Що таке ємність конденсатора?

Конденсатор є однією з найважливіших частин будь-який мало-мальськи складної схеми. Найбільшу цінність для нас представляє його ємність. Що це таке? Як вона вимірюється? Які є нюанси? Ці, а також інші питання будуть розглянуті в рамках статті.

Що таке електрична ємність конденсатора?

Це назва характеристики провідника, яка вказує на можливість накопичення електричного заряду. В теорії електричних ланцюгів так називають взаємну ємність, існуючу між двома різними провідниками. Вона визначається як співвідношення розміру заряду до різниці потенціалів між ними.

Вимірювання ємності

Міжнародна система одиниць для позначення використовує фаради, а СГС – сантиметри. Одиночний провідник має ємність, яка дорівнює відношенню заряду до потенціалу. При цьому вважається, що всі інші подібні пристрої знаходяться на нескінченній відстані і що їх потенціал дорівнює нулю.

Що таке конденсатор?

Це двополюсник, що володіє змінним або певним значенням ємності і малою провідністю. Даний пристрій може накопичувати заряд і енергію електричного поля. Конденсатор відноситься до пасивних електронних компонентів. Його примітивна конструкція може мати два електрода, виконаних у формі пластин, які розділені діелектриком. Останній має малу товщину (якщо порівнювати його з обкладками). Але на практиці широке поширення знайшли пристрої, які володіють багатошаровими діелектриками і електродами. Вони можуть бути виконані у вигляді стрічки, де чергуються обидві частини, або згортаються в паралелепіпед, у якого заокруглені чотири ребра, або циліндр.

Ємність

Давайте більш детально розглянемо цей параметр. Нагадаю, що він характеризує можливість накопичення електричного заряду конденсатором. На прилади завжди наносять номінальну ємність. А ось реальна може сильно варіюватися в залежності від багатьох факторів. Даний показник говорить про реальних електричних властивостях. Він може бути розміром у кілька одиниць пікофарад, так і в тисячі микрофарад. Окремий клас конденсаторів (іоністори) можуть похвалитися значеннями взагалі в кілька фарад. Окремої уваги заслуговує кожен тип, але в кінці буде розглянуто тільки плоский як приклад реалізації. Щоб отримати більшу ємність, ніж є у готівки конденсаторах, їх з'єднують паралельно. Напруга між обкладками у них завжди однакова. Щоб отримати ємність батареї, необхідно підсумувати характеристики кожного з конденсаторів. Якщо пристрої, розташовані паралельно, мають ще й однакове відстань між обкладками, і їх діелектрики діють за одним принципом, то вони розглядаються як одне ціле. Для досягнення однакових зарядів необхідно пристрої з'єднувати послідовно. У таких випадках ємність буде завжди менше, ніж у конденсатора з мінімальним значенням. Але і можливість пробою значно зменшується завдяки тому, що на один пристрій припадає лише частина потенціалу джерела напруги. При однаковій площі обкладок всі конденсатори представляються у вигляді одного великого приладу.

Питома ємність

Це співвідношення ємності до маси або об'єму діелектрика. Чим він тонше, тим вище буде показник. Негативною стороною підвищення питомої ємності є те, що зростають ризики пробою.

Щільність енергії

Вона залежить від особливостей конструктивного виконання електролітичного конденсатора. Максимальна щільність буває виключно у великих конденсаторів. Це можливо завдяки тому, що маса корпусу є невеликий порівняно з вагою електроліту і обкладок. Давайте розглянемо конденсатор EPCOS B4345. Він володіє ємністю до 12000 мкФ. Максимально допустима напруга становить 450 У. А загальна маса дорівнює 1 кілограму і 900 грам! При цьому щільність енергії досягає показника в 639 (845) Дж/кг (Дж/л). Де ж можуть знайти собі застосування конденсатори з такими характеристиками? Мати параметри зазначеного розміру потрібно там, де пристрій необхідно використовувати як накопичувач енергії, щоб в подальшому різко її звільнити. Приклад використання – гармата Гауса.

Ємність плоского конденсатора

Як і було обіцяно раніше, зараз розглянемо приклад. Для початку давайте ознайомимося з однією невеликою формулою: ЕПК=ДП*ЕП*П/Р, де

ЕПК – ємність плоского конденсатора.

ДП – діелектрична проникність середовища, що заповнює простір, що знаходиться між пластинами. У вакуумі цей показник дорівнює одиниці.

Р – відстань між пластинами конденсатора.

ЕП – електрична постійна. Чисельно вона дорівнює 8854187817·10 -12 Ф/м (справедливо у випадках, коли Р значно менше лінійного розміру пластин).

П – площа металевої пластини, яка розташована в конденсаторі.

Давайте підведемо підсумок рівняння. З приведеної вище формули можна зробити висновок, що ємність у плоских конденсатором безпосередньо залежить від розміру пристрою, його форми, а також діелектричної проникності. Учтоби створити прилад з більшою характеристикою, необхідно буде зробити дві дії:

зменшити товщину шару діелектрика в пристрої;

збільшити площу пластин, які використовуються в конденсаторі.

Небезпека руйнування

Вибухом електролітичного конденсатора досвідченого практика здивувати складно. В якості причини виходу з ладу найчастіше називають перегрівання пристрою, який відбувається із-за витоку або збільшення еквівалентного послідовного опору. У повсякденному житті часто з таким зустрічаються власники комп'ютерів, у яких конденсатори знаходяться біля джерел підвищеного тепловиділення (у ролі яких часто виступають радіатори охолодження). Щоб уникнути пошкодження інших деталей, а також травматизму, у багатьох моделях є вишібной запобіжний клапан. Також може бути нанесена насічка корпусу. Коли відбувається підвищення внутрішнього тиску, то пробій відбувається, як правило, у позначеному місці. Це з-за того, що вирватися в даній точці енергії значно легше. При цьому зазвичай обходиться без вибуху.

Застосування на практиці

Яку особливість має ємність конденсатора на практиці? Вона необхідна у випадках, коли необхідно викинути значна кількість енергії. У видимому для нас спектрі їх практичне застосування зазвичай є непомітним. Але все ж можна переконається, що все саме так. Прикладом цього є випадки, коли ємність конденсатора використовується в рельсотронах або інших подібних пристроях. Головне в них – вивільнити за частки секунд значні обсяги енергії, які при цьому будуть рухатися у напрямку, вказаному людиною.

Висновок

Ось і закінчено огляд ємності конденсатора – найважливішого параметра даного пристрою. Чим більша ємність конденсатора використовується, тим обережніше потрібно працювати з ним на практиці. Так, старі пристрої, які виготовлялися в герметичних оболонках, при раптовому виході з ладу можуть нанести значні ушкодження людині. Подібні зауваження можна висловити і щодо дешевих конденсаторів, які привозять до нас з Китаю.