Соединение конденсаторов — презентация онлайн

1. Соединение конденсаторов

1 курс, 2 семестр

3. Параллельное соединение конденсаторов

Если к точкам включения непосредственно
присоединены пластины всех конденсаторов, то
такое соединение называется параллельным
соединением конденсаторов

4. Параллельное соединение конденсаторов

• общая емкость конденсаторов при
параллельном соединении равна сумме
емкостей всех соединенных конденсаторов.

5. Параллельное соединение конденсаторов

• Соединенные параллельно конденсаторы
находятся под одним и тем же напряжением,
равным U вольт, а общий заряд этих
конденсаторов равен q кулонов. При этом
каждый конденсатор соответственно получает
заряд q1, q2, q3 и т. д. Следовательно,
qобщ = q1 + q2 + q3 + . . .

6. Параллельное соединение конденсаторов

qобщ = CобщU,
а заряды q1 = С1U; q2 = С2U; q3 = С3U.
Подставив эти выражения в формулу, получим:
СобщU = С1U + С2U + С3U.
Разделив левую и правую части этого равенства
на равную для всех конденсаторов величину U,
после сокращения найдем: Собщ = С1 +С2 + С3;
Если С1=С2=С3 =…, то Собщ = С1n, гдеС1— емкость
одного конденсатора,
n — число конденсаторов.

7. Последовательное соединение конденсаторов

Если соединение конденсаторов в батарею
производится в виде цепочки и к точкам
включения в цепь непосредственно
присоединены пластины только первого и
последнего конденсаторов, то такое соединение
конденсаторов называется последовательным

8. Последовательное соединение конденсаторов

При последовательном соединении все конденсаторы
заряжаются одинаковым количеством электричества, так как
непосредственно от источника тока заряжаются только крайние
пластины (1 и 6), а остальные пластины (2, 3, 4 и 5) заряжаются
через влияние. При этом заряд пластины 2 будет равен по
величине и противоположен по знаку заряду пластины 1, заряд
пластины 3 будет равен по величине и противоположен по знаку

заряду пластины 2 и т. д.
Напряжения на различных конденсаторах будут, вообще говоря,
различными, так как для заряда одним и тем же количеством
электричества конденсаторов различной емкости всегда
требуются различные напряжения. Чем меньше емкость
конденсатора, тем большее напряжение необходимо для того,
чтобы зарядить этот конденсатор требуемым количеством
электричества, и наоборот.
Таким образом, при заряде группы конденсаторов, соединенных
последовательно, на конденсаторах малой емкости напряжения
будут больше, а на конденсаторах большой емкости — меньше.

9. Последовательное соединение конденсаторов

Uобщ = U1 + U2 + U3

10. Последовательное соединение конденсаторов

Для частного случая двух последовательно
соединенных конденсаторов формула для
вычисления их общей емкости будет иметь вид:

11. Последовательное соединение конденсаторов

Если последовательно соединены конденсаторы,
имеющие одинаковую емкость, то их общую
емкость можно вычислить по формуле

12. Последовательно-параллельное (смешанное) соединение конденсаторов

Последовательно-параллельным соединением
конденсаторов называется цепь имеющая в
своем составе участки, как с параллельным, так
и с последовательным соединением
конденсаторов.

14. Домашнее задание

1)Определите емкость батареи конденсаторов,
изображенной на рисунке. Емкость каждого
конденсатора 1 мкФ.
2) Два последовательно соединенных конденсатора
емкостями 2 и 4 мкФ присоединили к источнику
напряжением 180 В. Конденсаторы отсоединили
друг от друга и от источника и соединили
одноименно заряженными пластинами.
Определите установившееся напряжение.

15. Решение задач

• Три конденсатора одинаковой емкости
соединены параллельно друг другу в батарею.
Рассчитать емкость батареи конденсаторов,
если известно, что при подключении ее к
полюсам аккумулятора напряжением 12 В
заряд на обкладках каждого конденсатора
6×10-9 Кл.

16. Решение задач

• Найти электроемкость системы
конденсаторов, соединенных по схеме, показанной на рисунке C1 = C2 = C4= C5.

Соединение конденсаторов последовательное и параллельное физика

В электрических цепях применяются различные способы соединения конденсаторов

. Соединение конденсаторов может производиться: последовательно, параллельно и последовательно-параллельно (последнее иногда называют смешанное соединение конденсаторов). Существующие виды соединения конденсаторов показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Способы соединения конденсаторов.

Параллельное соединение конденсаторов.

Если группа конденсаторов включена в цепь таким обра­зом, что к точкам включения непосредственно присоединены пластины всех конденсаторов, то такое соединение называется параллельным соединением конденсаторов (рисунок 2.).

Рисунок 2. Параллельное соединение конденсаторов.

При заряде группы конденсаторов, соединенных параллель­но, между пластинами всех конденсаторов будет одна и та же разность потенциалов, так как все они заряжаются от одного и того же источника тока. Общее же количе­ство электричества на всех конденсаторах будет равно сумме количеств электричества, помещающихся на каждом из кон­денсаторов, так как заряд каждого их конденсаторов проис­ходит независимо от заряда других конденсаторов данной группы. Исходя из этого, всю систему параллельно соединен­ных конденсаторов можно рассматривать как один эквива­лентный (равноценный) конденсатор. Тогда

общая емкость конденсаторов при параллельном соединении равна сумме емкостей всех соединенных конденсаторов.

Обозначим суммарную емкость соединенных в батарею конденсаторов бук­вой Собщ, емкость первого конденсатора С1 емкость второго С2 и емкость третьего С3. Тогда для параллельного соединения конденсаторов будет справедлива следующая формула:

Последний знак + и многоточие указывают на то, что этой формулой можно пользоваться при четырех, пяти и во­обще при любом числе конденсаторов.

Последовательное соединение конденсаторов.

Если же соединение конденсаторов в батарею производится в виде цепочки и к точкам включения в цепь непосредственно присоединены пластины только первого и последнего конденсаторов, то такое соединение конденсаторов называется последо­вательным (рисунок 3).

Рисунок 2. Последовательное соединение конденсаторов.

При последовательном соединении все конденса­торы заряжаются одинаковым количеством электричества, так как непосредственно от источника тока заряжаются только крайние пластины (1 и 6), а остальные пластины (2, 3, 4 и 5) заря­жаются через влияние. При этом заряд пла­стины 2 будет равен по величине и противо­положен по знаку за­ряду пластины 1, заряд пластины 3 будет равен по величине и противоположен по знаку заряду пла­стины 2 и т. д.

Напряжения на различных конденсаторах будут, вообще говоря, различными, так как для заряда одним и тем же количеством электричества конденсаторов различной емкости всегда требуются различные напряжения. Чем меньше емкость конденсатора, тем большее напряжение необходимо для того, чтобы зарядить этот конденсатор требуемым количеством электричества, и наоборот.

Таким образом, при заряде группы конденсаторов, соединенных последовательно, на конденсаторах малой емкости напряжения будут больше, а на конденсаторах большой емкости — меньше.

Аналогично предыдущему случаю можно рассматривать всю группу конденсаторов, соединенных последовательно, как один эквивалентный конденсатор, между пластинами которого существует напряжение, равное сумме напряжений на всех конденсаторах группы, а заряд которого равен заряду любого из конденсаторов группы.

Возьмем самый маленький конденсатор в группе. На нем должно быть самое большое напряжение. Но напряжение на этом конденсаторе составляет только часть общего напряже­ния, существующего на всей группе конденсаторов. Напря­жение на всей группе больше напряжения на конденсаторе, имеющем самую малую емкость. А отсюда непосредственно следует, что общая емкость группы конденсаторов, соединен­ных последовательно, меньше емкости самого малого конден­сатора в группе.

Для вычисления общей емкости при последовательном со­единении конденсаторов удобнее всего пользоваться следую­щей формулой:

Для частного случая двух последовательно соединенных конденсаторов формула для вычисления их общей емкости будет иметь вид:

Последовательно-параллельное (смешанное) соединение конденсаторов

Последовательно-параллельным соединением конденсаторов

называется цепь имеющая в своем составе участки, как с параллельным, так и с последовательным соединением конденсаторов.

На рисунке 4 приведен пример участка цепи со смешанным соединением конденсаторов.

Рисунок 4. Последовательно-параллельное соединение конденсаторов.

При расчете общей емкости такого участка цепи с последовательно-параллельным соединением конденсаторов этот участок разбивают на простейшие участки, состоящие только из групп с последовательным или параллельным соединением конденсаторов. Дальше алгоритм расчета имеет вид:

1. Определяют эквивалентную емкость участков с последовательным соединением конденсаторов.

2. Если эти участки содержат последовательно соединенные конденсаторы, то сначала вычисляют их емкость.

3. После расчета эквивалентных емкостей конденсаторов перерисовывают схему. Обычно получается цепь из последовательно соединенных эквивалентных конденсаторов.

4. Рассчитывают емкость полученной схемы.

Один из примеров расчета емкости при смешанном соединении конденсаторов приведен на рисунке 5.

Рисунок 5. Пример расчета последовательно-параллельного соединения конденсаторов.

Подробнее о расчетах соединения конденсаторов можно узнать в мультимедийном учебнике по основам электротехники и электроники:

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Практическая работа по физике «Последовательное и параллельное соединение конденсаторов» Раздел 3 «Электродинамика» Тема 3.1 «Электростатика»

Просмотр содержимого документа
«Практическая работа «Последовательное и параллельное соединение конденсаторов. Эквивалентные схемы»»

Практическая работа № 24

Раздел 3 Электродинамика

Тема 3.1 Электростатика

Название практической работы: Последовательное и параллельное соединение конденсаторов. Эквивалентные схемы

Учебная цель: изучить распределение напряжения, зарядов в схемах с последовательным и параллельным соединением конденсаторов

Учебные задачи: определять эквивалентную ёмкость, заряд и энергию батареи конденсаторов по схеме. Определить напряжения и заряды на конденсаторах.

Правила безопасности: правила проведения в кабинете во время выполнения практического занятия

Норма времени: 2 часа

Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения:

уметь: вычерчивать схемы, определять эквивалентную ёмкость и заряд конденсаторов. Рассчитывать энергию батареи конденсаторов

знать: законы последовательного и параллельного соединения конденсаторов в батарею. Расчётные формулы ёмкости, заряда, напряжения, единицы измерения. Применение конденсаторов

– методические указания по выполнению практического занятия

– лабораторно-практическая тетрадь, карандаш, линейка

Порядок проведения занятия:

Для выполнения практической работы учебная группа распределяется по вариантам.

Конденсатор – система двух проводников (обкладок) разделённых слоем диэлектрика. Служит для накопления (конденсации) разделённых зарядов.

Плоский конденсатор – две плоские металлические пластины, расположенные параллельно и разделённые слоем диэлектрика. Обозначение конденсатора на электрических схемах соответствует его принципиальному устройству.

Электроёмкость конденсатора показывает, как много заряда может «натечь» в конденсатор, подключённый к источнику, разделяющему заряды.

Если это источник ЭДС равный ,то при соединении конденсатора и источника тока по схеме, рисунок 1, натекание заряда прекратиться,

когда напряжение на обкладках станет равно

Коэффициент пропорциональности между зарядом на конденсаторе Q и разностью потенциалов U на его обкладках называется электрической ёмкостью конденсатора С. Заряд на обкладках конденсатора тем больше, чем больше ЭДС источника

Важнейшей характеристикой любого конденсатора является его электрическая ёмкость С – физическая величина, равная отношению заряда Q конденсатора к разности потенциалов U между его обкладками:

Выражается в СИ в фарадах (Ф).

Ёмкость реальных конденсаторов гораздо меньше, и для её измерения обычно используют более мелкие единицы: 1 микрофарада (мкФ),

1нанофарада (нФ), 1 пикофарада (пФ)

Эквивалентной ёмкостью батареи конденсаторов называют такую ёмкость

С _общ которая при подключении к тому же источнику тока принимает на себя такой же заряд, что и батарея конденсаторов.

Два конденсатора соединены параллельно, если обкладки обоих попарно соединены друг с другом, рисунок 2

Рисунок 2 Рисунок 4

У параллельного соединения конденсаторов ёмкости и заряды складываются, рисунок 2:

Для последовательного соединения конденсаторов, рисунок 4.

На практике конденсаторы включают только параллельно, можно представить это так, как будто площади их пластин складываются, складываются и их ёмкости. Последовательное соединение не имеет практического смысла, знание сложения необходимо только при анализе цепей переменного тока.

Проверка конденсаторов – перед проверкой конденсатор разряжают, то есть закорачивают его выводы на металлический предмет.

Энергия конденсатора. При зарядке конденсатора между обкладками скапливаются разделённые заряды (энергия электрического поля)

Эта энергия может быть высвобождена, если обкладки заряжённого конденсатора соединить через лампу накаливания. После того, как все заряды противоположного знака, скопленные на обкладках, протекут через спираль лампочки и прорекомбинируют, лампочка погаснет. Энергия конденсатора перейдёт во внутреннюю и световую энергию.

Для увеличения ёмкости радиотехнические конденсаторы изготавливают в виде двух слоёв алюминиевой фольги, проложенных промасленной бумагой (диэлектрик) и скрученных в многослойную пачку, упакованную в прочный корпус

Важной характеристикой конденсатора является максимальное напряжение U_макс указанное на корпусе, при котором он сохраняет работоспособность. При больших напряжениях диэлектрик, проложенный между обкладками, пробивается, и обкладки замыкаются накоротко, составляя единый проводник. Чем больше напряжение, тем меньше ёмкость. В электролитических конденсаторах важно соблюдать полярность, иначе конденсатор выйдет из строя или возможен разрыв корпуса.

Конденсаторы используются в радиотехнике (излучение и приём электромагнитных волн, преобразование электромагнитных колебаний). В устройствах, где нужно медленно накопить энергию, а затем быстро высвободить (фотовспышка, импульсный лазер).

Вопросы для закрепления теоретического материала к занятию:

1.Что такое эквивалентная ёмкость батареи конденсаторов?

2.Что значит, если два конденсатора соединены параллельно, последовательно?

3. Как рассчитываются ёмкости и заряды при параллельном и последовательном соединении конденсаторов?

4. Как рассчитывается энергия конденсатора?
5. Что значит закоротить конденсатор?

6. В каком случае необходимо применять последовательное соединение конденсаторов?

7. Что является важной характеристикой конденсатора, как технического устройства?

8. Где используется конденсатор?

9. Виды конденсаторов.

Содержание и Последовательность выполнения практической работы:

Задачи практической работы:

Вычертить схему №1 с учётом данных в таблице для своего варианта.

Определить эквивалентную ёмкость С, заряд Q батареи и энергию W, накопленную батареей.

Вычислить напряжение и заряд на каждом конденсаторе. Как изменятся найденные величины, если один из конденсаторов закоротить? Напряжение на зажимах цепи U, взять из таблицы №1

Соединения конденсаторов .

Параллельное соединение конденсаторов

Обкладки конденсаторов соединяют попарно, т.е. в системе остается два изолированных проводника, которые и представляют собой обкладки нового конденсатора

Вывод: При параллельном соединении конденсаторов

• заряды складываются,
• напряжения одинаковые,
• емкости складываются.

Т.о., общая емкость больше емкости любого из параллельно соединенных конденсаторов

Последовательное соединение конденсаторов

Производят только одно соединение, а две оставшиеся обкладки – одна от конденсатора С₁ другая от конденсатора С₂ – играют роль обкладок нового конденсатора.

Вывод: При последовательном соединении конденсаторов

• напряжения складываются,
• заряды одинаковы,
• складываются величины, обратные емкости.

Т.о., общая емкость меньше емкости любого из последовательно соединенных конденсаторов.

Энергия электрического поля конденсатора.

Под энергией электрического поля конденсатора будем понимать энергию одной его обкладки, находящейся в поле, созданном другой обкладкой. Тогда:

Формулы справедливы для любого конденсатора.

Пример: С=2мкФ; U=1000В.

t=10-6c.W=1 Дж – опасно для жизни!

– плотность энергии (энергия единицы объема).

Формула справедлива для полей любых конденсаторов и, кроме того, для полей, меняющихся со временем (неэлектростатических).

Параллельное соединение конденсаторов формула — Всё о электрике

Способы подключения конденсаторов в электрическую цепь

Схемы в электротехнике состоят из электрических элементов, в которых способы соединения конденсаторов могут быть разными. Надо понимать, как правильно подключить конденсатор. Отдельные участки цепи с подключенными конденсаторами можно заменить одним эквивалентным элементом. Он заменит ряд конденсаторов, но должно выполняться обязательное условие: когда напряжение, подводимое к обкладкам эквивалентного конденсатора, равняется напряжению на входе и выходе группы заменяющихся конденсаторов, тогда заряд емкости будет такой же, как и на группе емкостей. Для понимания вопроса, как подключить конденсатор в любой схеме, рассмотрим виды его включения.

Параллельное включение конденсаторов в цепь

Параллельное соединение конденсаторов — это когда все пластины подключаются к точкам включения цепи, образовывая батарею емкостей.

Параллельное соединение конденсаторов:

Разность потенциалов на пластинах накопителей емкости будет одинаковая, так как они все заряжаются от одного источника тока. В этом случае каждый заряжающийся конденсатор имеет собственный заряд при одинаковой величине, подводимой к ним энергии.

Параллельные конденсаторы, общий параметр количества заряда полученной батареи накопителей, рассчитывается, как сумма всех зарядов, помещающихся на каждой емкости, потому что каждый заряд емкости не зависит от заряда другой емкости, входящей в группу конденсаторов, параллельно включенных в схему.

При параллельном соединении конденсаторов емкость равняется:

Из представленной формулы можно сделать вывод, что всю группу накопителей можно рассматривать как один равноценный им конденсатор.

Конденсаторы, соединенные параллельно, имеют напряжение:

Последовательное включение конденсаторов в цепь

Когда в схеме выполнено последовательное соединение конденсаторов, оно выглядит как цепочка емкостных накопителей, где пластина первого и последнего накопителя емкости (конденсатора) подключены к источнику тока.

Последовательное соединение конденсатора:

При последовательном соединении конденсаторов все устройства этого участка берут одинаковое количество электроэнергии, потому что в процессе участвует первая и последняя пластинка накопителей, а пластины 2, 3 и другие до N проходят зарядку посредством влияния. По этой причине заряд пластины 2 накопителя емкости равняется по значению заряду 1 пластины, но имеет обратный знак. Заряд пластины накопителя 3 равняется значению заряда пластины 2, но так же с обратным знаком, все последующие накопители имеет аналогичную систему заряда.

Формула нахождения заряда на конденсаторе, схема подключения конденсатора:

Когда выполняется последовательное соединение конденсаторов, напряжение на каждом накопители емкости будет различное, так как в зарядке одинаковым количеством электрической энергии участвуют разные емкости. Зависимость емкости от напряжения такова: чем она меньше, тем большее напряжение необходимо подать на пластины накопителя для его зарядки. И обратная величина: чем выше емкость накопителя, тем меньше требуется напряжения для его зарядки. Можно сделать вывод, что емкость последовательно соединенных накопителей имеет значение для величины напряжения на пластинах — чем она меньше, тем больше напряжения требуется, а также накопители большой емкости требуют меньшего напряжения.

Основное отличие схемы последовательного соединения накопителей емкости в том, что электроэнергия протекает только в одном направлении, а это означает, что в каждом накопителе емкости составленной батареи ток будет одинаковым. В этом виде соединений конденсаторов обеспечивается равномерное накопление энергии независимо от емкости накопителей.

Группу накопителей емкости можно также на схеме рассматривать как эквивалентный накопитель, на пластины которого подается напряжение, определяемое формулой:

Заряд общего (эквивалентного) накопителя группы емкостных накопителей последовательного соединения равен:

Общему значению емкости последовательно соединенных конденсаторов соответствует выражение:

Смешанное включение емкостных накопителей в схему

Параллельное и последовательное соединение конденсаторов на одном из участков цепи схемы называется специалистами смешанным соединением.

Участок цепи подсоединенных смешанным включением накопителей емкости:

Смешанное соединение конденсаторов в схеме рассчитывается в определенном порядке, который можно представить следующим образом:

• разбивается схема на простые для вычисления участки, это последовательное и параллельное соединение конденсаторов;
• вычисляем эквивалентную емкость для группы конденсаторов, последовательно включенных на участке параллельного соединения;
• проводим нахождение эквивалентной емкости на параллельном участке;
• когда эквивалентные емкости накопителей определены, схему рекомендуется перерисовать;
• рассчитывается емкость получившейся после последовательного включения эквивалентных накопителей электрической энергии.

Накопители емкостей (двухполюсники) включены разными способами в цепь, это дает несколько преимуществ в решении электротехнических задач по сравнению с традиционными способами включения конденсаторов:

1. Использование для подключения электрических двигателей и другого оборудования в цехах, в радиотехнических устройствах.
2. Упрощение вычисления величин электросхемы. Монтаж выполняется отдельными участками.
3. Технические свойства всех элементов не меняются, когда изменяется сила тока и магнитное поле, это применяется для включения разных накопителей. Характеризуется постоянной величиной емкости и напряжения, а заряд пропорционален потенциалу.

Вывод

Разного вида включения конденсаторов в цепь применяются для решения электротехнических задач, в частности, для получения полярных накопителей из нескольких неполярных двухполюсников. В этом случае решением будет соединение группы однополюсных накопителей емкости по встречно-параллельному способу (треугольником). В этой схеме минус соединяется с минусом, а плюс — с плюсом. Происходит увеличение емкости накопителя, и меняется работа двухполюсника.

Не отображаются имеющиеся вхождения: последовательное параллельное и смешанное соединение конденсаторов, последовательное и параллельное соединение конденсаторов, при параллельном соединении конденсаторов емкость.

Соединение конденсаторов

В электрических цепях применяются различные способы соединения конденсаторов. Соединение конденсаторов может производиться: последовательно, параллельно и последовательно-параллельно (последнее иногда называют смешанное соединение конденсаторов). Существующие виды соединения конденсаторов показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Способы соединения конденсаторов.

Параллельное соединение конденсаторов.

Если группа конденсаторов включена в цепь таким обра­зом, что к точкам включения непосредственно присоединены пластины всех конденсаторов, то такое соединение называется параллельным соединением конденсаторов (рисунок 2.).

Рисунок 2. Параллельное соединение конденсаторов.

При заряде группы конденсаторов, соединенных параллель­но, между пластинами всех конденсаторов будет одна и та же разность потенциалов, так как все они заряжаются от одного и того же источника тока. Общее же количе­ство электричества на всех конденсаторах будет равно сумме количеств электричества, помещающихся на каждом из кон­денсаторов, так как заряд каждого их конденсаторов проис­ходит независимо от заряда других конденсаторов данной группы. Исходя из этого, всю систему параллельно соединен­ных конденсаторов можно рассматривать как один эквива­лентный (равноценный) конденсатор. Тогда общая емкость конденсаторов при параллельном соединении равна сумме емкостей всех соединенных конденсаторов.

Обозначим суммарную емкость соединенных в батарею конденсаторов бук­вой Собщ, емкость первого конденсатора С1 емкость второго С2 и емкость третьего С3. Тогда для параллельного соединения конденсаторов будет справедлива следующая формула:

Последний знак + и многоточие указывают на то, что этой формулой можно пользоваться при четырех, пяти и во­обще при любом числе конденсаторов.

Последовательное соединение конденсаторов.

Если же соединение конденсаторов в батарею производится в виде цепочки и к точкам включения в цепь непосредственно присоединены пластины только первого и последнего конденсаторов, то такое соединение конденсаторов называется последо­вательным (рисунок 3).

Рисунок 2. Последовательное соединение конденсаторов.

При последовательном соединении все конденса­торы заряжаются одинаковым количеством электричества, так как непосредственно от источника тока заряжаются только крайние пластины (1 и 6), а остальные пластины (2, 3, 4 и 5) заря­жаются через влияние. При этом заряд пла­стины 2 будет равен по величине и противо­положен по знаку за­ряду пластины 1, заряд пластины 3 будет равен по величине и противоположен по знаку заряду пла­стины 2 и т. д.

Напряжения на различных конденсаторах будут, вообще говоря, различными, так как для заряда одним и тем же количеством электричества конденсаторов различной емкости всегда требуются различные напряжения. Чем меньше емкость конденсатора, тем большее напряжение необходимо для того, чтобы зарядить этот конденсатор требуемым количеством электричества, и наоборот.

Таким образом, при заряде группы конденсаторов, соединенных последовательно, на конденсаторах малой емкости напряжения будут больше, а на конденсаторах большой емкости — меньше.

Аналогично предыдущему случаю можно рассматривать всю группу конденсаторов, соединенных последовательно, как один эквивалентный конденсатор, между пластинами которого существует напряжение, равное сумме напряжений на всех конденсаторах группы, а заряд которого равен заряду любого из конденсаторов группы.

Возьмем самый маленький конденсатор в группе. На нем должно быть самое большое напряжение. Но напряжение на этом конденсаторе составляет только часть общего напряже­ния, существующего на всей группе конденсаторов. Напря­жение на всей группе больше напряжения на конденсаторе, имеющем самую малую емкость. А отсюда непосредственно следует, что общая емкость группы конденсаторов, соединен­ных последовательно, меньше емкости самого малого конден­сатора в группе.

Для вычисления общей емкости при последовательном со­единении конденсаторов удобнее всего пользоваться следую­щей формулой:

Для частного случая двух последовательно соединенных конденсаторов формула для вычисления их общей емкости будет иметь вид:

Последовательно-параллельное (смешанное) соединение конденсаторов

Последовательно-параллельным соединением конденсаторов называется цепь имеющая в своем составе участки, как с параллельным, так и с последовательным соединением конденсаторов.

На рисунке 4 приведен пример участка цепи со смешанным соединением конденсаторов.

Рисунок 4. Последовательно-параллельное соединение конденсаторов.

При расчете общей емкости такого участка цепи с последовательно-параллельным соединением конденсаторов этот участок разбивают на простейшие участки, состоящие только из групп с последовательным или параллельным соединением конденсаторов. Дальше алгоритм расчета имеет вид:

1. Определяют эквивалентную емкость участков с последовательным соединением конденсаторов.

2. Если эти участки содержат последовательно соединенные конденсаторы, то сначала вычисляют их емкость.

3. После расчета эквивалентных емкостей конденсаторов перерисовывают схему. Обычно получается цепь из последовательно соединенных эквивалентных конденсаторов.

4. Рассчитывают емкость полученной схемы.

Один из примеров расчета емкости при смешанном соединении конденсаторов приведен на рисунке 5.

Рисунок 5. Пример расчета последовательно-параллельного соединения конденсаторов.

Подробнее о расчетах соединения конденсаторов можно узнать в мультимедийном учебнике по основам электротехники и электроники:

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Соединение конденсаторов Параллельное соединение конденсаторов

При параллельном соединении конденсаторов к каждому кон­денсатору приложено одинаковое напряжениеU, а величина за­ряда на обкладках каждого конденсатора Q пропорциональна его емкости (рис. 2).

Общий заряд Q всех конденсаторов

Общая емкость С, или емкость батареи, параллельно включенных конденсаторов равна сумме емкостей этих конденсаторов.

Параллельное подключение конденсатора к группе других включенных конденсаторов увеличивает общую емкость батареи этих конденсаторов. Следовательно, параллельное соединение конденсаторов при­меняется для увеличения емкости.

4)Если параллельно включены т одинаковых конденсаторов ем­костью С´ каждый, то общая (эквивалентная) емкость батареи этих конденсаторов может быть определена выражением

Последовательное соединение конденсаторов

На обкладках последовательно соединенных конденсаторов, подключенных к источнику постоянного тока с напряжением U, появятся заряды одинаковые по величине с противоположными знаками.

Напряжение на конденсаторах распределяется обратно пропорционально емкостям конденса­торов:

Обратная величина общей емкости последовательно соединенных конденсаторов равна сумме обратных величин емкостей этих кон­денсаторов.

При последовательном включении двух конденсаторов их об­щая емкость определяется следующим выражением:

Если в цепь включены последовательно п одинаковых конден­саторов емкостью С каждый, то общая емкость этих конденса­торов:

Из (14) видно, что, чем больше конденсаторов п соединено последовательно, тем меньше будет их общая емкость С, т. е. по­следовательное включение конденсаторов приводит к уменьше­нию общей емкости батареи конденсаторов.

На практике может оказаться , что допустимое ра­бочее напряжение U_p конденсатора меньше напряжения, на кото­рое необходимо подключить конденсатор. Если этот конденсатор подключить на такое напряжение, то он выйдет из строя, так как будет пробит диэлектрик. Если же последовательно включить не­сколько конденсаторов, то напряжение распределится между ними и на каждом конденсаторе напряжение окажется мень­ше его допустимого рабочего U_p. Следовательно, последовательное соединение конденсаторов применяют для того, чтобы напряжение на каждом конденсаторе не превышало его рабочего напряжения U_p.

Смешанное соединение конденсаторов

Смешанное соединение (последовательно-параллельное) кон­денсаторов применяют тогда, когда необходимо увеличить ем­кость и рабочее напряжение батареи конденсаторов.

Рассмотрим смешанное соединение конденсаторов на ниже­приведенных примерах.

где Q — заряд конденсатора или конденсаторов, к которым при­ложено напряжение U; С — электрическая емкость конденсатора или батареи соединенных конденсаторов, к которой приложено напряжение U.

Таким образом, конденсаторы служат для накопления и сохра­нения электрического поля и его энергии.

15.Дайте определение понятиям трех лучевая звезда и треугольник сопротивлений. Запишите формулы для преобразования трех лучевой звезды сопротивлений в треугольник сопротивлений и наоборот. Преобразуйте схему к двум узлам (Рисунок 5)

Рисунок 5- Схема электрическая

Для облегчения расчета составляется схема замещения электрической цепи, т. е. схема, отображающая свойства цепи при определенных условиях.

На схеме замещения изображают все элементы, влиянием которых на результат расчета нельзя пренебречь, и указывают также электрические соединения между ними, которые имеются в цепи.

1.Схемы замещения элементов электрических цепей

На расчетных схемах источник энергии можно представить ЭДС без внутреннего сопротивления, если это сопротивление мало по сравнению с сопротивлением приемника (рис. 3.13,6).

Приr= 0 внутреннее падение напряженияUо = 0, поэтому

напряжение на зажимах источника при любом токе равно

В некоторых случаях источник электрической энергии на расчетной схеме заменяют другой (эквивалентной) схемой (рис. 3.14, а), где вместо ЭДСЕ источник характеризуется его током короткого замыканияI_K, а вместо внутреннего со­противления в расчет вводится внутренняя проводимостьg=1/r.

Возможность такой замены можно доказать, разделив равенство (3.1) на r:

где U/r = Io—некоторый ток, равный отношению напряжения на зажимах источника к внутреннему сопротивлению;E/r = I_K — ток короткого замыкания источника;

Вводя новые обозначения, получим равенство I_K= Io + I, которому удовлетворяет эквивалентная схема рис. 3.14,а.

В этом случае при любой величине напряжения на зажимах; источника его ток остается равным току короткого замыкания (рис. 3.14,6):

Источник с неизменным током, не зависящим от внешнего сопротивления, называют источником тока.

Один и тот же источник электрической энергии может быть заменен в расчетной схеме источником ЭДС или источником тока.

{SOURCE}

Различные виды соединения конденсаторов

Автор Alexey На чтение 4 мин. Просмотров 609 Опубликовано 28.11.2015 Обновлено 10.01.2016

В этой статье мы попытаемся раскрыть тему соединения конденсаторов разными способам. Из статьи про соединения резисторов мы знаем ,что существует последовательное , параллельное и смешанное соединение , это же правило справедливо  и для этой статьи. Конденсатор (от лат. слова «condensare» — «уплотнять», «сгущать»)– это очень широко распространённый электрический прибор.

Это два проводника (обкладки), между которыми находится изоляционный материал. Если на него  подать напряжение (U), то на его проводниках накопится электрический заряд(Q). Основная его характеристика  – ёмкость (C). Свойства конденсатора описываются уравнением Q = UC , заряд на обкладках и напряжение прямо пропорциональны друг другу.

Условное обозначение конденсатора на схеме

Пусть на конденсатор подается переменное напряжение. Он заряжается по мере роста напряжения, электрический заряд на обкладках увеличивается. Если напряжение уменьшается, то уменьшается и заряд на его  обкладках и он разряжается.

Отсюда следует, что по проводам, соединяющим конденсатор с остальной цепью, электрический ток протекает тогда, когда напряжение на конденсаторе изменяется. При этом не важно, что происходит в диэлектрике между проводниками . Сила тока равна общему заряду, протекшему в единицу времени по подключенному к конденсатору проводу. Она зависит от его емкости  и скорости изменения питающего напряжения.

Ёмкость зависит от характеристик изоляции, а также размеров и формы проводника. Единица измерения ёмкости кондёра — фарада (Ф), 1 Ф=1 Кл/В. Однако на практике емкость измеряется чаще в микро- (10-6) или пико- (10-12) фарадах.

В основном используются конденсаторы для построения цепей с частотной зависимостью, для получения мощного короткого электрического импульса, там, где необходимо накапливать энергию. За счёт изменения свойств пространства между обкладками можно использовать их  для измерения уровня жидкости.

Параллельное соединение

Параллельное соединение – это соединение, при котором выводы всех конденсаторов имеют две общие точки – назовём их входом и выходом схемы. Так все входы  объединены в одной точке, а все выходы – в другой, напряжения на всех конденсаторах равны:

Параллельное соединение  предполагает распределение полученного от источника заряда на обкладках нескольких конденсаторов, что можно записать так:

Так как напряжение на всех конденсаторах одинаковое, заряды на их обкладках зависят только от ёмкости:

Суммарная емкость параллельной группы конденсаторов:

Суммарная ёмкость такой группы конденсаторов равна сумме емкостей включенных в схему.

Блоки конденсаторов широко используются для повышения мощности и устойчивости работы энергосистем в линиях электропередач. При этом затраты на более мощные элементы линий можно снизить. Повышается стабильность работы ЛЭП, устойчивость ЛЭП к сбоям и перегрузкам.

Последовательное соединение

Последовательное соединение конденсаторов – это их подключение непосредственно друг за другом без разветвлений проводника. От источника напряжения заряды поступают на обкладки первого и последнего в цепи конденсаторов.

В силу электростатической индукции на внутренних обкладках смежных конденсаторов происходит выравнивание заряда на электрически соединённых обкладках смежных конденсаторов, поэтому на них появляются равные по величине и обратные по знаку электрические заряды.

При таком соединении электрические заряды на обкладках отдельных кондёров по величине равны:

Общее напряжение для всей цепи:

Очевидно, что напряжение между проводниками для каждого конденсатора зависит от накопленного заряда и ёмкости, т.е.:

Поэтому эквивалентная ёмкость последовательной цепи равна:

Отсюда следует, что величина, обратная общей емкости, равна сумме величин, обратных емкостям отдельных конденсаторов:

https://youtu.be/T4hbcw1o-cw

Смешанное соединение

Смешанным соединение конденсаторов называют такое соединение, при котором присутствует соединение последовательное и параллельное одновременно. Чтобы более подробно разобраться , давайте рассмотрим это соединение на примере :

На рисунке видно ,что соединены два конденсатора последовательно вверху и внизу и два параллельно. Можно вывести формулу из выше описанных соединении:

Основой любой радиотехники является конденсатор, он используется в самых разнообразных схемах-это и источники питания и применение для аналоговых сигналов хранения данных , а также в телекоммуникационных связи для регулирования частоты.

Параллельное включение конденсаторов. Соединение конденсаторов Как правильно соединять конденсаторы

В электрических цепях применяются различные способы соединения конденсаторов . Соединение конденсаторов может производиться: последовательно , параллельно и последовательно-параллельно (последнее иногда называют смешанное соединение конденсаторов). Существующие виды соединения конденсаторов показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Способы соединения конденсаторов.

Параллельное соединение конденсаторов.

Если группа конденсаторов включена в цепь таким обра­зом, что к точкам включения непосредственно присоединены пластины всех конденсаторов, то такое соединение называется параллельным соединением конденсаторов (рисунок 2.).

Рисунок 2. Параллельное соединение конденсаторов.

При заряде группы конденсаторов, соединенных параллель­но, между пластинами всех конденсаторов будет одна и та же разность потенциалов, так как все они заряжаются от одного и того же источника тока. Общее же количе­ство электричества на всех конденсаторах будет равно сумме количеств электричества, помещающихся на каждом из кон­денсаторов, так как заряд каждого их конденсаторов проис­ходит независимо от заряда других конденсаторов данной группы. Исходя из этого, всю систему параллельно соединен­ных конденсаторов можно рассматривать как один эквива­лентный (равноценный) конденсатор. Тогда общая емкость конденсаторов при параллельном соединении равна сумме емкостей всех соединенных конденсаторов.

Обозначим суммарную емкость соединенных в батарею конденсаторов бук­вой Собщ, емкость первого конденсатора С1 емкость второго С2 и емкость третьего С3. Тогда для параллельного соединения конденсаторов будет справедлива следующая формула:

Последний знак + и многоточие указывают на то, что этой формулой можно пользоваться при четырех, пяти и во­обще при любом числе конденсаторов.

Последовательное соединение конденсаторов.

Если же соединение конденсаторов в батарею производится в виде цепочки и к точкам включения в цепь непосредственно присоединены пластины только первого и последнего конденсаторов, то такое соединение конденсаторов называется последо­вательным (рисунок 3).

Рисунок 2. Последовательное соединение конденсаторов.

При последовательном соединении все конденса­торы заряжаются одинаковым количеством электричества, так как непосредственно от источника тока заряжаются только крайние пластины (1 и 6), а остальные пластины (2, 3, 4 и 5) заря­жаются через влияние. При этом заряд пла­стины 2 будет равен по величине и противо­положен по знаку за­ряду пластины 1, заряд пластины 3 будет равен по величине и противоположен по знаку заряду пла­стины 2 и т. д.

Напряжения на различных конденсаторах будут, вообще говоря, различными, так как для заряда одним и тем же количеством электричества конденсаторов различной емкости всегда требуются различные напряжения. Чем меньше емкость конденсатора, тем большее напряжение необходимо для того, чтобы зарядить этот конденсатор требуемым количеством электричества, и наоборот.

Таким образом, при заряде группы конденсаторов, соединенных последовательно, на конденсаторах малой емкости напряжения будут больше, а на конденсаторах большой емкости — меньше.

Аналогично предыдущему случаю можно рассматривать всю группу конденсаторов, соединенных последовательно, как один эквивалентный конденсатор, между пластинами которого существует напряжение, равное сумме напряжений на всех конденсаторах группы, а заряд которого равен заряду любого из конденсаторов группы.

Возьмем самый маленький конденсатор в группе. На нем должно быть самое большое напряжение. Но напряжение на этом конденсаторе составляет только часть общего напряже­ния, существующего на всей группе конденсаторов. Напря­жение на всей группе больше напряжения на конденсаторе, имеющем самую малую емкость. А отсюда непосредственно следует, что общая емкость группы конденсаторов, соединен­ных последовательно, меньше емкости самого малого конден­сатора в группе.

Для вычисления общей емкости при последовательном со­единении конденсаторов удобнее всего пользоваться следую­щей формулой:

Для частного случая двух последовательно соединенных конденсаторов формула для вычисления их общей емкости будет иметь вид:

Последовательно-параллельное (смешанное) соединение конденсаторов

Последовательно-параллельным соединением конденсаторов называется цепь имеющая в своем составе участки, как с параллельным, так и с последовательным соединением конденсаторов.

На рисунке 4 приведен пример участка цепи со смешанным соединением конденсаторов.

Рисунок 4. Последовательно-параллельное соединение конденсаторов.

При расчете общей емкости такого участка цепи с последовательно-параллельным соединением конденсаторов этот участок разбивают на простейшие участки, состоящие только из групп с последовательным или параллельным соединением конденсаторов. Дальше алгоритм расчета имеет вид:

1. Определяют эквивалентную емкость участков с последовательным соединением конденсаторов.

2. Если эти участки содержат последовательно соединенные конденсаторы, то сначала вычисляют их емкость.

3. После расчета эквивалентных емкостей конденсаторов перерисовывают схему. Обычно получается цепь из последовательно соединенных эквивалентных конденсаторов.

4. Рассчитывают емкость полученной схемы.

Один из примеров расчета емкости при смешанном соединении конденсаторов приведен на рисунке 5.

Рисунок 5. Пример расчета последовательно-параллельного соединения конденсаторов.

У начинающих электронщиков при сборке любого самодельного устройства могут возникнуть проблемы с соединением конденсатора. Ведь даже у заядлого любителя электроники может не оказаться под рукой конденсатора с нужным номиналом, особенно когда нужно срочно отремонтировать бытовой прибор. Из сложившейся проблемы легко выйти, соединив последовательно или параллельно несколько конденсаторов.

Приготовьте:

• конденсаторы;
• вольтметр;
• провода;
• кусачки.

Если последовательно соединяются два конденсатора с равными емкостями, то в результате получится общая емкость с меньшим значением в 2 раза, а напряжение — увеличится. В реальных случаях схемы с последовательным соединением встречается редко, в основном в высоковольтных источниках питания. Для низковольтных источников питания применяется параллельное соединение, так как при этом сглаживается пульсация. Общая емкость соединенных параллельно конденсаторов будет складываться, а напряжение — равно значению напряжения того конденсатора, который имеет меньший параметр. Например, имеется три конденсатора по 30 микрофарад с напряженностью 100 В и соединяются параллельно. Значение всего набора будет вычисляться: 90 мкф * 100.

Существует комбинированный способ соединения — последовательно-параллельное, который встречается крайне редко. Для расчета общей емкости цепь разделяют на несколько участков и вычисляют каждую отдельно.

Для соединения электролитических конденсаторов нужно учитывать полярность. При параллельном способе минусовый вывод одного конденсатора должен соединяться с минусовым выводом другого. При последовательном — минус с плюсовым выводом.

При присоединении конденсаторов следует учитывать значение номинального напряжения. Если один из конденсаторов будет с меньшим номинальным напряжением, то, скорее всего, в ближайшее время устройство выйдет из строя.

Соединяйте конденсаторы только тогда, когда они полностью отсоединены от других элементов схемы. Подключение проводят изолированными проводами. После любого соединения и отсоединения проверьте работу с помощью вольтметра.

Для составного конденсатора старайтесь брать однотипные конденсаторы, а если возможно — то с одной партии. Конденсаторы бывают керамические, пленочные, металлобумажные, слюдяные.

У многих начинающих любителей электроники в процессе сборки самодельного устройства возникает вопрос: “Как правильно соединять конденсаторы?”

Казалось бы, зачем это надо, ведь если на принципиальной схеме указано, что в данном месте схемы должен быть установлен конденсатор на 47 микрофарад, значит, берём и ставим необходимый конденсатор. Но, согласитесь, что в мастерской даже заядлого электронщика может не оказаться конденсатора с необходимым номиналом!

Похожая ситуация может возникнуть и при ремонте какого-либо прибора. Например, необходим электролитический конденсатор ёмкостью 1000 микрофарад, а под рукой лишь 2 – 3 конденсатора на 470 микрофарад. Ставить конденсатор на 470 микрофарад, вместо положенных 1000? Нет, это допустимо не всегда. Так как же быть? Ехать на радиорынок за несколько десятков километров за одним конденсатором?

Как выйти из сложившейся ситуации? Можно соединить несколько конденсаторов и в результате получить необходимую нам ёмкость. В электронике существует два способа соединения конденсаторов: параллельное и последовательное .

В реальности это выглядит так:

Параллельное соединение

Принципиальная схема параллельного соединения

Последовательное соединение

Принципиальная схема последовательного соединения

Также можно комбинировать параллельное и последовательное соединение конденсаторов. На практике вам вряд ли это пригодиться.

Как рассчитать общую ёмкость соединённых конденсаторов?

Помогут нам в этом несколько простых формул. Не сомневайтесь, если вы будете заниматься электроникой, то эти простые формулы рано или поздно вас выручат.

Общая ёмкость параллельно соединённых конденсаторов:

С 1 – ёмкость первого конденсатора;

С 2 – ёмкость второго конденсатора;

С 3 – ёмкость третьего конденсатора;

С N – ёмкость N -ого конденсатора;

C общ – суммарная ёмкость составного конденсатора.

Как видим, при параллельном соединении ёмкости конденсаторов нужно всего-навсего сложить!

Внимание! Все расчёты необходимо производить в одних единицах. Если рассчитываем ёмкости в микрофарадах, то нужно указывать ёмкость C 1 , C 2 в микрофарадах. Результат также получим в микрофарадах. Это правило стоит соблюдать, иначе ошибки не избежать!

Чтобы не допустить ошибку при переводе микрофарад в пикофарады или нанофарады можно воспользоваться специальной таблицей. В ней указаны приставки, используемые для краткой записи и множители, с помощью которых можно пересчитать значения величин.

Ёмкость двух последовательно соединённых конденсаторов можно рассчитать по другой формуле. Она будет чуть сложнее:

Внимание! Данная формула справедлива только для двух конденсаторов! Для большего количества последовательно включенных конденсаторов потребуется другая формула. Она более запутанная, да и не всегда пригождается .

Или то же самое, но более понятно:

Если вы проведёте несколько расчётов, то увидите, что при последовательном соединении конденсаторов их результирующая ёмкость будет всегда меньше наименьшей ёмкости, включённой в данную цепочку. Что это значить? А это значит, что если соединить последовательно конденсатор ёмкостью 5, 100 и 35 пикофарад, то общая ёмкость составного конденсатора будет меньше 5.

В том случае, если для последовательного соединения применены конденсаторы одинаковой ёмкости, эта громоздкая формула упрощается и принимает вид:

Здесь, вместо буквы M ставиться количество конденсаторов, а C 1 – ёмкость конденсатора.

Стоит также запомнить простое правило:

При последовательном соединении двух конденсаторов с одинаковой ёмкостью результирующая ёмкость будет в два раза меньше ёмкости каждого из конденсаторов.

Таким образом, если вы последовательно соедините два конденсатора, ёмкость каждого из которых 10 нанофарад, то в результате ёмкость составного конденсатора составит 5 нанофарад.

Проверим конденсатор, замерив ёмкость, и на практике подтвердим правильность показанных здесь формул для расчёта.

Возьмём два плёночных конденсатора. Один на 15 нанофарад (0,015 мкф.), другой на 10 нанофарад (0,01 мкф.) Соединим их последовательно. Теперь возьмём мультиметр Victor VC9805+ с функцией измерения ёмкости конденсаторов и замерим суммарную ёмкость двух конденсаторов. Вот что мы получим (см. фото).

Замер ёмкости последовательно соединённых конденсаторов

Ёмкость составного конденсатора составила 6 нанофарад (0,006 мкф.)

А теперь проделаем то же самое, но для параллельного соединения конденсаторов. Проверим результат с помощью тестера (см. фото).

Измерение ёмкости параллельно соединённых конденсаторов

Как видим, при параллельном соединении ёмкость двух конденсаторов сложилась и составляет 25 нанофарад (0,025 мкф.).

Что ещё необходимо знать, чтобы правильно соединить конденсаторы?

Во-первых, не стоит забывать, что кроме ёмкости у конденсаторов есть ещё один немаловажный параметр, как номинальное напряжение.

При последовательном соединении конденсаторов напряжение между ними распределяется обратно пропорционально ёмкостям этих конденсаторов. Поэтому, есть смысл при последовательном соединении применять конденсаторы с номинальным напряжением равным тому, которое должно быть у конденсатора взамен которого мы ставим составной конденсатор.

Если же используются конденсаторы одинаковой ёмкости, то напряжение между ними разделится поровну.

Для электролитических конденсаторов.

При соединении электролитических конденсаторов строго соблюдайте полярность! При параллельном соединении электролитических конденсаторов всегда соединяйте минусовой вывод одного конденсатора с минусовым выводом другого. Плюсовой вывод с плюсовым.

Параллельное соединение электролитических конденсаторов

Схема параллельного соединения

В последовательном соединении электролитических конденсаторов ситуация обратная. Необходимо соединять плюсовой вывод с минусовым. Получается что-то вроде последовательного соединения батареек.

Последовательное соединение электролитических конденсаторов

Также не забывайте про номинальное напряжение. При параллельном соединении каждый из задействованных конденсаторов должен иметь то номинальное напряжение, как если бы мы ставили в схему один конденсатор. То есть если в схему нужно установить конденсатор с номинальным напряжением на 35 вольт и ёмкостью, например, 200 микрофарад, то взамен его можно параллельно соединить два конденсатора на 100 микрофарад и 35 вольт. Если хоть один из этих конденсаторов будет иметь меньшее номинальное напряжение (например, 25 вольт), то он вскоре выйдет из строя.

Желательно, чтобы для составного конденсатора подбирались конденсаторы одного типа (плёночные, керамические, слюдяные, металлобумажные). Лучше будет, если они взяты из одной партии.

Конечно, возможно и смешанное (комбинированное) соединение конденсаторов, но в практике оно не применяется (я не видел ). Расчёт ёмкости смешанного соединения конденсаторов обычно достаётся тем, кто решает задачи по физике и сдаёт экзамены:)

Параллельное соединение конденсаторов. — КиберПедия

Параллельное соединение конденсаторов.

Если группа конденсаторов включена в цепь таким обра­зом, что к точкам включения непосредственно присоединены пластины всех конденсаторов, то такое соединение называется параллельным соединением конденсаторов

При заряде группы конденсаторов, соединенных параллель­но, между пластинами всех конденсаторов будет одна и та же разность потенциалов, так как все они заряжаются от одного и того же источника тока. Общее же количе­ство электричества на всех конденсаторах будет равно сумме количеств электричества, помещающихся на каждом из кон­денсаторов, так как заряд каждого их конденсаторов проис­ходит независимо от заряда других конденсаторов данной группы. Исходя из этого, всю систему параллельно соединен­ных конденсаторов можно рассматривать как один эквива­лентный (равноценный) конденсатор. Тогда общая емкость конденсаторов при параллельном соединении равна сумме емкостей всех соединенных конденсаторов.

Обозначим суммарную емкость соединенных в батарею конденсаторов бук­вой Собщ, емкость первого конденсатора С1 емкость второго С2 и емкость третьего С3. Тогда для параллельного соединения конденсаторов будет справедлива следующая формула:

Последний знак + и многоточие указывают на то, что этой формулой можно пользоваться при четырех, пяти и во­обще при любом числе конденсаторов.

Быстродействие.

Как уже говорилось, быстрое отключение поврежденного оборудования или участка электрической установки предотвращает или уменьшает размеры повреждений, сохраняет нормальную работу потребителей неповрежденной части установки, предотвращает нарушение параллельной работы генераторов. Поэтому для обеспечения надежной работы генераторы, трансформаторы, линии электропередачи и все другие части электроустановки или электрической сети должны оснащаться быстродействующей релейной защитой. Современные устройства быстродействующей релейной защиты имеют время действия 0,01 – 0,1 с.

Селективность или избирательность.

Селективностью называют способность релейной защиты выявлять место повреждения и отключать его ближайшими к нему выключателями.

Так, при КЗ в точке К1 для правильной ликвидации аварии защита должна подействовать только на выключатель В1. При этом остальная часть электроустановки остается в работе. Такое действие релейной защиты называется селективным.

Если же быстрей отключится выключатель В4, то без напряжения останется еще и двигатель М2. Такое действие релейной защиты будет неправильным, неселективным. В результате ущерб от аварии будет двойной – останов двух двигателей вместо одного.

Рассмотренный пример доказывает, какую важность имеет правильный выбор уставок релейной защиты

Чувствительность.

Защита должна обладать чувствительностью не только к повреждениям и нарушений нормального режима работы в своей зоне, но и к повреждениям на смежном участке, только с выдержкой времени.

Если по какой-то причине не отключиться выключатель В1, то с выдержкой времени должен будет отключиться выключатель В4.

Такое действие релейной защиты называется дальним резервированием смежного участка сети.

Надежность.

Требование надежности состоит в том, что защита должна правильно и безотказно действовать на отключение выключателей оборудования при его повреждениях.

Требование надежности обеспечивается совершенством принципов защиты и конструкций аппаратуры, добротностью деталей, простотой выполнения, а также уровнем эксплуатации.

 

Наряд, распоряжение, текущая эксплуатация

Параллельное соединение конденсаторов.

Если группа конденсаторов включена в цепь таким обра­зом, что к точкам включения непосредственно присоединены пластины всех конденсаторов, то такое соединение называется параллельным соединением конденсаторов

При заряде группы конденсаторов, соединенных параллель­но, между пластинами всех конденсаторов будет одна и та же разность потенциалов, так как все они заряжаются от одного и того же источника тока. Общее же количе­ство электричества на всех конденсаторах будет равно сумме количеств электричества, помещающихся на каждом из кон­денсаторов, так как заряд каждого их конденсаторов проис­ходит независимо от заряда других конденсаторов данной группы. Исходя из этого, всю систему параллельно соединен­ных конденсаторов можно рассматривать как один эквива­лентный (равноценный) конденсатор. Тогда общая емкость конденсаторов при параллельном соединении равна сумме емкостей всех соединенных конденсаторов.

Обозначим суммарную емкость соединенных в батарею конденсаторов бук­вой Собщ, емкость первого конденсатора С1 емкость второго С2 и емкость третьего С3. Тогда для параллельного соединения конденсаторов будет справедлива следующая формула:

Последний знак + и многоточие указывают на то, что этой формулой можно пользоваться при четырех, пяти и во­обще при любом числе конденсаторов.

Как найти емкость последовательно соединенных конденсаторов

Как правильно соединять конденсаторы?

У многих начинающих любителей электроники в процессе сборки самодельного устройства возникает вопрос: “Как правильно соединять конденсаторы?”

Казалось бы, зачем это надо, ведь если на принципиальной схеме указано, что в данном месте схемы должен быть установлен конденсатор на 47 микрофарад, значит, берём и ставим. Но, согласитесь, что в мастерской даже заядлого электронщика может не оказаться конденсатора с необходимым номиналом!

Похожая ситуация может возникнуть и при ремонте какого-либо прибора. Например, необходим электролитический конденсатор ёмкостью 1000 микрофарад, а под рукой лишь два-три на 470 микрофарад. Ставить 470 микрофарад, вместо положенных 1000? Нет, это допустимо не всегда. Так как же быть? Ехать на радиорынок за несколько десятков километров и покупать недостающую деталь?

Как выйти из сложившейся ситуации? Можно соединить несколько конденсаторов и в результате получить необходимую нам ёмкость. В электронике существует два способа соединения конденсаторов: параллельное и последовательное.

В реальности это выглядит так:

Параллельное соединение

Принципиальная схема параллельного соединения

Последовательное соединение

Принципиальная схема последовательного соединения

Также можно комбинировать параллельное и последовательное соединение. Но на практике вам вряд ли это пригодиться.

Как рассчитать общую ёмкость соединённых конденсаторов?

Помогут нам в этом несколько простых формул. Не сомневайтесь, если вы будете заниматься электроникой, то эти простые формулы рано или поздно вас выручат.

Общая ёмкость параллельно соединённых конденсаторов:

С₁ – ёмкость первого;

С₂ – ёмкость второго;

С₃ – ёмкость третьего;

С_N – ёмкость N-ого конденсатора;

C_общ – суммарная ёмкость составного конденсатора.

Как видим, при параллельном соединении ёмкости нужно всего-навсего сложить!

Внимание! Все расчёты необходимо производить в одних единицах. Если выполняем расчёты в микрофарадах, то нужно указывать ёмкость C₁, C₂ в микрофарадах. Результат также получим в микрофарадах. Это правило стоит соблюдать, иначе ошибки не избежать!

Чтобы не допустить ошибку при переводе микрофарад в пикофарады, а нанофарад в микрофарады, необходимо знать сокращённую запись численных величин. Также в этом вам поможет таблица. В ней указаны приставки, используемые для краткой записи и множители, с помощью которых можно производить пересчёт. Подробнее об этом читайте здесь.

Ёмкость двух последовательно соединённых конденсаторов можно рассчитать по другой формуле. Она будет чуть сложнее:

Внимание! Данная формула справедлива только для двух конденсаторов! Если их больше, то потребуется другая формула. Она более запутанная, да и на деле не всегда пригождается .

Или то же самое, но более понятно:

Если вы проведёте несколько расчётов, то увидите, что при последовательном соединении результирующая ёмкость будет всегда меньше наименьшей, включённой в данную цепочку. Что это значить? А это значит, что если соединить последовательно конденсаторы ёмкостью 5, 100 и 35 пикофарад, то общая ёмкость будет меньше 5.

В том случае, если для последовательного соединения применены конденсаторы одинаковой ёмкости, эта громоздкая формула волшебным образом упрощается и принимает вид:

Здесь, вместо буквы M ставиться количество конденсаторов, а C₁ – его ёмкость.

Стоит также запомнить простое правило:

При последовательном соединении двух конденсаторов с одинаковой ёмкостью результирующая ёмкость будет в два раза меньше ёмкости каждого из них.

Таким образом, если вы последовательно соедините два конденсатора, ёмкость каждого из которых 10 нанофарад, то в результате она составит 5 нанофарад.

Не будем пускать слов по ветру, а проверим конденсатор, замерив ёмкость, и на практике подтвердим правильность показанных здесь формул.

Возьмём два плёночных конденсатора. Один на 15 нанофарад (0,015 мкф.),а другой на 10 нанофарад (0,01 мкф.) Соединим их последовательно. Теперь возьмём мультиметр Victor VC9805+ и замерим суммарную ёмкость двух конденсаторов. Вот что мы получим (см. фото).

Замер ёмкости при последовательном соединении

Ёмкость составного конденсатора составила 6 нанофарад (0,006 мкф.)

А теперь проделаем то же самое, но для параллельного соединения. Проверим результат с помощью того же тестера (см. фото).

Измерение ёмкости при параллельном соединении

Как видим, при параллельном соединении ёмкость двух конденсаторов сложилась и составляет 25 нанофарад (0,025 мкф.).

Что ещё необходимо знать, чтобы правильно соединять конденсаторы?

Во-первых, не стоит забывать, что есть ещё один немаловажный параметр, как номинальное напряжение.

При последовательном соединении конденсаторов напряжение между ними распределяется обратно пропорционально их ёмкостям. Поэтому, есть смысл при последовательном соединении применять конденсаторы с номинальным напряжением равным тому, которое имеет конденсатор, взамен которого мы ставим составной.

Если же используются конденсаторы с одинаковой ёмкостью, то напряжение между ними разделится поровну.

Для электролитических конденсаторов.

При соединении электролитических конденсаторов (электролитов) строго соблюдайте полярность! При параллельном соединении всегда подключайте минусовой вывод одного конденсатора к минусовому выводу другого,а плюсовой вывод с плюсовым.

Параллельное соединение электролитов

Схема параллельного соединения

В последовательном соединении электролитов ситуация обратная. Необходимо подключать плюсовой вывод к минусовому. Получается что-то вроде последовательного соединения батареек.

Последовательное соединение электролитов

Схема последовательного соединения

Также не забывайте про номинальное напряжение. При параллельном соединении каждый из задействованных конденсаторов должен иметь то номинальное напряжение, как если бы мы ставили в схему один конденсатор. То есть если в схему нужно установить конденсатор с номинальным напряжением на 35 вольт и ёмкостью, например, 200 микрофарад, то взамен его можно параллельно соединить два конденсатора на 100 микрофарад и 35 вольт. Если хоть один из них будет иметь меньшее номинальное напряжение (например, 25 вольт), то он вскоре выйдет из строя.

Желательно, чтобы для составного конденсатора подбирались конденсаторы одного типа (плёночные, керамические, слюдяные, металлобумажные). Лучше всего будет, если они взяты из одной партии, так как в таком случае разброс параметров у них будет небольшой.

Конечно, возможно и смешанное (комбинированное) соединение, но в практике оно не применяется (я не видел ). Расчёт ёмкости при смешанном соединении обычно достаётся тем, кто решает задачи по физике или сдаёт экзамены 🙂

Тем же, кто не на шутку увлёкся электроникой непременно надо знать, как правильно соединять резисторы и рассчитывать их общее сопротивление!

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 ЭДС/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:

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

Сократив выражение на Q, получим знакомую формулу:

Откуда эквивалентная емкость батареи конденсаторов соединенных последовательно:

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:

Так как заряд конденсатора

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

Пример 1

Какова результирующая емкость 4 конденсаторов включенных последовательно и параллельно, если известно что С₁ = 10 мкФ, C₂ = 2 мкФ, C₃ = 5 мкФ, а C₄ = 1 мкФ?

При последовательном соединении общая емкость равна:

При параллельном соединении общая емкость равна:

Пример 2

Определить результирующую емкость группы конденсаторов подключенных последовательно-параллельно, если известно, что С₁ = 7 мкФ, С₂ = 2 мкФ, С₃ = 1 мкФ.

Сначала найдем общую емкость параллельного участка цепи:

Затем найдем общую емкость для всей цепи:

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

В электрических цепях применяются различные способы соединения конденсаторов. Соединение конденсаторов может производиться: последовательно, параллельно и последовательно-параллельно (последнее иногда называют смешанное соединение конденсаторов). Существующие виды соединения конденсаторов показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Способы соединения конденсаторов.

Параллельное соединение конденсаторов.

Если группа конденсаторов включена в цепь таким обра­зом, что к точкам включения непосредственно присоединены пластины всех конденсаторов, то такое соединение называется параллельным соединением конденсаторов (рисунок 2.).

Рисунок 2. Параллельное соединение конденсаторов.

При заряде группы конденсаторов, соединенных параллель­но, между пластинами всех конденсаторов будет одна и та же разность потенциалов, так как все они заряжаются от одного и того же источника тока. Общее же количе­ство электричества на всех конденсаторах будет равно сумме количеств электричества, помещающихся на каждом из кон­денсаторов, так как заряд каждого их конденсаторов проис­ходит независимо от заряда других конденсаторов данной группы. Исходя из этого, всю систему параллельно соединен­ных конденсаторов можно рассматривать как один эквива­лентный (равноценный) конденсатор. Тогда общая емкость конденсаторов при параллельном соединении равна сумме емкостей всех соединенных конденсаторов.

Обозначим суммарную емкость соединенных в батарею конденсаторов бук­вой Собщ, емкость первого конденсатора С1 емкость второго С2 и емкость третьего С3. Тогда для параллельного соединения конденсаторов будет справедлива следующая формула:

Последний знак + и многоточие указывают на то, что этой формулой можно пользоваться при четырех, пяти и во­обще при любом числе конденсаторов.

Последовательное соединение конденсаторов.

Если же соединение конденсаторов в батарею производится в виде цепочки и к точкам включения в цепь непосредственно присоединены пластины только первого и последнего конденсаторов, то такое соединение конденсаторов называется последо­вательным (рисунок 3).

Рисунок 2. Последовательное соединение конденсаторов.

При последовательном соединении все конденса­торы заряжаются одинаковым количеством электричества, так как непосредственно от источника тока заряжаются только крайние пластины (1 и 6), а остальные пластины (2, 3, 4 и 5) заря­жаются через влияние. При этом заряд пла­стины 2 будет равен по величине и противо­положен по знаку за­ряду пластины 1, заряд пластины 3 будет равен по величине и противоположен по знаку заряду пла­стины 2 и т. д.

Напряжения на различных конденсаторах будут, вообще говоря, различными, так как для заряда одним и тем же количеством электричества конденсаторов различной емкости всегда требуются различные напряжения. Чем меньше емкость конденсатора, тем большее напряжение необходимо для того, чтобы зарядить этот конденсатор требуемым количеством электричества, и наоборот.

Таким образом, при заряде группы конденсаторов, соединенных последовательно, на конденсаторах малой емкости напряжения будут больше, а на конденсаторах большой емкости — меньше.

Аналогично предыдущему случаю можно рассматривать всю группу конденсаторов, соединенных последовательно, как один эквивалентный конденсатор, между пластинами которого существует напряжение, равное сумме напряжений на всех конденсаторах группы, а заряд которого равен заряду любого из конденсаторов группы.

Возьмем самый маленький конденсатор в группе. На нем должно быть самое большое напряжение. Но напряжение на этом конденсаторе составляет только часть общего напряже­ния, существующего на всей группе конденсаторов. Напря­жение на всей группе больше напряжения на конденсаторе, имеющем самую малую емкость. А отсюда непосредственно следует, что общая емкость группы конденсаторов, соединен­ных последовательно, меньше емкости самого малого конден­сатора в группе.

Для вычисления общей емкости при последовательном со­единении конденсаторов удобнее всего пользоваться следую­щей формулой:

Для частного случая двух последовательно соединенных конденсаторов формула для вычисления их общей емкости будет иметь вид:

Последовательно-параллельное (смешанное) соединение конденсаторов

Последовательно-параллельным соединением конденсаторов называется цепь имеющая в своем составе участки, как с параллельным, так и с последовательным соединением конденсаторов.

На рисунке 4 приведен пример участка цепи со смешанным соединением конденсаторов.

Рисунок 4. Последовательно-параллельное соединение конденсаторов.

При расчете общей емкости такого участка цепи с последовательно-параллельным соединением конденсаторов этот участок разбивают на простейшие участки, состоящие только из групп с последовательным или параллельным соединением конденсаторов. Дальше алгоритм расчета имеет вид:

1. Определяют эквивалентную емкость участков с последовательным соединением конденсаторов.

2. Если эти участки содержат последовательно соединенные конденсаторы, то сначала вычисляют их емкость.

3. После расчета эквивалентных емкостей конденсаторов перерисовывают схему. Обычно получается цепь из последовательно соединенных эквивалентных конденсаторов.

4. Рассчитывают емкость полученной схемы.

Один из примеров расчета емкости при смешанном соединении конденсаторов приведен на рисунке 5.

Рисунок 5. Пример расчета последовательно-параллельного соединения конденсаторов.

Подробнее о расчетах соединения конденсаторов можно узнать в мультимедийном учебнике по основам электротехники и электроники:

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Серия

и параллельные конденсаторы — стенограмма видео и урока

Параллельные конденсаторы

Если два или более конденсатора соединяются параллельно, каждый конденсатор независимо подключается к одному и тому же источнику напряжения, которым часто является батарея. Это означает, что каждый конденсатор имеет одинаковое напряжение на пластинах.

Параллельные конденсаторы: каждый конденсатор независимо подключается к батарее, поэтому каждый конденсатор имеет одинаковое напряжение на своих пластинах.

Исходя из конфигурации конденсаторов, вы можете рассчитать эквивалентную емкость для всей цепи.Поскольку мы знаем, что каждый конденсатор имеет одинаковое напряжение на пластинах, мы можем рассчитать эквивалентную емкость по формуле, которую вы сейчас видите на экране:

Эквивалентная емкость конденсаторов, включенных параллельно (Ceq), равна C1 + C2 + C3, и так далее, пока вы не просуммируете все переменные. Это означает, что эквивалентная емкость любого количества конденсаторов, подключенных параллельно, представляет собой просто сумму всех индивидуальных емкостей.Эквивалентная емкость больше, чем емкость любого из отдельных конденсаторов.

Если бы у вас была цепь с двумя параллельно включенными конденсаторами, один с емкостью 12 Ф, а другой с емкостью 8 Ф, какова емкость одного конденсатора, который можно было бы использовать для замены обоих?

Чтобы ответить на этот вопрос, вам необходимо рассчитать эквивалентное сопротивление цепи, которое вы можете увидеть на своем экране прямо сейчас:

Как видите, после выполнения переменных по формуле эквивалентная емкость составляет 20 F.

Конденсаторы в серии

Помимо параллельного соединения, конденсаторы также могут быть соединены последовательно в электрическую цепь. Если два конденсатора подключены последовательно друг к другу, они находятся в одной ветви цепи. Поскольку они не подключены к источнику напряжения независимо, каждый конденсатор может иметь разное напряжение на пластинах. Однако, поскольку все они подключены напрямую друг к другу, каждый последовательно включенный конденсатор будет накапливать одинаковое количество заряда.

Последовательные конденсаторы: каждый конденсатор подключается к следующему в той же ветви схемы, поэтому каждый конденсатор сохраняет одинаковое количество заряда.

Еще раз, мы можем рассчитать эквивалентную емкость группы конденсаторов, соединенных последовательно, используя определение емкости, которое вы можете видеть на своем экране прямо сейчас:

Таким образом, эквивалентная емкость конденсаторов, включенных последовательно, равна 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3.Следовательно, эквивалентная емкость нескольких конденсаторов, соединенных последовательно, меньше емкости любого отдельного конденсатора.

Давайте рассмотрим конкретный пример, чтобы увидеть, как это работает. Какова эквивалентная емкость цепи, содержащей три последовательно соединенных конденсатора с емкостями 10 Ф, 5 Ф и 2 Ф?

Как мы и ожидали (и теперь вы можете видеть на экране), эквивалентное сопротивление (1,25 Ф) меньше, чем емкость любого из отдельных конденсаторов.

Конденсаторы, включенные последовательно и параллельно

Что произойдет, если у вас будет более сложная схема, в которой одни конденсаторы соединены последовательно, а другие — параллельно? В этом случае вам нужно разбить схему на несколько частей. Объедините все конденсаторы, которые включены последовательно, и любые, которые включены параллельно. Затем перерисуйте схему и повторяйте этот процесс, пока не получите только одно окончательное эквивалентное сопротивление.

Рассмотрим пример. Какая эквивалентная емкость цепи, показанной сейчас на вашем экране?

Сначала найдите эквивалентную емкость двух последовательно соединенных конденсаторов (12 Ф и 6 Ф):

Теперь у вас есть цепь с двумя конденсаторами, включенными параллельно.Вы можете сложить емкости этих двух вместе, чтобы получить эквивалентную емкость всей цепи.

Эквивалентная емкость всей этой схемы составляет 12 F.

Краткое содержание урока

Конденсатор — это электрическое устройство, которое используется в схемах для хранения заряда и электрической энергии. Емкость конденсатора определяется как его способность накапливать заряд, а емкость рассчитывается как отношение величины накопленного заряда к приложенному напряжению:

Когда конденсаторы включены в цепь параллельно, каждый конденсатор имеет одинаковое напряжение на своих пластинах.Когда конденсаторы соединены последовательно, каждый конденсатор сохраняет одинаковое количество заряда.

Эквивалентная емкость цепи — это емкость одного конденсатора, который может заменить все остальные конденсаторы в цепи. На экране вы увидите, что формула для конденсаторов, подключенных параллельно, выглядит следующим образом. Также на экране вы можете видеть, что формула для конденсаторов, соединенных последовательно, выглядит следующим образом:

Что такое емкость? — Последовательная и параллельная схема измерения емкости

Емкость определяется как способность элемента накапливать электрический заряд.Конденсатор накапливает электрическую энергию в виде электрического поля двумя электродами конденсатора, один из которых является положительным, а другой — отрицательным.

Другими словами, емкость — это мера заряда на единицу напряжения, которая может храниться в элементе. Он обозначается (C), а его единица — Фарад (F).

Состав:

Емкость в основном подразделяется на два типа; это собственная емкость и взаимная емкость. Вещество с большей собственной емкостью накапливает больше электрических зарядов, а вещество с низкой емкостью накапливает меньше электрических зарядов.

Объяснение и определение емкости

Если две параллельные пластины соединены, перекрывают друг друга и подключены к источнику постоянного напряжения, как показано на рисунке. Две пластины разделены изолирующим диэлектриком, чтобы заряды не пересекались друг с другом. Один вывод параллельной пластины подключен к положительному источнику питания, а другой — к отрицательному. Когда источник питания включен, конденсатор начинает заряжаться и накапливает энергию, даже если источник питания отключен.

Уравнение емкости определяется как:

Где,

• C — емкость в Фарадах или Микрофарадах
• A — площадь перекрытия двух пластин в квадратном метре
• d — расстояние между двумя пластинами в метрах
• ε ₀ известна как электрическая постоянная
• ε _r — диэлектрическая проницаемость материала между двумя пластинами

Емкость считается равной одной фараде, если один кулон заряда сохраняется с одним вольт на двух электродах элемента.Емкостной элемент называется конденсатором.

Заряд конденсатора в любой момент времени

q — это количество заряда, которое может храниться в конденсаторе емкости (C) против разности потенциалов (v) вольт.

Где i, q и v представляют собой мгновенное значение тока, заряда и напряжения соответственно.

Где

v ₀ — начальное напряжение конденсатора

v _t конечное напряжение конденсатора

Сейчас,

Мощность, потребляемая конденсатором, определяется уравнением, приведенным ниже

Энергия, запасаемая конденсатором, определяется как

Ток через конденсатор равен нулю, если приложенное напряжение на конденсаторе постоянное.это означает, что когда на конденсатор подается постоянное напряжение без начального заряда, конденсатор сначала действует как короткое замыкание, но как только он полностью заряжается, конденсатор начинает вести себя как разомкнутая цепь.

Конденсатор только накапливает энергию и никогда не рассеивает ее ни в какой форме. Он может хранить конечное количество энергии, даже если ток через конденсатор равен нулю.

Типы конденсатора

Различают следующие типы конденсаторов:

• Бумажный конденсатор
• Конденсатор воздушный
• Пластиковый конденсатор
• Конденсатор серебряный слюдяной
• Конденсатор керамический
• Конденсатор электролитический
• Конденсатор фарфоровый

Серия

и параллельная емкость в цепи

Цепь конденсатора серии

Если количество конденсаторов, например, C ₁ , C ₂ , C ₃ ….., соединенные последовательно, называется последовательной конденсаторной цепью. Ток, протекающий в цепи этого типа, будет одинаковым на всех конденсаторах, поскольку они соединены последовательно. Последовательное включение конденсатора показано ниже на рисунке:

Эквивалентная емкость определяется уравнением:

Параллельная цепь конденсатора

Если несколько конденсаторов соединены друг с другом, как при параллельном соединении, цепь называется параллельной цепью конденсаторов.Схема показана ниже:

Эквивалентная емкость в параллельной цепи определяется уравнением, показанным ниже:

Это все о емкости.

Лекция

Лекция

указатель курса

Отзыв из последней лекции:

• Проводники: электрическое поле внутри равно нулю и перпендикулярно поверхности; электрический потенциал постоянен внутри и на поверхности.
• Эквипотенциальные поверхности: Поверхности, на которых потенциал имеет постоянное значение; перпендикулярно силовым линиям электрического поля.
• Емкость: C = Q / DV
• Конденсатор с параллельными пластинами: C = e ₀ A / d

Обозначения для элементов схемы

Приступим к рисованию электрических схем. Эти чертежи называются схемами, потому что они представляют схему в электрическом, а не физическом смысле. Электрические цепи состоят из элементов схемы (батареи, конденсаторы, резисторы и т. Д.), Соединенных вместе проводниками, представленными линиями.Символы, обозначающие конденсаторы, батареи и резисторы, показаны в разделе 16.7 текста.

16,8 Комбинации конденсаторов

Мы хотим рассмотреть, как обращаться с комбинациями конденсаторов. Мы начнем с рассмотрения случаев с двумя объединенными конденсаторами, и из них мы можем построить любую произвольно сложную комбинацию. Есть только два способа объединения двух конденсаторов, мы называем их параллельной комбинацией и последовательной комбинацией. Мы получим выражение для отдельной емкости, эквивалентной комбинации конденсаторов, и в процессе мы будем применять то, что мы узнали о зарядах, разности потенциалов (напряжении) и проводниках.

Параллельная комбинация

(нарисуйте параллельную комбинацию с конденсаторами C ₁ и C ₂ , подключенными к батарее.) В параллельной комбинации конденсаторы обычно располагаются рядом. Если мы представим их как конденсаторы с параллельными пластинами с одинаковым зазором, прижимая их вплотную друг к другу, комбинация, похоже, станет одним конденсатором с площадью, равной сумме площадей. Тогда из уравнения для емкости конденсатора с параллельными пластинами имеем
C _eq = e ₀ A _eq / d = e ₀ (A ₁ + A ₂ ) / d = e ₀ A ₁ / d + e ₀ A ₂ / d = C ₁ + C ₂
Таким образом, C _eq = C ₁ + C ₂ .

Давайте сделаем это еще раз, но на этот раз думая о зарядах и напряжении, потому что это будет полезно для последовательной комбинации. При параллельном подключении напряжение на каждом конденсаторе одинаковое: DV ₁ = DV ₂ = DV. Заряд на каждом конденсаторе составляет
Q ₁ = C ₁ DV и Q ₂ = C ₂ DV
Таким образом, общий заряд равен
Q = Q ₁ + Q ₂ = C ₁ DV + C ₂ DV = (C ₁ + C ₂ ) DV
Эквивалентная емкость определяется как
C _eq = Q / DV = C ₁ + C ₂
тот же результат, что и выше.

Довольно ясно, как распространить этот результат на более чем два конденсатора, подключенных параллельно. В этом случае

C _экв = C ₁ + C ₂ + C ₃ + …

Обратите внимание, что эквивалентная емкость параллельной комбинации всегда больше, чем любая из отдельных емкостей в комбинации. Комбинация серии

(Нарисуйте комбинацию серий.) В последовательной комбинации конденсаторы соединены «голова к хвосту».Мы хотим заменить пару одним эквивалентным конденсатором (нарисуйте эквивалентную схему конденсатора). Для этого мы должны понимать, как заряд распределяется по пластинам.

Рассмотрим внутреннюю пару пластин, по одной от каждого конденсатора, соединенных проводником. Эти три объекта электрически изолированы от остальной части цепи — они образуют единый изолированный проводник. Поскольку чистый заряд конденсаторов равен нулю до подключения батареи, чистый заряд на внутренней паре пластин также должен быть нулевым.После подключения батареи пластины конденсаторов будут удерживать некоторый заряд, но внутренняя пара пластин по-прежнему будет иметь нулевой чистый заряд. Следовательно, заряды на внутренней паре пластин равны и противоположны, и мы видим, что оба конденсатора будут удерживать одинаковый заряд.

Мы не складываем эти расходы вместе, как в параллельном случае. Добавляемая величина — это напряжение на каждом конденсаторе
DV = DV ₁ + DV ₂
Напряжение на конденсаторах зависит от их заряда
DV ₁ = Q / C ₁ и DV ₂ = Q / C ₂
Определение эквивалентной емкости: C _eq = Q / DV или DV = Q / C _eq .Следовательно,
Q / C _eq = Q / C ₁ + Q / C ₂
Мы можем разделить общий множитель Q, чтобы получить

1 / C _экв = 1 / C ₁ + 1 / C ₂

Нетрудно увидеть, что для трех или более конденсаторов, соединенных последовательно, эквивалентная емкость определяется по формуле:

1 / C _экв = 1 / C ₁ + 1 / C ₂ + 1 / C ₃ + …

Пример P16.31

Рассмотрим комбинацию конденсаторов на рисунке P16.31. а) Какова эквивалентная емкость группы? (b) Определите заряд каждого конденсатора.

(a) Эта схема состоит из трех параллельных ветвей, первые две ветви представляют собой одиночные конденсаторы, а последняя ветвь представляет собой последовательную комбинацию двух конденсаторов. Начните с определения эквивалентной емкости этих двух, затем можно будет найти эквивалентную емкость трех параллельных комбинаций.
1 / C _3eq = 1/24 мкФ + 1 / 8,0 мкФ = 1 / 6,0 мкФ
Следовательно, C _3eq = 6.0 мкФ. Не забудьте взять обратное, чтобы получить эквивалентную емкость последовательной комбинации. Теперь параллельная комбинация дает:
C _eq = 4,0 мкФ + 2,0 мкФ + 6,0 мкФ = 12,0 мкФ

(b) Заряд каждого зависит от напряжения на конденсаторе. Напряжение на конденсаторах 4 и 2 мкФ составляет полные 36 В.
Q ₄ = (4,0 мкФ) (36 В) = 144 мкКл
Q ₂ = (2,0 мкФ) (36 В) = 72 мкКл
Заряд на 2 последовательных конденсаторах одинаков и равен заряду, который существуют по их эквивалентной стоимости.
Q ₂₄ = Q ₈ = Q _3eq = (6,0 мкФ) (36 В) = 216 мкКл

16,9 Энергия, запасенная в заряженном конденсаторе

Чтобы определить, сколько энергии хранится в конденсаторе, представим, что мы начинаем с нейтрального конденсатора и добавляем немного заряда, затем немного больше, затем немного больше, каждый раз добавляя, сколько энергии требуется. Первый бит заряда не требует энергии, но следующий бит должен быть добавлен к конденсатору, который теперь имеет разность потенциалов V = CDQ и требует энергии VDQ.Для следующего заряда потенциал немного выше, и требуется немного больше энергии. Когда вся энергия суммируется, общая энергия, необходимая для полной зарядки конденсатора до разности потенциалов V, составляет:

E _{в памяти} = ½QDV = ½CDV² = Q² / 2 C

Вы можете использовать любое удобное выражение. Этот результат справедлив для любого конденсатора, а не только для конденсаторов с параллельными пластинами.

Пример P16.40

Рассмотрим конденсатор с параллельными пластинами, образованный Землей и слоем облаков, как описано в задаче 22.Предположим, что этот конденсатор разрядится (молния), когда напряженность электрического поля между пластинами достигнет 3,0 × 10 ⁶ Н / Кл. Какая энергия выделяется при полном разряде конденсатора во время удара молнии?

Из последней лекции мы обнаружили, что емкость облака на высоте 800 м над Землей составляет C = 1,1 × 10 ^-8 F. Когда конденсатор полностью разряжается, запасенная энергия равна нулю. Таким образом, высвобождаемая энергия равна энергии, накопленной до того, как она разрядится.Поскольку ранее мы определили, что накопленный заряд составляет Q = 26 Кл, давайте используем накопленный E = Q² / 2 C для определения накопленной энергии:
Накопленный E = (26 C) ² / 2 (1,1 × 10 ^{— 8} F) =

Обратите внимание, что мы также могли рассчитать этот результат, используя E _{с сохранением} = ½CV² и V = Ed.
E _{на складе} = ½C (Ed) ² = ½ (1,1 × 10 ^-8 F) (3,0 × 10 ⁶ N / C) ² (800 м) ² =

16.10 Конденсаторы с диэлектриками

Диэлектрик — изолирующий материал.Когда такой изолирующий материал помещается между пластинами конденсатора, атомы и молекулы стремятся поляризоваться, и емкость увеличивается. Весь эффект обрабатывается числом, называемым диэлектрической проницаемостью используемого материала, k. Список диэлектрических постоянных приведен в таблице 16.1 по тексту. При использовании диэлектрика емкость изменяется по сравнению с той, которая была бы без диэлектрического материала:

C = C ₀ к

где C ₀ — емкость без диэлектрика, а C — емкость с диэлектриком постоянной k.

© Роберт Харр 2000

Что такое конденсатор? Определение, использование и формулы | Arrow.com

Емкость — это способность объекта накапливать электрический заряд. Хотя физические конструкции этих устройств различаются, конденсаторы состоят из пары проводящих пластин, разделенных диэлектрическим материалом. Этот материал позволяет каждой пластине удерживать одинаковый и противоположный заряд. Этот накопленный заряд затем может высвобождаться по мере необходимости в электрическую цепь. Конденсатор может быть электрическим компонентом, но многие объекты, такие как человеческое тело, обладают этой способностью удерживать и высвобождать заряд.Как мы заметим, эта способность может быть полезной.

Уравнение емкости

Основная формула, определяющая конденсаторы:

заряд = емкость x напряжение

или

Q = C x V

Мы измеряем емкость в фарадах, которая является емкостью, в которой хранится один кулон (определяемый как количество заряда, переносимого одним ампером за одну секунду) заряда на один вольт. Хотя это удобный способ определения этого термина, повседневные конденсаторы недостаточно велики, чтобы вместить ни одной фарады, поэтому мы часто отображаем рейтинги в единицах микрофарад (мкФ, или миллионных долей фарада) или даже пикофарад (пФ или триллионных долей фарада). фарад).

Исходя из этого определения, вы можете предположить, что конденсатор — это тип перезаряжаемой батареи, накапливающей заряд для последующего использования. Однако характерно низкая зарядная емкость конденсаторов по сравнению с обычными аккумуляторными элементами, как правило, делает их непригодными для длительного использования в качестве источника питания. Другая характеристика, которая делает их невыгодными для длительной подачи энергии, заключается в том, что напряжение конденсатора прямо пропорционально величине накопленного заряда, о чем свидетельствует перестановка членов в приведенном выше уравнении на:

V = Q / C

Обычные батареи достаточно стабильно заряжаются до полного разряда, что делает их более подходящими во многих ситуациях.

Степенное сглаживание и постоянная времени

Если не считать длительного использования, конденсаторы очень хорошо компенсируют кратковременные падения мощности. Постоянная времени tau указывает на эту возможность. Тау равно сопротивление, умноженное на емкость:

τ = RC

Тау указывает количество времени в секундах, которое требуется напряжению, чтобы экспоненциально спадать до 37 процентов от его первоначального значения. При пятикратном увеличении этого числа конденсатор считается полностью разряженным. Если конденсатор подключается к источнику напряжения, которое изменяется (или на мгновение отключается) с течением времени, конденсатор может помочь выровнять нагрузку с зарядом, который падает до 37 процентов за одну постоянную времени.Обратное верно для зарядки; после одной постоянной времени конденсатор заряжен на 63 процента, а после пяти постоянных времени конденсатор считается полностью заряженным.

Изображение: PartSim Рисунок Джереми С. Кука

Например, если у вас есть схема, показанная на рисунке 1 выше, постоянная времени RC-цепи равна:

1000 Ом x 47 x 10 ^-6 фарад

Эта постоянная времени составляет 0,047 секунды.Когда мы отсоединяем источник 5 В, показанный здесь, требуется 0,047 секунды, чтобы упасть до 1,85 В, и в пять раз больше, или 0,235 секунды, для разряда. Если конденсатор заряжается до 5 В, этот процесс также займет 0,235 секунды. Вы можете использовать конденсатор большего размера для увеличения этих значений в зависимости от ситуации или рассматриваемой нагрузки.

Для чего еще используется конденсатор?

Создание источника прерывистого напряжения, близкого к желаемому постоянному напряжению, является наиболее важным назначением конденсатора.Вот еще несколько способов использования конденсатора:

1. Преобразование переменного тока в постоянный . Выходной сигнал постоянного тока имеет тенденцию изменяться синусоидально в этом важном «сглаживающем» приложении.
2. Муфта . Стандартный конденсатор пропускает переменный ток и останавливает постоянный ток.
3. Развязка. Конденсаторы также могут устранить любой переменный ток, который может присутствовать в цепи постоянного тока.
4. Радиосигналы и старые радиостанции . Вы можете отрегулировать переменные «настраивающие» конденсаторы для смены станции — вы даже можете создать собственное радио в качестве учебного пособия это руководство
5. Таймеры. Используйте время, за которое конденсатор заряжается до определенного уровня, чтобы отключить другие части цепи. Как и в случае настройки RF, интегральные схемы и микроконтроллеры в значительной степени заменили емкостные функции синхронизации.
6. Сенсорные экраны . Хотя емкостный сенсорный экран и экзотичен по сравнению с другими описанными здесь схемами, он является чрезвычайно распространенным способом использования конденсатора. Эти устройства определяют изменение емкости в точке на устройстве отображения и переводят его в координаты на плоскости X-Y.
7. Конденсаторы микроскопические . Эти устройства служат в качестве единиц хранения данных во флэш-памяти. Учитывая неисчислимое количество битов во флэш-памяти, микроскопические конденсаторы содержат наибольшее количество конденсаторов, используемых сегодня.

Последовательные и параллельные конденсаторы

Конденсаторы, как и резисторы, можно объединять в цепи параллельно или последовательно. Однако чистый эффект у них сильно различается. При параллельном соединении конденсаторы имитируют добавление каждого проводника конденсатора и площади поверхности диэлектрика.Параллельно общая емкость складывается из значений каждого конденсатора.

Последовательная емкость уменьшает общую емкость, так что общая емкость этих компонентов в целом будет меньше, чем значение наименьшего номинала конденсатора. Уравнение задается следующим образом:

1 / C _T = 1 / C ₁ + 1 / C ₂ + 1 / C _n

Использование серии

менее распространено, чем параллельные конфигурации, но разделение напряжения, приложенного к каждому компоненту, имеет некоторые ограниченные применения.

Лейденская банка: история конденсаторов и их структура

Первый конденсатор назывался Лейденская банка. Эти ранние устройства хранения заряда были заполнены водой и служили проводниками, но в конечном итоге они превратились в стеклянную бутылку с металлической фольгой, покрывающей внутреннюю и внешнюю стороны бутылки. Фольга действует как проводники, разделенные стеклом, которое действует как диэлектрический материал. Два сегмента хранят заряды между собой, пока не будут подключены.

Сегодняшние конденсаторы бывают разных форм и размеров, но в их сердечнике они имеют две электропроводящие «пластины», разделенные диэлектрическим изолирующим материалом. Основное уравнение для конструкции конденсатора:

C = ε A / d,

В этом уравнении C — емкость; ε — диэлектрическая проницаемость, термин, обозначающий, насколько хорошо диэлектрический материал сохраняет электрическое поле; A — площадь параллельной пластины; и d — расстояние между двумя токопроводящими пластинами.

Изображение: Эрик Шрейдер через Wikimedia Commons

Конструкцию конденсаторов можно разделить на две категории: неполяризованные и поляризованные .

• Неполяризованные конденсаторы больше всего похожи на теоретический конденсатор, который мы описали ранее. Они содержат пару проводящих пластин, разделенных диэлектриком, и могут подключаться к источнику напряжения в любой электрической ориентации. Керамические конденсаторы содержат несколько пластин, установленных друг на друга для увеличения площади поверхности, а керамический материал образует диэлектрик между положительным и отрицательным полюсами.Пленочные конденсаторы наматывают эти пластины друг на друга, а диэлектрическая пленка обычно пластиковая.
• Конденсаторы поляризованные электролитические. Анод электролитического конденсатора может образовывать изолирующий оксидный слой, который действует как диэлектрик. Поскольку этот оксидный слой очень тонкий, знаменатель в уравнении C = ε A / d очень мал, что увеличивает емкость этих компонентов. Кроме того, удельная площадь поверхности компонента может быть довольно высокой в ​​расчете на объем компонента, поскольку материал анода (обычно алюминий, тантал или ниобий) может быть шероховатым или пористым.

Суперконденсатор можно классифицировать как тип электролитического конденсатора, хотя способ накопления заряда суперконденсатора включает размещение ионов в растворе электролита между двумя электродами с образованием двойного слоя заряженных ионов. Такое расположение обеспечивает чрезвычайно высокий заряд по сравнению с традиционными электролитическими и неполяризованными конденсаторами, но также приводит к более медленной скорости заряда и разряда, а также к обычно более низкому напряжению пробоя. Из-за такой низкой скорости суперконденсатор не подходит для фильтрации приложений.Можно даже утверждать, что суперконденсаторы — это особый класс, и технология суперконденсаторов заслуживает отдельного исследования.

Технические характеристики конденсатора

Как мы уже упоминали, самым основным номиналом конденсатора является его емкость. Емкость определяет способность конденсатора удерживать заряд на вольт. Кроме того, вы можете указать конденсатор следующим образом:

• Рабочее напряжение : Напряжение, выше которого конденсатор может закоротить и больше не удерживать заряд
• Допуск : насколько близок к номинальному значению заряда конденсатора будет фактический компонент
• Полярность : Какой вывод предназначен для подключения к положительному проводу, а какой — к отрицательному в случае поляризованных конденсаторов
• Leakage Current : Сколько тока будет проходить через диэлектрик, постепенно разряжая конденсатор с течением времени
• Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) : Импеданс конденсатора на высоких частотах
• Рабочая температура : Диапазон температур, при котором конденсатор должен работать номинально
• Температурный коэффициент : Изменение способности конденсатора удерживать заряд в заданном диапазоне температур
• Объемный КПД : Хотя этот коэффициент не всегда рассматривается или явно указывается, он указывает, какую емкость демонстрирует компонент для определенного объема

Чтобы узнать, как конденсаторы отображают эти значения, ознакомьтесь с этим руководством по маркировке кода конденсатора .

Фундаментальный пассивный компонент

Наряду с резисторами и катушками индуктивности конденсаторы действуют как один из основных пассивных компонентов, образующих цепи, которые мы используем каждый день. Хотя концепция двух противоположных зарядов на пластинах проста, их применение, а также большое разнообразие доступных технологий производства и форм-факторов — нет. Хорошая новость заключается в том, что какой бы ни была проблема с хранением заряда, вероятно, есть конденсатор, который идеально подойдет для вашего приложения.

Конденсаторы — ScienceAid

Конденсаторы

состоят из двух клеммных электрических компонентов и являются одними из наиболее важных компонентов, используемых в электричестве. Как следует из названия, конденсаторы накапливают энергию в виде электрического заряда, создающего разность потенциалов (статическое напряжение) на своих пластинах ^[1] .

Строительство

Самый простой конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин, установленных лицом к лицу и разделенных воздухом или другим изоляционным материалом.Эта среда между двумя пластинами называется диэлектриком.

Зарядка конденсатора

Конденсатор обычно заряжается путем подключения его пластин к противоположным клеммам батареи. Таким образом, некоторые электроны передаются через батарею от положительной пластины к отрицательной. Заряды «+ Q» и «-Q» появляются на пластинах. Взаимное притяжение между зарядами удерживает их связанными на внутренней поверхности двух пластин, и, таким образом, заряд остается в конденсаторе, даже если аккумулятор удален.Чем больше напряжение батареи, тем больше заряд конденсатора.

 Q ∝ V
Q = кВ
Q = CV
Где «C» - постоянная величина, зависящая от геометрии конденсатора. Это известно как емкость
конденсатор.
 

Емкость

Заряд, накопленный на единицу разности потенциалов между пластинами, называется ее емкостью или емкостью. Обозначается буквой «С».

 Как Q = CV
C = Q / V
Если V = 1 вольт, то C = Q
Емкость "C" зависит от:
 а. Площадь тарелок
 б.Расстояние между пластинами
 c. Среда между пластинами.
 

Обратите внимание, что емкость всегда положительная величина. Единица измерения емкости в системе СИ — «Фарад» по имени ученого Майкла Фарадея.

Фарад

Емкость конденсатора считается равной одной фараде, если заряд в один кулон, передаваемый на одну из пластин, создает между ними разность потенциалов в один вольт. Фарад — очень большая единица. Единицы измерения — микрофарады (10 ^-6 фарад) и пикофарады (10 ^-12 фарад).

Комбинация конденсаторов

Два или более конденсатора часто соединяются в цепи несколькими способами. Эти конденсаторы можно объединять последовательно или параллельно.

1. 1

   Комбинация конденсаторов серии
   . Когда конденсаторы соединены последовательно: заряд остается неразделенным, а напряжение или разность потенциалов (P.D) делятся на части, как показано на рисунке.
   1. Рассмотрим два конденсатора.Скажем, «C ₁ » и «C ₂ » подключены к батарее с напряжением «V».

    пусть «V  1 » и «V  2 » будет разностью потенциалов на каждом конденсаторе.
   Итак, V = V  1  + V  2 
   Или Q / C = Q / C  1  + Q / C  2 
   Таким образом, 1 / C = 1 / C  1  + 1 / C  2 
   или 1 / C = C  1  + C  2  / C  1  C  2 
   С = С  1  С  2  / С  1  + С  2 
   Где 'C' - эквивалентная емкость комбинации
   1 / C = 1 / C  1  + 1 / C  2  + 1 / C  3  + …….+ 1 / C  n  

• Существует только один путь для потока заряда в последовательной комбинации.
• Сумма отдельных напряжений равна общему напряжению источника.
• Обратное значение эквивалентной емкости равно сумме обратных величин отдельных конденсаторов.
• Параллельная комбинация конденсаторов. Когда конденсаторы подключены таким образом, что разность потенциалов остается неразделенной, а заряд делится на части, «P» называется параллельной комбинацией (см. Рисунок).

Рассмотрим два конденсатора

 "C  1 " и "C  2 "
пусть максимальный заряд на двух конденсаторах будет представлен как
«Q  1 » и «Q  2 »
потом
Q = Q  1  + Q  2  ----------- (1)
Поскольку Q = CV> Q  1  = C  1  V & Q  2  = C  2  V
Итак, уравнение (1)> CV = C  1  V + C  2  V
> С = С  1  + С  2  ------------ (2)
Где «C» - эквивалентная емкость, а C  1 , C  2  - отдельные конденсаторы.Сейчас если
есть n- количество конденсаторов, тогда
C  экв  = C  1  + C  2  + C  3  + C  4  ………. + C  n  

• Существуют различные пути прохождения зарядов.
• Разность потенциалов на каждом конденсаторе одинакова, то есть

 V = V  1  = V  2  = V  3  = ……
 

• Эквивалентная емкость равна сумме отдельных конденсаторов. т.е. C _экв =

 C  1  + C  2  + C  3  + ……….. + C  n  

Конденсаторы бывают разных типов, размеров и форм. Обычно конденсаторы бывают следующих двух типов.

1. 1

   Конденсатор, части или компоненты которого неподвижны, называется конденсатором постоянной емкости. Например, бумажные конденсаторы, слюдяные конденсаторы и т. Д.
   1. Бумажные конденсаторы состоят из двух алюминиевых фольг, между которыми в качестве диэлектрика используется смазанная бумага или пластиковый лист. Затем они скатываются в цилиндрическую форму.

2. 2

   Конденсатор, емкость которого можно изменить, изменив площадь пластин или изменив расстояние между пластинами, известен как конденсатор переменной емкости.
   1. Обычно это комбинация множества конденсаторов, а в качестве диэлектрика используется воздух. Переменные конденсаторы обычно используются в схемах радионастройки. Меняя емкость, настраиваются разные радиостанции.

Если вам нужно ссылаться на эту статью в своей работе, вы можете скопировать и вставить следующее в зависимости от необходимого формата:

APA (Американская психологическая ассоциация)
Конденсаторы.(2017). В ScienceAid . Получено 27 августа 2021 г. с https://scienceaid.net/Capacitors

.

MLA (Ассоциация современного языка) «Конденсаторы». ScienceAid , scienceaid.net/Capacitors По состоянию на 27 августа 2021 г.

Чикаго / Турабиан ScienceAid.net. «Конденсаторы». По состоянию на 27 августа 2021 г. https://scienceaid.net/Capacitors.

Комментарии

1. ↑ http://www.electronics-tutorials.ws/capacitor/cap_1.html

Что такое емкость, серия конденсаторов и параллельное соединение

Емкость:

Измеренное значение конденсатора называется емкостью. Точное определение заключается в измерении способности конденсатора накапливать электрический заряд. Это то же самое, что и значение резистора как сопротивление, значение индуктора как индуктивность и значение конденсатора как емкость.

Емкость математически выражается как

.

[wp_ad_camp_1]
Кроме того, он определяется как отношение заряда, накопленного конденсатором, к напряжению V на том же конденсаторе.

Примечание. Когда напряжение на конденсаторе или напряжение конденсатора достигает или равно напряжению источника, это означает, что конденсатор не заряжается. Нет зарядов.

Единица измерения емкости — Фарад (Ф). В честь сэра Михала Фарадея (изобретателя самого популярного электрического закона электромагнитной индукции) конденсатор назван в Фараде. На самом деле, один фарад — очень большая единица измерения, что означает, что размер конденсатора намного больше, и большинство конденсаторов рассчитаны на микрофарады (мкФ = 1 x 10 ^-6 ), микрофарады (пФ) или пикофарады (пФ) 1. пФ = 1 х 10-12Ф

Если Q = 1 кулон и V = 1 вольт, то емкость составляет 1Ф.То есть мы можем сказать, что 1 фарад равен 1 кулону на 1 вольт.

Определение одного фарада:

Один Фарад определяется как емкость конденсатора, между пластинами которого возникает разность потенциалов в 1 вольт, когда он заряжается 1 кулоном электричества.

Как рассчитать значение емкости для конденсатора с двумя параллельными пластинами:

Рассмотрим конденсатор с параллельными пластинами, в котором верхняя и нижняя пластины разделены на некоторое расстояние d метров.Между двумя пластинами существует разность потенциалов в вольт, поэтому работа, необходимая для передачи кулоновского заряда от одной пластины к другой, составляет в джоулей; поскольку работа является произведением силы и расстояния d, сила, испытываемая зарядом, равна напряженности электрического поля E и определяется выражением ..

Плотность электрического потока D определяется как

.

Связь между плотностью электрического потока и электрическим полем в зажимах определяется формулой

.

Конденсатор с параллельными пластинами

Здесь относительная проницаемость материала зависит от типа диэлектрического материала, используемого для изготовления конденсатора.

Энергия, запасенная в конденсаторе:

Конденсатор накапливает энергию в виде электрического поля. Должна быть проделана работа по переносу заряда с одной пластины на другую. Пусть разность потенциалов между пластинами равна V, а заряд конденсатора равен q. Тогда работа, выполненная при перемещении кулонов заряда с одной пластины на другую, равна V. Если dq — дополнительный заряд, перенесенный на пластину, то выполненная работа равна

.

Последовательное соединение конденсаторов:

Если вы соедините последовательно четыре конденсатора C1, C2, C3 и C4… результирующее значение емкости будет

Обратное значение эквивалентной емкости равно сумме всех обратных величин индивидуального значения емкости.Это противоположно индуктивности и сопротивлению в последовательном соединении.

Ключевые точки:

При последовательном подключении конденсаторов результирующее значение емкости будет меньше предыдущего. Если вы хотите уменьшить общую емкость, вы можете добавить конденсатор последовательно с существующим.

Конденсатор при параллельном включении

[wp_ad_camp_1]
Если вы подключите четыре конденсатора C1, C2, C3 и C4 параллельно…, результирующее значение емкости будет..

Результирующая емкость равна сумме индивидуальных значений емкости.

Ключевые точки:

Напротив индуктивности и сопротивления последовательно соединены.

Чтобы увеличить значение емкости цепи, необходимо добавить конденсатор параллельно существующей цепи.

Цепи конденсаторов серии

и параллельные

Разница между Кулоном и Фарадом

Раньше переходя к последовательным и параллельным цепям конденсаторов, сначала посмотрите на разница между кулоном и фарадом, потому что многие люди запутаться в определении разницы между кулоном и Фарад.

Электрический заряд измеряется в кулонах. Один кулон (1С) равен равно количеству заряда, передаваемого за одну секунду Текущий одного Ампера (1А).

Емкость является способность тела или устройства накапливать электрический заряд. Емкость измеряется в фарадах (Ф). Устройство с большим Емкость (96F) сохранит большой заряд.Точно так же устройство с малой емкостью (1F) будет хранить небольшая сумма заряда.

серии конденсаторная схема

А последовательный конденсатор схема — это электронная схема, в которой все конденсаторы подключаются друг за другом по одному и тому же пути, поэтому что к каждому конденсатору протекает одинаковый заряд или ток.

общая емкость цепи последовательного конденсатора получается как сложение обратных величин (1 / C) значений емкости отдельных конденсаторов, а затем взяв обратную величину Общая.

Для Например, если три конденсатора соединены последовательно. Тогда общая емкость цепи

Все ток или заряд, протекающий через первый конденсатор, другого пути нет.Следовательно, он также должен проходить через второй конденсатор, третий конденсатор, четвертый конденсатор и т. д. на.

Пример:

А Схема последовательного конденсатора показана на рисунке ниже. В схема состоит из трех конденсаторов, которые включены в последовательный и источник постоянного напряжения.

емкости из трех конденсаторов: C ₁ = 2F, C ₂ = 4F, C ₃ = 6F и напряжение постоянного тока = 10 В.

как как показано на рисунке, положительный полюс батареи постоянного тока подключается к правой боковой пластине конденсатора С ₃ отрицательная клемма батареи постоянного тока подключена к левая боковая пластина конденсатора С ₁ .

Когда а напряжение приложено к цепи, отрицательные заряды в правой боковой пластине конденсатора С ₃ находятся притянул к плюсовой клемме аккума.Это вызывает Недостаток отрицательных зарядов в правой боковой пластине C ₃ . В итоге правая боковая пластина конденсатора С ₃ заряжен положительно.

Аналогично, в положительные заряды в левой боковой пластине конденсатора С ₁ притягиваются к отрицательной клемме аккумулятора. Этот вызывает нехватку положительных зарядов в левой боковой пластине из C ₁ .В результате левая боковая пластина конденсатор С ₁ заряжен отрицательно.

отрицательные заряды в левой боковой пластине конденсатора С ₁ отталкивать отрицательные заряды в правой боковой пластине конденсатор С ₁ . Это вызывает отрицательные заряды. сток с правой боковой пластины конденсатора С ₁ к левой боковой пластине конденсатора С ₂ .Как В результате правая боковая пластина конденсатора С ₁ оказывается положительно заряжена и левая боковая пластина конденсатора С ₂ заряжен отрицательно.

отрицательные заряды в левой боковой пластине конденсатора С ₂ отталкивать отрицательные заряды в правой боковой пластине конденсатор С ₂ .Это вызывает отрицательные заряды. сток с правой боковой пластины конденсатора С ₂ к левой боковой пластине конденсатора С ₃ . Как В результате правая боковая пластина конденсатора С ₂ оказывается положительно заряжена и левая боковая пластина конденсатора С ₃ заряжен отрицательно.

Таким образом, все три конденсатора заряжаются.

ср знайте, что ток означает поток заряда. С того же ток течет через все три конденсатора, поэтому каждый конденсатор будет держать такой же заряд. Это означает, что если один конденсатор держит заряд 2C, тогда остальные конденсаторы тоже держит такой же заряд 2С.

Так если вы обнаружите заряд на одном из конденсаторов, у вас нашел заряд на всех оставшихся конденсаторах.

В чтобы найти заряд на каждом конденсаторе, сначала нам нужно найти общую емкость или эквивалентную емкость.

общая емкость эквивалентного конденсатора

Автор используя формулу C = Q / V, легко найти заряд хранится на эквивалентном конденсаторе.

Начисление на каждого физ. конденсаторы, подключенные последовательно, такие же, как заряд на эквиваленте конденсатор.

Итак, так как заряд на эквивалент конденсатор был 10,91 кулонов, заряд на каждой из отдельные конденсаторы, включенные последовательно, будут иметь 10,91 кулонов.

Следовательно,

Плата за C ₁ = 10.91 C

Заряд на C ₂ = 10.91 C

Заряд на C ₃ = 10.91 C

Однако в цепи последовательного конденсатора напряжение на каждом индивидуальный конденсатор разный.

ср легко найти напряжение на каждом отдельном конденсаторе по формуле C = Q / V

емкость и заряд на каждом отдельном конденсаторе известны. Итак, мы нужно найти неизвестное напряжение.

В = Q / C

напряжение на конденсаторе (C ₁ ) составляет V ₁ = Q / C ₁ = 10,91 / 2 = 5,455 В

напряжение на конденсаторе (C ₂ ) составляет V ₂ = Q / C ₂ = 10,91 / 4 = 2,727 В

напряжение на конденсаторе (C ₃ ) составляет V ₃ = Q / С ₃ = 10.91/6 = 1,818 В

полное напряжение в цепи последовательного конденсатора равно сумма всех отдельных напряжений, сложенных вместе.

Т.е. V = V ₁ + V ₂ + V ₃ = 5,455 + 2,727 + 1,818 = 10 В

Параллельный конденсаторная схема

А параллельная конденсаторная схема — это электронная схема, в которой все конденсаторы подключены бок о бок в разных пути, чтобы тот же заряд или ток не проходили через каждый конденсатор.

Когда на параллельную цепь подается напряжение, каждый конденсатор получит другой заряд. Конденсатор с высоким емкость получит больший заряд, тогда как конденсатор с чем меньше емкость, тем меньше будет заряда. Например, восьмерка Фарадный конденсатор (8F) получит больше заряда, чем четыре фарада конденсатор (4Ф) попадает.

Путь конденсаторы параллельно будет увеличиваться размер пластин конденсатора без увеличения расстояния между ними. Итак, общая емкость параллельной конденсаторной цепи получается просто суммируя значения емкости отдельных конденсаторы.

Пример:

А Схема параллельного конденсатора показана на рисунке ниже.В схема состоит из трех конденсаторов, которые включены в параллельный и источник постоянного напряжения.

Если Значения трех конденсаторов: C ₁ = 8F, C ₂ = 4F, C ₃ = 2F и батарея постоянного тока = 10 В, тогда

общая емкость составляет C _T = C ₁ + C ₂ + C ₃ = 8 + 4 + 2 = 14F

В Принципиальная схема, нижние обкладки трех конденсаторов напрямую подключены к положительной клемме аккумулятора а верхние обкладки трех конденсаторов непосредственно подключен к отрицательной клемме аккумуляторной батареи.Следовательно, напряжение на всех трех конденсаторах одинаковое, что равно напряжению АКБ постоянного тока (10 В).

Однако в параллельной цепи конденсаторов заряд сохраняется на каждом конденсатор будет другим.

Автор используя формулу емкости, легко найти заряд хранится на каждом конденсаторе.

И.е. C = Q / V

Q = C × V

заряд, накопленный на конденсаторе (C ₁ ), составляет Q ₁ = С ₁ × V = 8 × 10 = 80 С

заряд, накопленный на конденсаторе (C ₂ ), составляет Q ₂ = С ₂ × V = 4 × 10 = 40 С

Заряд, накопленный на конденсаторе (C ₃ ), составляет Q ₃ = C ₃ × V = 2 × 10 = 20 С

Общий заряд, хранящийся в параллельном конденсаторная цепь равна сумме всех отдельных заряды конденсатора складываются.