Čo je to kapacita v elektrotechnike

Elektrická kapacita charakterizuje vlastnosť vodivých telies nabíjať sa vplyvom elektrického poľa a tiež akumulovať elektrickú energiu v poli týchto telies.

Obdobou elektrickej kapacity v oblasti hydrostatiky môže byť merná kapacita nádoby na jednotku výšky, ktorá sa číselne rovná ploche vodorovného rezu nádoby.

Predstavte si vysokú cisternu. Množstvo kvapaliny (množstvo elektriny na tele), ktoré je možné uložiť do nádrže, závisí od výšky jej naplnenia (potenciálu telesa) ako aj od objemu kvapaliny na jednotku výšky nádrže (kapacita telesa). Tento objem kvapaliny zase závisí od plochy vodorovnej časti nádrže - od jej priemeru.

Čím väčší je tento priemer, a teda aj objem na jednotku výšky, tým väčšia je špecifická kapacita na výšku nádrže (elektrická kapacita medzi dvoma doskami je úmerná ploche dosiek, pozri — Čo určuje kapacitu kondenzátora?).Podľa toho závisí od hodnoty objemu kvapaliny na jednotku výšky a práce, ktorú je potrebné vynaložiť na plnenie nádrže.

Predpokladajme, že existujú dve medené gule rovnakej veľkosti (červená a modrá) umiestnené v určitej vzdialenosti od seba v priestore. Vezmite 9 voltovú batériu a pripojte ju opačnými pólmi k týmto dvom guľôčkam tak, aby «+» bolo spojené s jednou guľôčkou (k modrej) a «-» k druhej (k červenej). Medzi guľôčkami sa objaví rozdiel elektrického potenciálu rovný napätiu batérie V = 9 voltov.

Elektrické stavy týchto dvoch medených guľôčok sa okamžite zmenili ako pred pripojením batérie, pretože teraz sú na guľôčkach opačné elektrické náboje, ktoré interagujú a zažívajú silu príťažlivosti voči sebe.

Dá sa povedať, že batéria preniesla kladný náboj + q z ľavej gule na pravú, a preto sa potenciálny rozdiel medzi guľôčkami stal V = 9 voltov. Teraz je ľavá guľa záporne nabitá -q.

Ak do obvodu pridáme ďalšiu batériu rovnakého typu v sérii, potom sa potenciálny rozdiel medzi guľôčkami zdvojnásobí, napätie medzi nimi už nebude 9 voltov, ale 18 voltov a náboj sa presunie z loptička na loptičku sa tiež zdvojnásobí (stane sa 2q), ako aj napätie. Aká je však veľkosť tohto náboja q, ktorý sa pohne zakaždým, keď napätie stúpne o 9 voltov?

Je zrejmé, že veľkosť tohto náboja je úmerná potenciálnemu rozdielu vytvorenému medzi loptičkami. Ale v akom presnom číselnom pomere je rozdiel medzi nábojom a potenciálom? Tu budeme musieť zaviesť takú charakteristiku vodiča, ako je elektrická kapacita C.

Kapacita je miera schopnosti vodiča uchovávať elektrický náboj. Je tiež dôležité pochopiť, že keď je prvý vodič nabitý, zvyšuje sa sila elektrického poľa okolo neho. V dôsledku toho sa účinok prvého nabitého drôtu na druhý nabitý drôt zvýši, najmä ak sa začnú približovať k sebe.

Sila interakcie medzi nabitými drôtmi sa zväčšuje, ak sa vzdialenosť medzi nimi zmenšuje. Okrem toho v závislosti od parametrov média medzi drôtmi môže byť sila ich interakcie tiež odlišná.

Takže ak je medzi drôtmi vákuum, potom sila príťažlivosti medzi ich nábojmi bude jedna, ale ak sa medzi drôty umiestni nylon namiesto vákua, potom sa sila elektrostatickej interakcie strojnásobí, pretože nylon prechádza cez elektrické pole cez seba 3 krát lepšie ako vzduch a vlastne vďaka elektrickému poľu nabité vodiče navzájom interagujú.

Ak sa nabité vodiče začnú šíriť jeden od druhého v rôznych smeroch, potom budú menej interagovať, potenciálny rozdiel bude väčší pre rovnaké náboje, to znamená, že kapacita takéhoto systému sa s oddelením vodičov zníži. Práca je založená na myšlienke elektrickej kapacity kondenzátory.

Kondenzátory

Vlastnosť nabitých vodičov navzájom elektrostaticky interagovať prostredníctvom svojich elektrických polí oddelených dielektrikom sa využíva v kondenzátoroch.

Kondenzátory sú štrukturálne dve dosky nazývané dosky. Dosky sú oddelené dielektrikom.Pre získanie čo najväčšej kapacity je potrebné, aby platne mali veľkú plochu a vzdialenosť medzi nimi bola minimálna.

Kondenzátory v elektrotechnike slúžia ako akumulátory elektrickej energie v elektrickom poli, ktoré je sústredené v objeme dielektrika umiestneného medzi doskami kondenzátora, vďaka čomu sa náboj hromadí alebo odstraňuje (vo forme elektrického prúdu).

Dve dosky sú umiestnené na krátku vzdialenosť od seba vo vnútri utesneného krytu. Keramické, polypropylénové, elektrolytické, tantalové atď. — kondenzátory sa líšia typom dielektrika medzi doskami.

Kondenzátory sú vysokonapäťové a nízkonapäťové v závislosti od dielektrickej sily.

V závislosti od plochy dosiek a dielektrickej konštanty použitého dielektrika existujú kondenzátory s veľkou kapacitou, dosahujúcou stovky faradov (superkondenzátory) a malou kapacitou - jednotky pikofaradov.

Využitie elektrickej kapacity v elektrotechnike

Vlastnosť kapacitných systémov je široko využívaná v elektrotechnike v technológiách striedavého prúdu, najmä v oblasti vysokých a ultravysokých frekvencií.

V jednosmernej technológii sa kapacita používa v magnetizačných zariadeniach s permanentným magnetom, na pulzné elektrické zváranie, pulzné dielektrické testy prierazu, vyhladzovanie prúdovej krivky v usmerňovačoch atď.

Kapacita akéhokoľvek systému izolovaných vodivých telies, ktorú nemožno úplne znížiť na nulu, môže mať v niektorých prípadoch nežiaduci vplyv na vlastnosti elektrických zariadení (vo forme rušenia, kapacitného úniku atď.).

Tohto vplyvu sa môžete zbaviť alebo vhodne kompenzovať jeho vplyv (zvyčajne pomocou indukčnosti), alebo vytvorením takých podmienok, v ktorých potenciály určitých telies sústavy vzhľadom na okolité objekty majú minimálnu hodnotu (napríklad uzemnenie niektorého z telies).