Какво е капацитет в електротехниката

Електрическият капацитет характеризира свойството на проводящите тела да се зареждат под въздействието на електрическо поле, а също и да натрупват електрическа енергия в полето на тези тела.

Аналогия на електрическия капацитет в областта на хидростатиката може да бъде специфичният капацитет на съда на единица височина, който е числено равен на площта на хоризонталната секция на съда.

Представете си високо казанче. Количеството течност (количеството електричество върху тялото), което може да се съхранява в резервоара, зависи от височината на пълненето му (потенциал на тялото), както и от обема течност на единица височина на резервоара (капацитет на тялото) . Този обем течност от своя страна зависи от площта на хоризонталната част на резервоара — от неговия диаметър.

Колкото по -голям е този диаметър и следователно обемът на единица височина, толкова по -голям е специфичният капацитет по височината на резервоара (електрическият капацитет между двете плочи е пропорционален на площта на плочите, вижте — Какво определя капацитета на кондензатора). Съответно, това зависи от стойността на обема течност на единица височина и работата, която трябва да се изразходва за пълнене на резервоара.

Да предположим, че в космоса има две медни топки със същия размер (червена и синя), разположени на определено разстояние една от друга. Вземете батерия с напрежение 9 волта и я свържете с противоположни полюси към тези две топки, така че «+» да е свързано към едната топка (към синята), а «-» към другата (към червената). Между топките ще се появи електрическа потенциална разлика, равна на напрежението на батерията V = 9 волта.

Електрическите състояния на тези две медни топки веднага станаха различни, отколкото преди свързването на батерията, тъй като сега върху топките има противоположни електрически заряди, които взаимодействат, изпитвайки силата на привличане един към друг.

Можем да кажем, че батерията е прехвърлила положителен заряд + q от лявата топка към дясната и следователно потенциалната разлика между топките стана V = 9 волта. Сега лявата топка е отрицателно заредена -q.

Ако добавим още една батерия от същия тип към веригата последователно, тогава потенциалната разлика между топките ще стане два пъти по -голяма, напрежението между тях вече няма да бъде 9 волта, а 18 волта, а зарядът се измества от топката към топката също ще се удвои (ще стане 2q), както и напрежение. Но каква е величината на този заряд q, който всеки път се движи, когато напрежението се повиши с 9 волта?

Очевидно величината на този заряд е пропорционална на потенциалната разлика, създадена между топките. Но в какво точно числово съотношение са зарядът и потенциалната разлика? Тук ще трябва да въведем такава характеристика на проводника като електрическия капацитет C.

Капацитетът е мярка за способността на проводник да съхранява електрически заряд. Също така е важно да се разбере, че когато първият проводник е зареден, силата на електрическото поле около него се увеличава. Съответно, ефектът на първия зареден проводник върху втория зареден проводник ще се увеличи, особено ако те започнат да се приближават по -близо един до друг.

Силата на взаимодействие между заредените проводници става по -голяма, ако разстоянието между тях стане по -малко. Освен това, в зависимост от параметрите на средата между проводниците, силата на тяхното взаимодействие също може да бъде различна.

Така че, ако има вакуум между проводниците, тогава силата на привличане на техните заряди ще бъде една, но ако найлон се постави между проводниците вместо вакуум, тогава силата на електростатичното взаимодействие ще се утрои, тъй като найлонът преминава електрически поле през себе си 3 пъти по -добро от въздуха и всъщност поради електрическото поле, заредените проводници взаимодействат помежду си.

Ако заредените проводници започнат да се разпространяват един от друг в различни посоки, тогава те ще взаимодействат по -слабо, потенциалната разлика ще бъде по -голяма при същите заряди, тоест капацитетът на такава система ще намалее с разделянето на проводниците. Работата се основава на идеята за електрически капацитет кондензатори.

Кондензатори

Свойството на заредените проводници да взаимодействат електростатично един с друг чрез електрическите полета един на друг, разделени от диелектрик, се използва в кондензаторите.

Конструктивно кондензаторите са две плочи, наречени плочи. Плочите са разделени с диелектрик. За да се получи възможно най -голям капацитет, е необходимо плочите да имат голяма повърхност и разстоянието между тях да е минимално.

Кондензаторите в електротехниката служат като акумулатори на електрическа енергия в електрическо поле, което е концентрирано в обема на диелектрик, поставен между плочите на кондензатора, поради което зарядът се натрупва или отстранява (под формата на електрически ток).

Две плочи са поставени на малко разстояние една от друга вътре в запечатан корпус. Керамични, полипропиленови, електролитни, танталови и др. — кондензаторите се различават по вида на диелектрика между плочите.

Кондензаторите са високо напрежение и ниско напрежение, в зависимост от диелектричната якост.

В зависимост от площта на плочите и диелектричната константа на използвания диелектрик има кондензатори с голям капацитет, достигащи стотици фарада (суперкондензатори), и малък капацитет — единици от пикофаради.

Използването на електрически капацитет в електротехниката

Свойството на системи с капацитет се използва широко в електротехниката в технологиите на променлив ток, особено в областта на високите и свръхвисоките честоти.

В технологията на постоянни токове, капацитетът се използва в устройства за намагнетяване на постоянни магнити, за импулсно електрическо заваряване, импулсни тестове за разрушаване на диелектрици, изглаждане на кривата на тока в токоизправители и др.

Капацитетът на всяка система от изолирани проводящи тела, който не може да бъде напълно намален до нула, в някои случаи може да има нежелан ефект върху характеристиките на електрическите устройства (под формата на смущения, капацитивни течове и т.н.).

Можете да се отървете от такова влияние или чрез подходящо компенсиране на неговия ефект (обикновено използвайки индуктивност), или чрез създаване на такива условия, при които потенциалите на определени тела на системата по отношение на околните обекти имат минимална стойност (например заземяване на едно от телата).