Hvad er kapacitans i elektroteknik
Elektrisk kapacitet karakteriserer ledende legemers egenskab til at lade op under påvirkning af et elektrisk felt og også at akkumulere elektrisk energi i disse legems felt.
En analogi af elektrisk kapacitet inden for hydrostatik kan være den specifikke kapacitet af et fartøj pr. højdeenhed, som er numerisk lig med arealet af fartøjets vandrette sektion.
Forestil dig en høj cisterne. Mængden af væske (mængden af elektricitet på kroppen), der kan opbevares i tanken, afhænger af højden af dens påfyldning (kropspotentiale) samt mængden af væske pr. højdeenhed af tanken (kropskapacitet). Denne mængde væske afhænger til gengæld af arealet af den vandrette del af tanken - på dens diameter.
Jo større denne diameter, og derfor volumen pr. højdeenhed, jo større er den specifikke kapacitans pr. højde af tanken (den elektriske kapacitans mellem de to plader er proportional med pladernes areal, se — Hvad bestemmer kapacitansen af en kondensator?).Det afhænger derfor af værdien af væskevolumenet pr. højdeenhed og det arbejde, der skal bruges på at fylde tanken.
Antag, at der er to kobberkugler af samme størrelse (røde og blå) placeret i en vis afstand fra hinanden i rummet. Tag et 9 volt batteri og tilslut det med modsatte poler til disse to kugler, så «+» er forbundet til den ene kugle (til den blå) og «-» til den anden (til den røde). En elektrisk potentialforskel svarende til batterispændingen V = 9 volt vil fremkomme mellem kuglerne.
De elektriske tilstande af disse to kobberkugler blev straks anderledes end før batteriet blev tilsluttet, for nu er der modsatte elektriske ladninger på kuglerne, der interagerer og oplever tiltrækningskraften mod hinanden.
Vi kan sige at batteriet har overført en positiv ladning + q fra venstre kugle til højre og derfor er potentialforskellen mellem kuglerne blevet V = 9 volt. Nu er den venstre kugle negativt ladet -q.
Hvis vi tilføjer endnu et batteri af samme type til kredsløbet i serie, vil potentialforskellen mellem kuglerne blive dobbelt så stor, spændingen mellem dem vil ikke længere være 9 volt, men 18 volt, og ladningen vil bevæge sig fra bold til bolden vil også fordobles (det bliver 2q) samt spænding. Men hvad er størrelsen af denne ladning q, der bevæger sig hver gang spændingen stiger med 9 volt?
Det er klart, at størrelsen af denne ladning er proportional med den potentielle forskel, der skabes mellem kuglerne. Men i hvilket nøjagtigt numerisk forhold er ladning og potentialforskel? Her bliver vi nødt til at introducere en sådan karakteristik af lederen som den elektriske kapacitet C.
Kapacitans er et mål for en leders evne til at lagre elektrisk ladning. Det er også vigtigt at forstå, at når den første ledning oplades, øges styrken af det elektriske felt omkring den. Følgelig vil effekten af den første ladede ledning på den anden ladede ledning øges, især hvis de begynder at komme tættere på hinanden.
Kraften af vekselvirkning mellem ladede ledninger bliver større, hvis afstanden mellem dem bliver mindre. Derudover, afhængigt af parametrene for mediet mellem ledningerne, kan styrken af deres interaktion også være anderledes.
Så hvis der er et vakuum mellem ledningerne, så vil tiltrækningskraften mellem deres ladninger være én, men hvis nylon placeres mellem ledningerne i stedet for et vakuum, vil kraften af den elektrostatiske vekselvirkning tredobles, fordi nylonen passerer en elektrisk felt gennem sig selv 3 gange bedre end luft og faktisk på grund af det elektriske felt interagerer de ladede ledninger med hinanden.
Hvis de ladede ledninger begynder at sprede sig fra hinanden i forskellige retninger, vil de interagere mindre, den potentielle forskel vil være større for de samme ladninger, det vil sige, at kapaciteten af et sådant system vil falde med adskillelsen af ledningerne. Arbejdet er baseret på ideen om elektrisk kapacitet kondensatorer.
Kondensatorer
Egenskaben ved ladede ledere til at interagere elektrostatisk med hinanden gennem hinandens elektriske felter adskilt af et dielektrikum bruges i kondensatorer.
Strukturelt er kondensatorer to plader kaldet plader. Pladerne er adskilt af et dielektrikum.For at opnå størst mulig kapacitet er det nødvendigt, at pladerne har en stor overflade, og afstanden mellem dem er minimal.
Kondensatorer i elektroteknik tjener som akkumulatorer af elektrisk energi i et elektrisk felt, der er koncentreret i volumen af dielektrikum placeret mellem kondensatorens plader, på grund af hvilken ladningen akkumuleres eller fjernes (i form af en elektrisk strøm).
To plader placeres med kort afstand fra hinanden inde i et forseglet hus. Keramik, polypropylen, elektrolytisk, tantal, osv. — kondensatorer er forskellige i typen af dielektrikum mellem pladerne.
Kondensatorer er højspænding og lavspænding, afhængigt af den dielektriske styrke.
Afhængigt af pladernes areal og dielektricitetskonstanten for det anvendte dielektrikum er der kondensatorer med en stor kapacitet, der når hundredvis af farads (superkondensatorer) og lille kapacitet - enheder af picofarads.
Brugen af elektrisk kapacitet i elektroteknik
Egenskaben ved kapacitive systemer er meget udbredt i elektroteknik i vekselstrømsteknologier, især inden for høje og ultrahøje frekvenser.
I DC-teknologien bruges kapacitans i magnetiseringsanordninger med permanent magnet, til pulseret elektrisk svejsning, pulserende dielektriske nedbrydningstest, strømkurveudjævning i ensrettere mv.
Kapacitansen af ethvert system af isolerede ledende legemer, som ikke kan reduceres fuldstændigt til nul, kan i nogle tilfælde have en uønsket effekt på karakteristika af elektriske enheder (i form af interferens, kapacitiv lækage osv.).
Du kan slippe af med en sådan påvirkning eller ved passende at kompensere dens virkning (normalt ved hjælp af induktans), eller ved at skabe sådanne forhold, hvor potentialerne for visse kroppe i systemet i forhold til omgivende objekter har en minimumsværdi (f.eks. jordforbindelse af en af kropperne).