Емкость кабеля

Конденсаторы

Конденсатор — это две пластины из проводящего материала, расположенные друг напротив друга, между которым находится слой диэлектрика. В заряженном состоянии обкладки имеют разные потенциалы: одна из них будет положительной, а вторая отрицательной. Электроемкость конденсатора зависит от величины заряда на его обкладках и разности потенциалов, напряжения между ними. Между пластинами возникает электростатическое поле, которое удерживает заряды на обкладках. Формула электрической емкости конденсатора в общем случае:

C=q/U

Если сказать простыми словами, то емкость конденсатора зависит от площади пластин и расстояния между ними, а также относительной диэлектрической проницаемости материала, расположенного между ними. Их различают по используемому диэлектрику:

  • керамические;
  • плёночные;
  • слюдяные;
  • металлобумажные;
  • электролитические;
  • танталовые и пр.

По форме обкладок:

  • плоские;
  • цилиндрические;
  • сферические и пр.

Так как формула площади фигуры зависит от её формы, то и формула ёмкости будет разной для каждого случая.

Для плоского конденсатора:

Для двух концентрических сфер с общим центром:

Для цилиндрического конденсатора:

Как и у других элементов электрической цепи и в этом случае есть два основных способа соединения конденсаторов: параллельное и последовательное.

От этого зависит итоговая электрическая емкость полученной цепи. Расчёты ёмкости нескольких конденсаторов напоминают расчёты сопротивления резисторов в разном включении, только формулы для способов соединения расположены наоборот, то есть:

  1. При параллельном соединении общая электроемкость цепи является суммой емкостей каждого из элементов. Каждый следующий подключенный увеличивает итоговую емкость

Cобщ=C1+C2+C3

  1. При последовательном подключении электроемкость цепи снижается, подобно снижение сопротивления в цепи параллельно включённых резисторов. То есть:

Cобщ=(1/С1)+ (1/С2)+ (1/С3)

Важно! В параллельной схеме соединения напряжения на обкладках каждого элемента одинаковы. Это используют для получения больших значений электроемкости

В последовательном включении двух элементов напряжения на обкладках каждого из конденсаторов составляют по половине общего напряжения. Для трёх – трети и так далее.

Примечания

  1. Шакирзянов Ф. Н. // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 28-29. — 704 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-061-4.
  2. Jackson, J. D. Classical Electrodynamics. — Wiley, 1975. — P. 80.
  3. Binns. Analysis and computation of electric and magnetic field problems / Binns, Lawrenson. — Pergamon Press, 1973. — ISBN 978-0-08-016638-4.
  4. Maxwell, J. C. A Treatise on Electricity and Magnetism. — Dover, 1873. — P. 266 ff. — ISBN 0-486-60637-6.
  5. Jackson, J. D. Classical Electrodynamics. — Wiley, 1975. — P. 128, problem 3.3.
  6. Vainshtein, L. A. (1962). «Static boundary problems for a hollow cylinder of finite length. III Approximate formulas». Zh. Tekh. Fiz. 32: 1165–1173.
  7. , с. 509.

Электрический конденсатор

Устройство, предназначенное для накопления электрических зарядов, называется электрическим конденсатором.

Рисунок 1. Модель простейшего конденсатора

Конденсатор состоит из двух металлических пластин (обкладок), разделенных между собой слоем диэлектрика. Чтобы зарядить конденсатор, нужно его обкладки соединить с полюсами электрической машины. Разноименные заряды, скопившиеся на обкладках конденсатора, связаны между собой электрическим полем. Близко расположенные пластины конденсатора, влияя одна на другую, позволяют получить на обкладках большой электрический заряд при относительно невысокой разности потенциалов между обкладками. Электрическая емкость конденсатора есть отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между его обкладками:

Как показывают измерения, емкость конденсатора увеличится, если увеличить поверхность обкладок или приблизить их одну к другой. На емкость конденсатора оказывает влияние также материал диэлектрика. Чем больше электрическая проницаемость диэлектрика, тем больше емкость конденсатора по сравнению с емкостью того же конденсатора, диэлектриком в котором служит пустота (воздух). Выбирая диэлектрик для конденсатора, нужно стремиться к тому, чтобы диэлектрик обладал большой электрической прочностью (хорошими изолирующими качествами). Плохой диэлектрик приводит к пробою его и разряду конденсатора. Несовершенный диэлектрик повлечет за собой утечку тока через него и постепенный разряд конденсатора.

Длинные линии передачи высокого напряжения можно рассматривать как своеобразные обкладки конденсатора. Емкость провода нужно рассматривать не только относительно другого провода, но также относительно земли, стен помещений и окружающих предметов. Значительной емкостью обладают подводные и подземные кабели ввиду близкого расположения токоведущих жил между собой.

Аккумуляторы и электроемкость

Основными характеристиками аккумуляторных батарей является:

  • Номинальное напряжение.
  • Емкость.
  • Максимальный ток разряда.

В данном случае для определения количественной характеристики времени работы или, говоря простым языком, чтобы рассчитать, на какое время работы прибора хватит аккумулятора, используют величину ёмкости.

READ  Трансформаторы тока. виды и устройство. назначение и работа

В аккумуляторных батареях для описания электрической ёмкости используют следующие размерности:

  • А*ч — ампер-часы для больших аккумуляторов, например автомобильных.
  • мА*ч — милиампер-часы, для аккумуляторов для носимых устройств, например смартфонов, квадрокопетров и электронных сигарет.
  • Вт*часы — ватт-часы.

Эти характеристики позволяют определить, сколько времени работы выдержит аккумулятор при конкретной нагрузке. Для определения электрическую емкость аккумулятора измеряют в кулонах (Кл). В свою очередь кулон равен количеству электричества, переданному аккумулятору при силе тока 1А за 1с. Тогда если перевести в часы, то при токе в 1А за 1 час передается 3600 Кл.

Одним из способов измерения емкости аккумулятора является его разряд заведомо известным током, при этом вы должны замерить время разряда. Допустим, если аккумулятор разрядился до минимального уровня напряжения за 10 часов током в 5А – значит его емкость 50 А*ч

Электроемкость – это важная величина в электронике и электротехнике. На практике конденсаторы применяются практически в каждой схеме электронного устройства. Например, в блоках питания – для сглаживания пульсаций, уменьшения влияния высоковольтных всплесков на силовые ключи. Во времязадающих цепях различных схем, а также в ШИМ-контроллерах для того, чтобы задать рабочую частоту. Аккумуляторы также применяются повсеместно. Вообще задачи накапливания энергии и сдвига фаз встречаются очень часто.

Более подробно изучить вопрос поможет предоставленное видео:

Кратко объяснение изложено в этом видео уроке:

Теперь вы знаете, что такое электрическая емкость, в каких единицах происходит ее измерение и от чего зависит данная величина. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и понятной!

Материалы по теме:

  • Как определить емкость конденсатора
  • Что такое электрический заряд
  • Закон Кулона простыми словами

Электрическая емкость

Электрическая емкость блокировочного конденсатора такова, что через него свободно проходят токи высокой частоты, а токам звуковой частоты он оказывает значительное сопротивление. Телефоны, наоборот, хорошо пропускают токи звуковой частоты и оказывают большое сопротивление токам высокой частоты.

Зависимость удельного объемного сопротивления изоляции от температуры.

Электрическая емкость одножильного кабеля и кабеля с отдельно экранированными жилами — определяется по формуле для цилиндрического конденсатора.

Электрическая емкость нижнего резервуара и связанных с ним элементов относительно земли может быть замерена специальным прибором или рассчитана по времени разряда с помощью сопротивления.

Эквивалентная электрическая схема электродного преобразователя.| Упрощенная эквивалентная, электрическая схема электродного преобразователя.

Электрическая емкость двойного слоя Cgt и СД2 не — зависит от частоты напряжения питания и является функцией концентрации и размера приложенного к электродам потенциала.

Электрическая емкость пары жил высокочастотного кабеля составляет 0 0265 мкф / км при бумажно-кордельной изоляции и 0 0235 мкф / км при стирофлексно-кордельной изоляции.

Электрическую емкость удается теперь минимизировать оптимальным выбором конфигурации разомкнутых краев резонатора, что ведет к увеличению размеров резонатора.

Электрическую емкость измеряют обычно с применением резонансных и мостовых схем. При резонансном методе конденсатор с контролируемой емкостью, включенный параллельно с катушкой индуктивности, образует резонансный контур, настроенный в резонанс с частотой питающего напряжения при определенной начальной емкости преобразователя, которая соответствует наличию или отсутствию контролируемого вещества на заданном уровне. Изменение емкости преобразователя приводит к изменению собственной частоты контура и срыву резонанса. Этот метод используют в большей части емкостных сигнализаторов уровня.

Начальную электрическую емкость изделия при нормальной мпературе определяют при индивидуальном непрерывном разряде i постоянное внешнее сопротивление.

Электрическую емкость аккумуляторных батарей проверяют при 10-часовом режиме разряда.

Зависимость емкости общей измерительной цепи от частоты переменного напряжения ( С0 — емкость при v — — 0.

Электрическую емкость черных пленок измеряют различными методами: по определению времени зарядки ( разрядки) емкости пленки при подаче на нее прямоугольного импульса напряжения , сравнивая падение переменного напряжения на пленке и эталонном конденсаторе , а также с помощью моста переменного тока , Наиболее точные результаты могут быть получены с помощью моста переменного тока с погрешностью до 1 % , кроме того, с его помощью можно одновременно определять и активную составляющую. Основная особенность моста переменного тока для определения электрических параметров пленки состоит в том, что амплитуда переменного напряжения, падающего на ней, не должна превышать 10 — 15 мв. В СССР серийно выпускается мост переменного тока для электрохимических исследований Р-568, который удовлетворяет настоящим требованиям.

READ  Виды взрывозащищенных светильников: принципы и расшифровка маркировки, нюансы выбора

Электрической емкостью обладают практически все элементы электрической цепи. Особенно большой емкостью обладают электрические кабели.

Электрической емкостью обладают практически все эле-генты электрической цепи. Особенно большой емкостью об-адают электрические кабели.

Электрическая ёмкость некоторых систем

Вычисление электрической ёмкости системы требует решение Уравнения Лапласа ∇2φ = 0 с постоянным потенциалом φ на поверхности проводников.
Это тривиально в случаях с высокой симметрией. Нет никакого решения в терминах элементарных функций в более сложных случаях.

В квазидвумерных случаях аналитические функции отображают одну ситуацию на другую, электрическая ёмкость не изменяется при таких отображениях. См. также Отображение Шварца — Кристоффеля.

Электрическая ёмкость простых систем (СГС)
Вид Ёмкость Комментарий
Плоский конденсатор εS4πd{\displaystyle {\frac {\varepsilon S}{4\pi d}}} S: Площадьd: Расстояние
Коаксиальный кабель εl2ln⁡(R2R1){\displaystyle {\frac {\varepsilon l}{2\ln \left(R_{2}/R_{1}\right)}}} l: ДлинаR1: РадиусR2: Радиус
Две параллельные проволоки εl4arcosh⁡(d2a)=εl4ln⁡(d2a+d24a2−1){\displaystyle {\frac {\varepsilon l}{4\operatorname {arcosh} \left({\frac {d}{2a}}\right)}}={\frac {\varepsilon l}{4\ln \left({\frac {d}{2a}}+{\sqrt {{\frac {d^{2}}{4a^{2}}}-1}}\right)}}} a: Радиусd: Расстояние, d > 2a
Проволока параллельна стене εl2arcosh⁡(da)=εl2ln⁡(da+d2a2−1){\displaystyle {\frac {\varepsilon l}{2\operatorname {arcosh} \left({\frac {d}{a}}\right)}}={\frac {\varepsilon l}{2\ln \left({\frac {d}{a}}+{\sqrt {{\frac {d^{2}}{a^{2}}}-1}}\right)}}} a: Радиус d: Расстояние, d > a l: Длина
Две параллельныекомпланарные полосы εlK(1−k2)4πK(k){\displaystyle \varepsilon l{\frac {K\left({\sqrt {1-k^{2}}}\right)}{4\pi K\left(k\right)}}} d: Расстояниеw1, w2: Ширина полосkm: d/(2wm+d)

k2: k1k2K: Эллиптический интегралl: Длина

Два концентрических шара ε1R1−1R2{\displaystyle {\frac {\varepsilon }{{\frac {1}{R_{1}}}-{\frac {1}{R_{2}}}}}} R1: РадиусR2: Радиус
Два шара,тот же самый радиус εa2∑n=1∞sinh⁡(ln⁡(D+D2−1))sinh⁡(nln⁡(D+D2−1)){\displaystyle {\frac {\varepsilon a}{2}}\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {\sinh \left(\ln \left(D+{\sqrt {D^{2}-1}}\right)\right)}{\sinh \left(n\ln \left(D+{\sqrt {D^{2}-1}}\right)\right)}}}εa2{1+12D+14D2+18D3+18D4+332D5+O(1D6)}{\displaystyle {\frac {\varepsilon a}{2}}\left\{1+{\frac {1}{2D}}+{\frac {1}{4D^{2}}}+{\frac {1}{8D^{3}}}+{\frac {1}{8D^{4}}}+{\frac {3}{32D^{5}}}+O\left({\frac {1}{D^{6}}}\right)\right\}}=εa2{ln⁡2+γ−12ln⁡(da−2)+O(da−2)}{\displaystyle ={\frac {\varepsilon a}{2}}\left\{\ln 2+\gamma -{\frac {1}{2}}\ln \left({\frac {d}{a}}-2\right)+O\left({\frac {d}{a}}-2\right)\right\}} a: Радиусd: Расстояние, d > 2aD = d/2aγ: Постоянная Эйлера
Шар вблизи стены εa∑n=1∞sinh⁡(ln⁡(D+D2−1))sinh⁡(nln⁡(D+D2−1)){\displaystyle \varepsilon a\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {\sinh \left(\ln \left(D+{\sqrt {D^{2}-1}}\right)\right)}{\sinh \left(n\ln \left(D+{\sqrt {D^{2}-1}}\right)\right)}}} a: Радиусd: Расстояние, d > aD = d/a
Шар εa{\displaystyle \varepsilon a} a: Радиус
Круглый диск 2εaπ{\displaystyle {\frac {2\varepsilon a}{\pi }}} a: Радиус
Тонкая прямая проволока,ограниченная длина εl2Λ{1+1Λ(1−ln⁡2)+1Λ21+(1−ln⁡2)2−π212+O(1Λ3)}{\displaystyle {\frac {\varepsilon l}{2\Lambda }}\left\{1+{\frac {1}{\Lambda }}\left(1-\ln 2\right)+{\frac {1}{\Lambda ^{2}}}\left+O\left({\frac {1}{\Lambda ^{3}}}\right)\right\}} a: Радиус проволокиl: ДлинаΛ: ln(l/a)

Метки

  • алгоритм расчет цепей при несинусоидальных периодических воздействиях
  • алгоритм расчета цепей периодического несинусоидального тока
  • баланс мощностей
  • ВАХ нелинейного элемента
  • Векторная диаграмма
  • ветви связи
  • взаимная индуктивность
  • взаимная проводимость
  • вольт-амперная характеристика нелинейного элемента
  • второй закон Кирхгофа
  • второй закон Кирхгофа для магнитных цепей
  • входная проводимость
  • гармоники напряжения
  • гармоники тока
  • Генератор напряжения
  • генератор тока
  • главные контуры
  • графический метод расчета нелинейных электрических цепей
  • динамическое сопротивление
  • дифференциальное сопротивление
  • емкость двухпроводной линии
  • емкость коаксиального кабеля
  • емкость конденсатора
  • емкость однопроводной линии
  • емкость плоского конденсатора
  • емкость цилиндрического конденсатора
  • закон Ампера
  • закон Био Савара Лапласа
  • закон Ома
  • закон полного тока
  • закон электромагнитной индукции
  • Законы Кирхгофа
  • индуктивность
  • индуктивность двухпроводной линии
  • индуктивность однопроводной линии
  • индуктивность соленоида
  • катушка со сталью
  • Конденсатор в цепи постоянного тока
  • контурные токи
  • коэффициент амплитуды
  • коэффициент гармоник
  • коэффициент искажения
  • коэффициент магнитной связи
  • коэффициент мощности трансформатора
  • коэффициент трансформации
  • коэффициент формы
  • кусочно-линейная аппроксимация
  • магнитная постоянная
  • магнитная цепь
  • магнитный поток рассеяния
  • метод активного двухполюсника
  • метод двух узлов
  • метод контурных токов
  • метод наложения
  • метод узловых напряжений
  • метод узловых потенциалов
  • метод эквивалентного генератора
  • метод эквивалентного источника ЭДС
  • Метод эквивалентных преобразований
  • методы расчета магнитных цепей
  • независимые контуры
  • нелинейный элемент
  • несинусоидальный периодический ток
  • обобщенный закон Ома
  • опорный узел
  • основной магнитный поток
  • параллельное соединение конденсаторов
  • первый закон Кирхгофа
  • первый закон Кирхгофа для магнитных цепей
  • последовательное соединение конденсаторов
  • последовательный колебательный контур
  • постоянная составляющая тока
  • потери в меди
  • потери в стали
  • приведенный трансформатор
  • Примеры расчета схем при несинусоидальных периодических воздействиях
  • принцип взаимности
  • принцип компенсации
  • расчет гармоник тока
  • расчет магнитной цепи
  • расчет нелинейных цепей постоянного тока
  • расчет цепей несинусоидального тока
  • Расчет цепи конденсаторов
  • расчет цепи с несинусоидальными периодическими источниками
  • Резонанс в электрической цепи
  • решение задач магнитные цепи
  • сила Ампера
  • сила Лоренца
  • Символический метод
  • собственная проводимость
  • статическое сопротивление
  • сферический конденсатор
  • теорема об эквивалентном источнике
  • теорема Тевенена
  • топографическая диаграмма
  • Трансформаторы
  • трехфазная система
  • удельная энергия магнитного поля
  • уравнения трансформатора
  • Цепи с конденсаторами
  • частичные токи
  • чередование фаз
  • ЭДС самоиндукции
  • эквивалентная схема трансформатора
  • электрическая постоянная
  • электроемкость
  • энергия магнитного поля

Определение

Для проводников электрической ёмкостью называется величина, которая характеризует способность тела накапливать электрический заряд. Это и есть её физический смысл. Обозначается латинской буквой C. Она равна отношению заряда к потенциалу, если это записать в виде формулы, то получается следующее:

READ  Гост 31946-2012 провода самонесущие изолированные и защищенные для воздушных линий электропередачи. общие технические условия (с изменением n 1)

C=q/Ф

Электроемкость любого предмета зависит от его формы и геометрических размеров. Если рассмотреть проводник в форме шара, в качестве примера, то формула для расчета её величины будет иметь вид:

Эта формула справедлива для уединенного проводника. Если расположить рядом два проводника и разделить их диэлектриком, тогда получится конденсатор. Об этом немного позже, сейчас давайте разберемся, в чем измеряется электроемкость.

Единица измерения электрической ёмкости — фарад. Если разложить её на составляющие согласно формуле то:

1 фарад =1 Кл/1 В

Исторически сложилось так, что размерность этой единицы выбрана не совсем верно. Дело в том, что на практике приходится работать с величинами электроемкости: мили-, микро-, нано- и пикофарад. Что равняется долям фарада, а именно:

1 мФ = 10^(-3) Ф

1 мкФ = 10^(-6) Ф

1 нФ = 10^(-9) Ф

1 пФ = 10^(-12) Ф

Текст

Эй 152026 Класс б 01 г; 21 е, 29 СССР НИЕ ИЗОБРЕТЕНИ РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ К А писная группа95 штейн н И кий, И, М, Белоцерковск А. Г. Рубинштейн Я ИЗМЕРЕНИЯ ЕМКО КАБЕЛЯ;УСТРОЙСТВО Д 60961/24-7Совете Министров СССР23 за 1962 г. явлено 16 января 1962 г, за7ам изобретений и открытий приовано в Бюллетене изобретений 3 в Комитет по де ОпубликОдин из известных способов измерения емкости электрического кабеля заключается в периодическом переключении кабеля с цепи заряда от источника постоянного тока в цепь разряда, содержащую электрический измерительный прибор.Недостатком этого способа является использование ручного переключателя, что не обеспечивает достаточную точность измерения.Особенностью устройства для измерения емкости кабеля по этому известному способу является применение в нем непрерывно работающего релейного коммутатора или вибропреобразователя, осуществляющего переключение кабеля с цепи заряда в цепь разряда и обратно. Этим обеспечивается повышение точности измерений при наличии даже весьма значительных утечек в измеряемом кабеле, так как за быстрое время срабатывания измеряемая емкость кабеля не успевает заметно переключиться через шунтирующее сопротивление утечки.Кроме того, введение автоматической коммутации позволяет применить в качестве показывающего прибора обычный магнитоэлектрический гальванометр и получить при этом статическое показание, что делает процесс измерений более простым и удобным.На чертеже, изображающем принципиальную электрическую схему предлагаемого устройства, приняты следующие обозначения: Р, — релейный коммутатор, питаемый прямоугольными импульсами, следующими с частотой 1=10 — 30 га; П, — переключатель пределов измерения; Пз в установочн переключатель; Р, в зарядн сопротивление; Язв разрядное сопротивление; С в измеряем емкость кабеля; С, в образцовый конденсатор; Р в сопротивлен изоляции кабеля; У в источн питания; П — показывающий измерительный прибор магнитоэлектрической системы.152026Через релейный коммутатор Р, емкость периодически заряжается. до напряжения У и разряжается на прибор П. При выполнении усло 1 1вий й,С( — и Я,С — , т. е. при достаточно малых зарядном и разх хфрядном сопротивлениях, прибор интегрирует действующие на него разрядные импульсы и среднее значение тока, соответствующее статическому отклонению указателя, и выражается простой линейной зависимостью:=С,Кгде А — коэффициент, зависящий от степени шунтирования прибора.Порядок измерений следующий. Переключатель П, устанавливается в положение, соответствующее выбранному пределу измерения. Переключатель П, устанавливается в положение 1 и производится калибровка прибора (установка указателя на верхнем пределе шкалы) путем плавного изменения напряжения питания, частоты коммутации или степени шунтирования прибора (соответствующие элементы регулировки).После этого переключатель П, устанавливается в положение 2, и по шкале прибора производится отсчет.Как показывают проведенные эксперименты, практически с приемлемой погрешностью +(1 — 2%) удается измерять достаточно малые участки кабеля (емкостью 10 9 — 10 8 ф) с ухудшенной изоляцией Уменьшение погрешности достигается за счет уменьшения времени заряда и разряда, а также времени переброса коммутирующих контактов.Предмет изобретенияУстройство для измерения емкости электрического кабеля, содержащее источник постоянного тока для зарядки кабеля, электроизмерительный прибор, включенный в цепь разряда, и переключатель, служащий для переключения кабеля с цепи заряда в цепь разряда, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в качестве указанного переключателя применен непрерывно работающий. релейный коммутатор или вибропреобразователь.ипография, пр. Сапунова, 2 Поди. к печ. 15/Х 11 — 62 г,Зак, 3670/15ЦБТИ при Комитете по делам(1 б Объем 0,18 изд. лЦена 4 коп при Совете Министров СССР ., д. 2/6.

Смотреть

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: