего конечного значения U.

Для упрощения вычисления энергии допустим, что мы пе­ренесли весь электрический заряд Q с одной пластины кон­денсатора на другую не маленькими порциями, а сразу. Но при этом мы должны считать, что напряжение между пласти­нами конденсатора было не ноль, как в начале заряда, и не U, как в конце заряда, а равнялось среднему значению между нулем и U, т. е. половине U. Таким образом, энергия, запа­сенная в электрическом поле конденсатора, будет равна поло­вине напряжения U, умноженной на общее количество пере­несенного электричества Q.

Полученный результат мы можем записать в виде сле­дующей математической формулы:

W = UQ/2 (1)

Если напряжение в этой формуле будет выражено в воль­тах, а количество электричества — в кулонах, то энергия W получится в джоулях. Если мы вспомним, что заряд, накоп­ленный на конденсаторе, равен Q = CU, то формулу (1) можно будет записать окончательно в следующем виде:

W = CU2/2 (2)

Выражение (2) говорит нам о том, что энергия, со­средоточенная в поле конденсатора, равна по­ловине произведения емкости конденсатора на квадрат напряжения между его пласти­нами.

Этот вывод имеет очень важное значение при изучении раздела радиотехники о колебательных контурах.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

• Электрическая емкость
• Емкость конденсатора
• Виды конденсаторов
• Обозначение конденсаторов
• Соединение конденсаторов

Добавить комментарий

Формула заряда конденсатора

Для выполнения зарядки, конденсатор должен быть подключен к цепи постоянного тока. С этой целью может использоваться генератор. У каждого генератора имеется внутреннее сопротивление. При замыкании цепи происходит зарядка конденсатора. Между его обкладками появляется напряжение, равное электродвижущей силе генератора: Uc = E.

Обкладка, подключенная к положительному полюсу генератора, заряжается положительно (+q), а другая обкладка получает равнозначный заряд с отрицательной величиной (- q). Величина заряда q находится в прямой пропорциональной зависимости с емкостью конденсатора С и напряжением на обкладках Uc. Эта зависимость выражается формулой: q = C x Uc.

В процессе зарядки одна из обкладок конденсатора приобретает, а другая теряет определенное количество электронов. Они переносятся по внешней цепи под влиянием электродвижущей силы генератора. Такое перемещение является электрическим током, известным еще как зарядный емкостной ток (Iзар).

Конденсатор. Устройство и принцип действия конденсатора.

1 электроды из микропористого графита, 2 электролит Эффективная площадь обкладок таких конденсаторов достигает, благодаря пористости, до 10 000 m2 на каждый грамм массы электродов, что позволяет достигать очень большой емкости при очень малых размерах конденсатора. В настоящее время ультраконденсаторы выпускаются на напряжение до 2,7 V и емкостью до 3 kF. Их удельная аккумулирующая способность находится обычно в пределах от 0,5 Wh/kg до 50 Wh/kg и имеются опытные образцы с удельной аккумулирующей способностью до 300 Wh/kg. Технология изготовления ультраконденсаторов
весьма сложна, и стоимость на единицу сохраняемой в них энергии поэтому намного выше, чем у других конденсаторов, доходя до 50 000 ?/kWh. Несмотря на это, благодаря простоте конструкции, малым размерам, надежности, высокому кпд (95 % и более) и долговечности (несколько миллионов циклов заряда-разряда), они стали применяться как в транспортных средствах, так и в промышленных силовых установках взамен электрохимических аккумуляторов и других средств аккумулирования энергии. Особо выгодны они тогда, когда энергия потребляется в виде коротких импульсов (например, для питания стартера двигателей внутреннего сгорания) или когда требуется быстрая (секундная) зарядка аккумулирующего устройства. Например, в 2005 году в Шанхае началась опытная эксплуатация ультраконденсаторных автобусов, батарея конденсаторов которых заряжается во время стоянки автобуса на каждой остановке. Старейшим конденсатором и заодно старейшим аккумулятором электрической энергии могут считаться янтарные предметы, электризацию которых при трении шерстяной тканью обнаружил греческий философ Фалес приблизительно в 590 году д. р. Х. Он же назвал это явление электронным (от греческого слова электрон, ‘янтарь’). Первые электростатические генераторы, изобретенные в 17-ом веке, тоже представляли собой шаровые или цилиндрические конденсаторы, на поверхности которых мог накапливаться электрический заряд, достаточный для вызывания разрядных явлений. Первым настоящим конденсатором считается все же усилительная склянка, изобретенная 11 октября 1745 года в ходе опытов по электризации воды физиком-любителем, деканом Камминского (Cammin) кафедрального собора Эвальдом Юргеном фон Клейстом (Ewald Jurgen von Kleist, 1700–1748) (рис. 4);

Расчет емкости конденсатора с помощью онлайн калькулятора

Расчет конденсатора онлайн

, который можно произвести с помощью калькуляторов на специальных ресурсах в Интернете, позволяет в считанные секунды получить результат, просто указав в соответствующих полях нужные данные. С их помощью быстро и легко можно рассчитать емкость, заряд, мощность, ток, энергию, и другие свойства конденсатора, нужные для конкретного устройства.

Среди множества видов конденсаторов существует, так называемый, электролитический тип, который используется в асинхронных электродвигателях. Среди его видов выделяют полярный и неполярный. Электролитический полярный конденсатор отличается от неполярного, прежде всего, большей емкостью. Расчет конденсатора для электродвигателя

обязательно необходим перед его подключением. Он позволит, к примеру, узнать нужную емкость для конкретного двигателя.

Расчет конденсатора для трехфазного двигателя

требуется ещё и для того, что, обычно, если трехфазный асинхронный двигатель с конденсаторным пуском работает нормально, будучи включенным в однофазную сеть, то емкость конденсатора уменьшается, а частота вращение вала увеличивается. При правильном подключении, все эти характеристики будут наблюдаться.

Когда запускается асинхронный двигатель, подключением к сети 220В, необходима высокая емкостьфазодвигающего конденсатора. В Интернете всегда можно найти специальный калькулятор конденсаторов онлайн

, который, в частности, позволяет рассчитать их емкость. Калькулятор, который позволяет произвести
расчет соединения конденсаторов
, а именно емкости двух параллельно соединенных приборов: рабочего и пускового, требует указания в соответствующих полях следующих данных:

• Соединение обмоток двигателя
• Его мощность
• Напряжение в сети
• Коэффициент мощности
• КПД двигателя

После указания всех этих данных, можно получить результаты в виде информации по емкости пускового и рабочего конденсаторов, которая измеряется в мкФ (микроФарадах). Расчет емкости конденсатора для двигателя

, а именно для двух, соединенных между собой конденсаторов, в данном случае, зависит от того, каким был способ соединения их обмоток.

Расчет пускового конденсатора

и параллельно рабочего предполагает указание двух таких способов подключения как: подключение звездой и треугольником.
Формула расчета емкости конденсатора
, подключенного звездой, выглядит так: Cр=2800*I/U, а
формула расчета конденсатора
, подключенного треугольником – это Cр=4800*I/U.
Расчёт ёмкости конденсатора для электродвигателя
по таким формулам расшифровывается следующим образом:

1. Ср означает рабочий конденсатор, пусковой будет обозначаться далее как Сп.
2. Ток I определен тут соотношением мощности мотора P с произведением 1,73 напряжения U и коэффициента мощности (cosφ ) с коэффициентом поленого действия (η). То есть I=P/1,73Uηcosφ.

Каждый калькулятор емкости конденсаторов

использует свой тип расчета. Например, если говорить о соединенных конденсаторах, где емкость пускового прибора должна быть подобрана в 3 раза большая, чем рабочая емкость, то, в конкретном калькуляторе может быть использован расчет Cп=2,5*Cр, где Сп означает пусковой конденсатор, а Ср – рабочий тип.