Конденсаторы – параметры и маркировка, перевод велечин эмкости. Единица измерения конденсаторов

Перевод емкости конденсаторов |

Каждый радиолюбитель должен хоть не много, но разбираться в маркировке тех или иных радиоэлектронных компонентов. Безусловно, для этого имеется множество самых разнообразных справочников, в которых подобная информация представлена в достаточном объёме. В этой статье присутствую данные по кодовой маркировке конденсаторов и сводные таблицы конвертации емкостей.

Для того что бы хорошо разобраться в кодовой маркировке конденсаторов используйте соответствующие справочники. В этой статье присутствует малая часть всевозможных вариантов обозначений номиналов конденсаторов. Однако приведённые таблицы будут вам очень полезны в качестве настольной шпаргалки про типичные ёмкости и маркировку конденсаторов.

Таблица конвертации, перевода ёмкостей:

На самом деле разобраться в пересчёте множителей не тяжело, и для этого совсем не нужны сверх способности к математике. Но если всё же вы затрудняетесь «в уме» пересчитывать множители то можете воспользоваться таблицами емкостей рисунок №1,2,3.

Рисунок №1 – Сводная таблица перевод емкости конденсаторов

Рисунок №2 – Сводная таблица перевод емкости конденсаторов

Рисунок №3 – Сводная таблица перевод емкости конденсаторов

И ещё одной немаловажной шпаргалкой для вас будет таблица рисунок №4

Рисунок №4 – Кодовая маркировка бумажных конденсаторов

В эту таблица сведено кодовую маркировку конденсаторов и обозначено множители для удобства перевода емкости в другой придел (микро в нано или в пико).

Естественно что есть еще более полная и развёрнутая таблица кодовой маркировки бумажных конденсаторов, её вы можете скачать вот по этой ссылке . и ещё здесь(в формате .docx)

P.S.: Я постарался наглядно показать и описать не хитрые советы. Надеюсь, что хоть что-то вам пригодятся. Но это далеко не всё что возможно выдумать, так что дерзайте, и штудируйте сайт http://bip-mip.com/

bip-mip.com

Электрическая емкость: определение, формулы, единицы измерения

В электротехнике часто встречается понятие ёмкости. При этом речь идёт не о ведре или другом сосуде, а об электрической ёмкости проводника, аккумулятора и конденсатора. Путать эти понятия нельзя. В этой статье мы разберемся, что такое электрическая ёмкость, от чего она зависит и в каких единицах измеряется.

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:

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

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:

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

Cобщ=C1+C2+C3

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.

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.

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:

samelectrik.ru

Конденсаторы – параметры и маркировка, перевод велечин эмкости

Конденсатором обычно называют устройство, которое обладает способностью накапливать электрический заряд. Конструктивно конденсатор представляет собой два проводника, разделенных диэлектриком. Единицей электрической емкости конденсатора в системе СИ является фарада. Сокращенно обозначается буквой Ф. Названа в честь английского физика Майкла Фарадея. В радиоэлектронике используется емкость конденсатора, выраженная через дробные единицы фарад: пикофарад, нанофарад, микрофарад (1мкФ=10^-6 Ф; I нФ = 10^-9 Ф; 1 иФ = 10-^12 Ф; 1 мкФ = 10^3 нФ = 10^6 пФ). В старой радиотехнической литературе использовалась единица емкости — сантиметр: 1 см = = 1,11 • 10^-12Ф = 1,11 • 10^-6 мкФ = 1,11 пФ.

Конденсаторы, как и резисторы^ бывают постоянные и переменные (КПЕ — конденсатор переменной емкости). Переменные конденсаторы бывают в виде нескольких блоков и подстроечные. В зависимости от материала диэлектриков современные конденсаторы делятся на следующие типы: бумажные, вакуумные, воздушные, керамические, лакопленочные, металлобумажные, оксидные, пленочные, слюдяные и электролитические.

Основные параметры конденсаторов

Основными параметрами конденсаторов являются: номинальная емкость (С„ом), которая обычно указывается на корпусе конденсатора, температурный коэффициент емкости (ТКЕ) и номинальное напряжение (U„OM). Номинальное напряжение — это максимальное допустимое постоянное напряжение, при котором конденсатор способен работать длительное время, сохраняя параметры неизменными при всех установленных для него температурах. На конденсаторах, в основном, указано номинальное рабочее напряжение при постоянном токе. При работе конденсатора в схемах переменного тока его номинальное напряжение, указанное на корпусе, должно в 1,5…2 раза превышать предельно допустимое действующее переменное напряжение цепи.

На корпусе конденсатора обычно указывают его тип, напряжение, номинальную емкость, допустимое отклонение емкости, ТКЕ и дату изготовления. Маркируют конденсаторы как и резисторы буквенноцифровым кодом, который обозначает номинальную емкость, единицу измерения, допустимое отклонение емкости и ТКЕ. Например, маркировка на конденсаторе 62 pJL расшифровывается так: номинальная емкость 62 пФ с допустимым отклонением ±5%, ТКЕ группы М75 (75 • 10^-6/1 градус С). Буквенные коды единиц измерения номинальных емкостей приведены в табл. 1.3.

Маркировка конденсаторов

Таблица 1.3 Обозначение номинальной величины емкости на корпусах конденсаторов

Полное обозначение			Сокращенное обозначение на корпусе
Обозначение единиц измерения		Примеры	обозначение единиц измерешАф		Примеры обозначения
		обозначения	Старое	Новое	Старое	Новое
Пикофарады 0…999 пФ	пФ	0,82 пФ 5,1 пФ 36 пФ	П	р	5П1 36П	р82 5р1 36р
Нанофарады 100…999999 пФ	НФ, 1 нФ = 1000 пФ	120 пФ 3300 пФ 68000 пФ	н	n	знз 68Н	п12 ЗпЗ 68п
Микрофарады 1…999 мкФ	мкФ	0,022 мкФ 0,15 мкФ 2,2 мкФ 10 мкФ	м	ц	22Н М15 2М2 10М	22 n ц15 2ц2 10ц

Цветовой код маркировки конденсаторов

Конденсаторы как и резисторы маркируют с помощью цветового кода (рис. 1.2). Цветовой код состоит из колец или точек. Каждому цвету соответствует определенное цифровое значение. Знаки маркировки на конденсаторе сдвинуты к одному из выводов и располагаются слева направо. Номинальная емкость (в пикофарадах) представляет число, состоящее из цифр, соответствующих одной, двум и трем или одной и двум (для конденсаторов с допуском ±20%) полосам, умноженное на множитель, который определен по цвету полосы. Последняя полоса маркировки в два раза шире других и соответствует ТКЕ. Конденсаторы с допуском ±0,1… 10% имеют шесть цветовых полос. Первая, вторая и третья полосы — величина емкости в пикофарадах, четыре — множитель, пять — допуск, шесть (последняя) — ТКЕ. Конденсаторы с допуском ±20% имеют пять цветовых полос, на них нет цветового кода допуска. Иногда этот тип конденсаторов маркируют четырьмя цветовыми кольцами. При такой маркировке первая и вторая полосы отводятся для обозначения величины, третья полоса — для множителя, четвертая — для ТКЕ.

Цветовой код танталовых конденсаторов приведен на рис. 1.3. Следует обратить внимание на то, что у этих конденсаторов положительный вывод в два раза толще другого, и отсчет колец начинается от головки конденсатора. На рис. 1.4 приведена цветовая маркировка зарубежных конденсаторов широкого использования.

Цвет маркировки	Номинальная емкость			Множитель	Допуск, %	ТКЕ
Цвет маркировки	Первая полоса	Вторая полоса	Третья полоса	четвертая полоса	Пятая полоса	Шестая полоса
Серебристый	–	–	–	10^-2	±10	–
Золотистый	–	–	–	10^-1	±5	–
Черный	0	0	0	1	–	±252
Коричневый	1	1	1	10	±1	±100
Красный	2	2	2	10^2	±2	±50
Оранжевый	3	3	3	10^3	–	±15
Желтый	4	4	4	10^4	–	±25
Зеленый	5	5	5	10^5	±0,5	±20
Синий	6	6	6	10^6	±0,25	±10
Фиолетовый	7	7	7	10^7	±0,1	±5
Серый	8	8	8	10^8	–	±1
Белый	9	9	9	10^9	–	–
Нет цвета	–	–	–	–	±20	–

Рис. 1.2. Цветовой код отечественных конденсаторов широкого применения

Цвет маркировки	Номинальная емкость			Допуск, %
Цвет маркировки	Первый элемент	Второй элемент	Третий элемент (множитель)	Четвертый элемент
Серебристый	–	–	10^-2	±10
Золотистый	–	–	10^-1	±5
Черный	–	0	1	–
Коричневый	1	1	10	±1
Красный	2	2	10^2	±2
Оранжевый	3	3	10^3	–
Желтый	4	4	10^4	–
Зеленый	5	5	10^5	±0,5
Синий	6	6	10^6	±0,25
Фиолетовый	7	7	10^7	±0,1
Серый	8	8	10^8	±0,05
Белый	9	9	10^9	–

Рис. 1.3. Цветовой код танталовых конденсаторов

Цвет маркировки	1 и 2 цифры	Множитель	Допуск, %	класс	ТКС
Черный	0	1	20		0
Коричневый	1	10	1	1	-33
Красный	2	10^2	2		-75
Оранжевый	3	10^3		2	-150
Желтый	4	10^4			-220
Зеленый	5			3	-330
Синий	6				-470
Фиолетовый	7				-750
Серый	8		0,5
Белый	9			4
Золотистый			5		+ 100
Серебряный			10

Рис. 1.4. Цветовая маркировка зарубежных конденсаторов широкого использования

Литература: В.М. Пестриков. Энциклопедия радиолюбителя.

nauchebe.net

Электрическая емкость

Сообщение электрического разряда проводнику называется электризацией. Чем больший заряд принял проводник, тем больше его электризация, или, иначе говоря, тем выше его электрический потенциал.

Между количеством электричества и потенциалом данного уединенного проводника существует линейная зависимость: отношение заряда проводника к его потенциалу есть величина постоянная:

Для какого-либо другого проводника отношение заряда к потенциалу есть также величина постоянная, но отличная от этого отношения для первого проводника.

Одной из причин, влияющих на эту разницу, являются размеры самого проводника. Один и тот же заряд, сообщенный различным проводникам, может создать различные потенциалы. Чтобы повысить потенциал какого-либо проводника на одну единицу потенциала, необходим определенный заряд.

Электрическая емкость и ее единица измерения

Свойство проводящих тел накапливать и удерживать электрический заряд, измеряемое отношением заряда уединенного проводника к его потенциалу, называется электрической емкостью, или просто емкостью, и обозначается буквой С.

Приведенная формула электрической емкости позволяет установить единицу электрической емкости.

Практически заряд измеряется в кулонах, потенциал в вольтах, а емкость в фарадах:

Емкостью в 1 фараду обладает проводник, которому сообщают заряд в 1 кулон и при этом потенциал проводника увеличивается на 1 вольт.

Единица измерения электрической емкости – фарада (обозначается ф или F) очень велика. Поэтому чаще пользуются более мелкими единицами – микрофарадой (мкф или μF), составляющей миллионную часть фарады:

1 мкф = 10-6ф ,

и пикофарадой (пф), составляющей миллионную часть микрофарады:

1 пф = 10-6мкф = 10-12ф .

Найдем выражение практической единицы – фарады в абсолютных единицах:

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.

Конденсатор постоянной емкости

Конденсаторы, емкость которых изменять нельзя, называются конденсаторами постоянной емкости.

Рисунок 2. Схема устройства конденсаторапостоянной емкости

Наиболее распространенные в настоящее время конденсаторы постоянной емкости состоят из очень тонких металлических (станиолевых) листов с парафинированной бумажной или слюдяной прослойкой между ними.

Для увеличения емкости (увеличения площади пластин конденсатора) чаще всего берут по нескольку станиолевых листов и соединяют их в две группы, входящие одна в другую и разделенные диэлектриком, как схематически показано на рисунке 2. Иногда также берут две длинные станиолевые пластины, прокладывают между ними и снаружи парафинированную бумагу и затем свертывают все в компактный пакет или трубку. Конденсаторы большой емкости во многих случаях помещают в металлическую коробку и заливают парафином.

Рисунок 3. Внешний вид современных конденсаторов постоянной емкости

Определим емкость плоского конденсатора. Возьмем произвольную замкнутую поверхность вокруг одной из пластин конденсатора. Тогда по теореме Гаусса поток вектора напряженности, проходящий через любую замкнутую поверхность, внутри которой находится электрический заряд, равен:

(1)

Предполагая, что поле конденсатора однородно (пренебрегая искажением поля у краев пластин), получаем напряженность электрического поля в конденсаторе:

(2)

где d – расстояние между пластинами или толщина диэлектрика. Подставив значение E из формулы (2) в формулу (1), получим:

откуда

Так как

то выражение емкости плоского конденсатора примет вид:

где S – площадь пластин в м²; d – толщина диэлектрика в м; ε – относительная электрическая проницаемость диэлектрика (диэлектрическая проницаемость).

Таким образом, для увеличения емкости плоского конденсатора нужно увеличить площадь его пластин (обкладок) S, уменьшить расстояние между ними d и в качестве диэлектрика поставить материал с большой относительной электрической проницаемостью (ε).

Видео об устройстве конденсатора постоянной емкости:

Конденсатор переменной емкости

Конденсаторы, емкость которых можно менять, называются конденсаторами переменной емкости.

Наиболее простой конденсатор переменной емкости имеет несколько (реже один) медных или алюминиевых полудисков, соединенных между собой электрически и укрепленных неподвижно. Другой ряд таких же полудисков собран на общей оси. При повороте этой оси каждый из укрепленных на ней полудисков входит меду двумя неподвижными полудисками. Поворачивая ось и меняя таким образом взаимное расположение подвижных и неподвижных полудисков, мы можем менять емкость конденсатора. На рисунке 3 показана схема устройства и на рисунке 4 – общий вид воздушного конденсатора переменной емкости.

Рисунок 3. Схема устройства конденсатора переменной емкости

Рисунок 4. Общий вид конденсатора переменной емкости

Видео об устройстве серийного конденсатора переменной емкости:

Видео о том, как можно сделать самодельный конденсатор переменной емкости своими руками:

Электролитические конденсаторы

В радиотехнике применяются также электролитические конденсаторы. Эти конденсаторы изготовляются двух типов: жидкостные и сухие. В обоих типах конденсаторов употребляется оксидированный алюминий. Путем специальной электрохимической обработки на поверхности алюминия получают тонкий (порядка нескольких десятков микрон) слой оксида алюминия Al2O3, представляющий так называемую оксидную изоляцию алюминия. Оксидная изоляция обладает электроизолирующими свойствами, а также является механически прочной, нагревостойкой, но гигроскопичной.

В жидкостных электролитических конденсаторах алюминиевую оксидированную пластину помещают внутрь металлического корпуса, который служит второй пластиной. В корпус заливают электролит, состоящий из раствора борной кислоты с некоторыми примесями.

Сухие электролитические конденсаторы изготовляют путем сворачивания трех лент. Одна лента представляет собой алюминиевую оксидированную фольгу (тонко раскатанный лист металла). Другой пластиной является лента из алюминиевой фольги. Между двумя металлическими лентами помещается бумажная или марлевая лента, пропитанная вязким электролитом. Плотно свернутые ленты помещаются в алюминиевый корпус и заливаются битумом. Тонкий оксидный изолирующий слой с высокой электрической проницаемостью (ε = 9) позволяет получить дешевые конденсаторы с большой удельной емкостью.

Видео об устройстве электролитического конденсатора:

Параллельное соединение конденсаторов

Рисунок 5. Параллельноесоединение конденсаторов

Когда емкость конденсатора мала, то соединяют несколько конденсаторов параллельно (рисунок 5).

При параллельном соединении конденсаторов напряжение на обкладках каждого конденсатора одно и то же. Поэтому можно написать:

U1 = U2 = U3 = U .

Количество электричества (заряд) каждого конденсатора:

q1 = C1 × U; q2 = C2 × U; q3 = C3 × U .

Общий заряд батареи конденсаторов:

q = q1 + q2 + q3 ;

q = C1 × U + C2 × U + C3 × U = U (C1 + C2 + C3) .

Обозначая емкость батареи конденсаторов через C, получаем:

q = C × U ,

тогда

C × U = U × (C1 + C2 + C3)

или окончательно формула емкости при параллельном соединении конденсаторов примет вид:

C = C1 + C2 + C3 .

Следовательно, при параллельном соединении конденсаторов общая емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов. При параллельном соединении каждый конденсатор окажется включенным на полное напряжение сети.

Последовательное соединение конденсаторов

Рисунок 6. Последовательноесоединение конденсаторов

Рассмотрим последовательное соединение конденсаторов (рисунок 6).

Если левая обкладка первого конденсатора заряжена положительно (+), то вследствие электростатической индукции правая обкладка этого конденсатора получит отрицательный заряд (–), перешедший с левой обкладки второго конденсатора, которая сама зарядится положительно, и так далее. Значит, при последовательном соединении каждый конденсатор независимо от величины его емкости получит один и тот же заряд, то есть

q1 = q2 = q3 = q .

Напряжение, приложенное ко всей батареи конденсаторов, равно сумме напряжений на обкладках каждого конденсатора:

U = U1 + U2 + U3 .

Так как

для всей батареи

теперь можно написать

или, сокращая на q, получим окончательно, что емкость конденсаторов при последовательном соединении равна:

Таким образом, при последовательном соединении конденсаторов обратная величина общей емкости равна сумме обратных величин емкостей отдельных конденсаторов. Каждый из конденсаторов включен на меньшее напряжение, чем напряжение сети.

Конденсаторы широко применяются в радиотехнике, рентгенотехнике, высокочастотной промышленной электротехнике, для увеличения коэффициента мощности электроустановок и так далее.

Источник: Кузнецов М.И., "Основы электротехники" - 9-е издание, исправленное - Москва: Высшая школа, 1964 - 560с.

www.electromechanics.ru

Измерение емкости электрического конденсатора

Цель работы: изучение метода наименьших квадратов на примере измерения емкости электрического конденсатора.

Приборы и принадлежности: электронный осциллограф, генератор гармонических колебаний, электрический конденсатор с неизвестной емкостью, резистор.

Электрический конденсатор - устройство, состоящее их двух проводящих электродов (обкладок), разделенных диэлектриком или вакуумом. Способность конденсатора накапливать электрический заряд характеризуется физической величиной, называемой электроемкостью или просто емкостью С. Она связывает между собой заряд конденсатора q и напряжение между его обкладками q:

(43)

Величина емкости определяется диэлектрической проницаемостью материала диэлектрика, формой и геометрическими размерами конденсатора.

Единица измерения емкости в системе СИ - 1 фарад [Ф], имеющий размерность, согласно формуле (43), {Кл/В]. Из-за того, что заряд в 1 Кл очень велик, емкость в 1 Ф также велика. Поэтому на практике используют в основном доли этой единицы: 1 микрофарад (1 мкФ (10-6 Ф), 1 пикофарад [пФ] 10-12 Ф) и т.п.

Через конденсатор постоянный ток протекать не может. Однако в цепи, содержащей источник переменной электродвижущей силы, происходят периодические зарядка и разрядка конденсатора, то есть имеет место движение зарядов - электрический ток. Пусть напряжение на конденсаторе изменяется по гармоническому закону

, (44)

где Um - амплитуда колебаний напряжения. Подставляя (44) в (43), получим:

(45)

Мгновенное значение силы электрического тока, текущего через конденсатор, равно производной заряда по времени:

(46)

Сопоставляя выражения (41) и (43), можно сделать вывод, что колебания силы тока опережают колебания напряжения на конденсаторе на /2. Это означает, что в то время, когда конденсатор начинает заряжаться, сила тока максимальна, а напряжение равно нулю. Выражение (46) может быть представлено в виде:

(47)

(48)

где Im- амплитуда колебаний тока.

Сравнение (48) с классической формулой закона Ома для участка цепи приводит к выводу, что величина имеет размерность электрического сопротивления. Поэтому ее называют емкостным сопротивлением конденсатора переменному току.

Рис. 12

Если собрать цепь, электрическая схема которой показана на рис. 12, то амплитуда колебаний ЭДС источника и амплитуда переменного тока, протекающего через электрическую цепь, будут связаны соотношением:

(49)

Регистрируемая осциллографом амплитуда колебаний напряжения на конденсаторе равна:

(50)

Подбирая частоту колебаний и величину сопротивления, можно добиться выполнения условия. Тогда формулу (50) можно представить в виде:

, (51)

где Т=1/f - период колебаний.

Если выполняется неравенство , существует прямо пропорциональная зависимость амплитуды колебаний напряжения на конденсаторе от периода колебаний. На данном обстоятельстве и основан метод определения емкости конденсатора.

Представляя выражение (51) в виде , где задачу измерения неизвестной емкости С можно свести к определению величины коэффициента пропорциональности b по экспериментально зафиксированной зависимости при условии, что имеется информация о величинахR и . Коэффициент пропорциональностиb определим с помощью метода наименьших квадратов согласно формуле (15), в которую вместо xi и уi, следует подставить экспериментально измеренные значения периода и соответствующие им амплитуды колебаний напряжения. Величина емкости конденсатора определяется соотношением:

(52)

Амплитуда колебаний ЭДС источника измеряется путем непосредственного подключения источника к осциллографу, а величина сопротивленияR указана.

Поскольку определение емкости с помощью формулы (52) представляет собой задачу косвенных измерений, то погрешность С следует вычислять по правилу (6), формально рассматривая емкость конденсатора кА функцию величин ,R и b.

studfiles.net

Условные обозначения конденсаторов

Основным параметром конденсатора является его номинальная емкость, измеряемая в фарадах ( Ф ) микрофарадах ( мкФ ) или пикофарадах ( пФ ).

Допустимые отклонения емкости конденсатора от номинального значения указаны в стандартах и определяют класс его точности. Для конденсаторов, как и для сопротивлений, чаще всего применяются три класса точности I ( E24 ), II ( Е12 ) и III ( E6 ), соответствующие допускам ±5 %, ±10 % и ±20 %.

Конденсаторы

По виду изменения емкости конденсаторы делятся на изделия с постоянной емкостью, переменной и саморегулирующиеся. Номинальная емкость указывается на корпусе конденсатора. Для сокращения записи применяется специальное кодирование:

П – пикофарады – пФ
Н – одна нанофарада
М – микрофарад – мкФ

Ниже в качестве примера приводятся кодированные обозначения конденсаторов:

51П – 51 пФ
5П1 – 5,1 пФ
h2 – 100 пФ
1Н – 1000 пФ
1Н2 – 1200 пФ
68Н – 68000 пФ = 0,068 мкФ
100Н – 100 000 пФ = 0,1 мкФ
МЗ – 300 000 пФ = 0,3 мкФ
3М3 – 3,3 мкФ
10М – 10 мкФ

Числовые значения ёмкостей 130 пФ и 7500 пФ целые числа ( от 0 до 9999 пФ )

Конструкции конденсаторов постоянной емкости и материал, из которого они изготовляются, определяются их назначением и диапазоном рабочих частот.

Высокочастотные конденсаторы имеют большую стабильность, заключающуюся в незначительном изменении емкости при изменении температуры, малые допустимые отклонения емкости от номинального значения, небольшие размеры и вес. Они бывают керамическими (типов КЛГ, КЛС, КМ, КД, КДУ, КТ, КГК, КТП и др.), слюдяными ( КСО, КГС, СГМ ), стеклокерамическими ( СКМ ), стеклоэмалевыми ( КС ) и стеклянными ( К21У ).

Конденсатор с дробной ёмкостью от 0 до 9999 Пф

Для цепей постоянного, переменного и пульсирующего токов низкой частоты требуются конденсаторы с большими емкостями, измеряемыми тысячами микрофарад. В связи с этим выпускаются бумажные (типов БМ, КБГ ), металлобумажные ( МБГ, МБМ ), электролитические ( КЭ , ЭГЦ, ЭТО, К50, К52, К53 и др.) и пленочные ( ПМ, ПО, К73, К74, К76 ) конденсаторы.

Конструкции конденсаторов постоянной емкости разнообразны. Так, слюдяные, стеклоэмалевые, стеклокерамические и отдельные типы керамических конденсаторов имеют пакетную конструкцию. В них обкладки, выполненные из металлической фольги или в виде металлических пленок, чередуются с пластинами из диэлектрика (например, слюды).

Емкость конденсатора 0,015 мкФ

Конденсатор с ёмкостью 1 мкФ

Для получения значительной емкости формируют пакет из большого числа таких элементарных конденсаторов. Электрически соединяют между собой все верхние обкладки и отдельно – нижние. К местам соединений припаивают проводники, служащие выводами конденсатора. Затем пакет спрессовывают и помещают в корпус.

Применяется и дисковая конструкция керамических конденсаторов. Роль обкладок в них выполняют металлические пленки, нанесенные на обе стороны керамического диска. Бумажные конденсаторы часто имеют рулонную конструкцию. Полосы алюминиевой фольги, разделенные бумажными лентами с высокими диэлектрическими свойствами, свертываются в рулон. Для получения большой емкости рулоны соединяют друг с другом и помещают в герметичный корпус.

В электролитических конденсаторах диэлектрик представляет собой оксидную пленку, наносимую на алюминиевую или танталовую пластинку, являющуюся одной из обкладок конденсатора, вторая обкладка – электролит.

Электролитический конденсатор 20,0 × 25В

Металлический стержень ( анод ) должен подключаться к точке с более высоким потенциалом, чем соединенный с электролитом корпус конденсатора ( катод ). При невыполнении этого условия сопротивление оксидной пленки резко уменьшается, что приводит к увеличению тока, проходящего через конденсатор, и может вызвать его разрушение.

Такую конструкцию имеют электролитические конденсаторы типа КЭ. Выпускаются также электролитические конденсаторы с твердым электролитом ( типа К50 ).

Проходной конденсатор

Конденсатор переменной ёмкости от 9 пФ до 270 пФ

Площадь перекрытия пластин или расстояние между ними у конденсаторов переменной емкости можно изменять различными способами. При этом меняется и емкость конденсатора. Одна из возможных конструкций конденсатора переменной емкости ( КПЕ ) изображена на рисунке справа.

Конденсатор переменной ёмкости от 9 пФ до 270 пФ

Здесь емкость изменяется путем различного расположения роторных (подвижных) пластин относительно статорных (неподвижных). Зависимость изменения емкости от угла поворота определяется конфигурацией пластин. Величина минимальной и максимальной емкости зависит от площади пластин и расстояния между ними. Обычно минимальная емкость Смин, измеряемая при полностью выведенных роторных пластинах, составляет единицы (до 10 – 20) пикофарад, а максимальная емкость Смакс, измеряемая при полностью выведенных роторных пластинах, – сотни пикофарад.

В радиоаппаратуре часто используются блоки КПЕ, скомпонованные из двух, трех и более конденсаторов переменной емкости, механически связанных друг с другом.

Конденсатор переменной ёмкости от 12 пФ до 497 пФ

Благодаря блокам КПЕ можно изменять одновременно и на одинаковую величину емкость различных цепей устройства.

Разновидностью КПЕ являются подстроечные конденсаторы. Их емкость так же, как и сопротивление подстроечных резисторов, изменяют лишь с помощью отвертки. В качестве диэлектрика в таких конденсаторах могут использоваться воздух или керамика.

Конденсатор подстроечный от 5 пФ до 30 пФ

На электрических схемах конденсаторы постоянной емкости обозначаются двумя параллельными отрезками, символизирующими обкладки конденсатора, с выводами от их середин. Рядом указывают условное буквенное обозначение конденсатора – букву С (от лат. Capacitor – конденсатор).

После буквы С ставится порядковый номер конденсатора в данной схеме, а рядом через небольшой интервал пишется другое число, указывающее на номинальное значение емкости.

Емкость конденсаторов от 0 до 9999 пФ указывают без единицы измерения, если емкость выражена целым числом , и с единицей измерения – пФ, если емкость выражена дробным числом.

Подстроечные конденсаторы

Емкость конденсаторов от 10 000 пФ (0,01 мкФ) до 999 000 000 пФ (999 мкФ) указывают в микрофарадах в виде десятичной дроби либо как целое число, после которого ставят запятую и нуль. В обозначениях электролитических конденсаторов знаком «+» помечается отрезок, соответствующий положительному выводу – аноду, и после знака «х» – номинальное рабочее напряжение.

Конденсаторы переменной емкости (КПЕ) обозначаются двумя параллельными отрезками, перечеркнутыми стрелкой.

Если необходимо, чтобы к данной точке устройства подключались именно роторные пластины, то на схеме они обозначаются короткой дугой. Рядом указываются минимальный и максимальный пределы изменения емкости.

В обозначении подстроечных конденсаторов параллельные линии пересекаются отрезком с короткой черточкой, перпендикулярной одному из его концов.

selectelement.ru

39. Электроемкость. Емкость шара, емкость плоского конденсатора. Единицы измерения емкости.

Электрической емкостью проводника наз. отношение заряда проводника к его потенциалу:

Емкость определяется геометрической формой, размерами проводника и свойствами среды (от материала проводника не зависит). Чем больше емкость проводника, тем меньше меняется потенциал при изменении заряда.

Емкость шара в СИ:

Ёмкость плоского конденсатора.

, т.о. емкость плоского конденсатора зависит только от его размеров, формы и диэлектрической проницаемости. Для создания конденсатора большой емкости необходимо увеличить площадь пластин и уменьшить толщину слоя диэлектрика.

Единицы емкости.

Емкостью 1Ф (фарад) обладает такой проводник, у которого потенциал возрастает на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл.

Емкостью 1Ф обладал бы уединенный шар, радиус которого был бы равен 13 радиусам Солнца.

Емкость Земли 700 мкФ

Если проводник не уединенный, то потенциалы складываются по правилу суперпозиции и емкость проводника меняется.

40. Конденсаторы. Электроёмкость конденсатора. Применение конденсаторов

Конденсатор представляет собой систему из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Проводники наз. обкладками конденсатора. Если заряды пластин конденсатора одинаковы по модулю и противоположны по знаку, то под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из его обкладок.

Электроемкостью конденсатора называют отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между обкладками: .

Назначение конденсаторов

Накапливать на короткое время заряд или энергию для быстрого изменения потенциала.
Не пропускать постоянный ток.
В радиотехнике: колебательный контур, выпрямитель.

41. Магнитное поле, его свойства. Характеристики магнитного поля: магнитная индукция, напряженность. Магнитное поле- форма существования материи, окружающей движущиеся электрические заряды (проводники с током, постоянные магниты).Основные свойства магнитного поля: порождается движущимися электрическими зарядами, проводниками с током, постоянными магнитами и переменным электрическим полем; действует с силой на движущиеся электрические заряды, проводники с током, намагниченные тела; переменное магнитное поле порождает переменное электрическое поле. Магнитное поле изображается графически с помощью магнитных силовых линий или линий магнитной индукции.Магнитными силовыми линияминазываются линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются железные опилки или оси маленьких магнитных стрелок. В каждой точке такой линии вектор направлен по касательной. Линии магнитной индукции всегда замкнуты, что говорит об отсутствии в природе магнитных зарядов и вихревом характере магнитного поля.МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

- это силовая характеристика магнитного поля.

Вектор магнитной индукции направлен всегда так, как сориентирована свободно вращающаяся магнитная стрелка в магнитном поле.

Единица измерения магнитной индукции в системе СИ:

Напряжённость магни́тного по́ля— векторная физическая величина, равная разности вектора магнитной индукцииBи вектора намагниченностиM.

В Международной системе единиц (СИ): где— магнитная постоянная.

Магнитным моментомрамки с током называется вектор равный произведению силы тока, текущего по рамке, на вектор площади.

42. Закон Био - Савара- Лапласа. Примеры простейших магнитных полей проводников с током. Закон Био́—Савара—Лапла́са — физический закон для определения вектора индукции магнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током.

а) Магнитное поле прямого тока

; ;

б) Магнитное поле в центре кругового проводника с током

α = 90°; sin α = 1.

studfiles.net