Što je kapacitet u elektrotehnici

Električni kapacitet karakterizira svojstvo vodljivih tijela da se naelektrišu pod utjecajem električnog polja, kao i da akumuliraju električnu energiju u polju tih tijela.

Analogija električnog kapaciteta u području hidrostatike može biti specifični kapacitet posude po jedinici visine, koji je brojčano jednak površini horizontalnog presjeka posude.

Zamislite visoki vodokotlić. Količina tekućine (količina elektriciteta na tijelu) koja se može pohraniti u spremnik ovisi o visini njegovog punjenja (potencijal tijela) kao i volumenu tekućine po jedinici visine spremnika (kapacitet tijela). Ovaj volumen tekućine pak ovisi o površini vodoravnog dijela spremnika - o njegovom promjeru.

Što je veći ovaj promjer, a time i volumen po jedinici visine, to je veći specifični kapacitet po visini spremnika (električni kapacitet između dvije ploče proporcionalan je površini ploča, vidi - Što određuje kapacitet kondenzatora?).Sukladno tome, ovisi o vrijednosti volumena tekućine po jedinici visine i radu koji se mora potrošiti na punjenje spremnika.

Pretpostavimo da postoje dvije bakrene kuglice iste veličine (crvena i plava) koje se nalaze na određenoj udaljenosti jedna od druge u prostoru. Uzmite bateriju od 9 volti i spojite je sa suprotnim polovima na ove dvije kuglice tako da je «+» spojen na jednu kuglicu (na plavu), a «-» na drugu (na crvenu). Između kuglica će se pojaviti razlika električnog potencijala jednaka naponu baterije V = 9 volti.

Električna stanja ovih dviju bakrenih kuglica odmah su postala drugačija nego prije spajanja baterije, jer sada postoje suprotni električni naboji na kuglicama koji međusobno djeluju, doživljavajući silu privlačnosti jedna prema drugoj.

Možemo reći da je baterija prenijela pozitivan naboj + q s lijeve kuglice na desnu i stoga je razlika potencijala između kuglica postala V = 9 volti. Sada je lijeva kuglica negativno nabijena -q.

Dodamo li u strujni krug još jednu bateriju istog tipa u nizu, tada će razlika potencijala između kuglica postati dvostruko veća, napon između njih više neće biti 9 volti, već 18 volti, a naboj će se kretati od kuglica na kuglicu također će se udvostručiti (postat će 2q) kao i napon. Ali koja je veličina ovog naboja q koji se pomiče svaki put kad napon poraste za 9 volti?

Očito je da je veličina ovog naboja proporcionalna razlici potencijala stvorenoj između kuglica. Ali u kojem su točno numeričkom omjeru razlika naboja i potencijala? Ovdje ćemo morati uvesti takvu karakteristiku vodiča kao što je električni kapacitet C.

Kapacitet je mjera sposobnosti vodiča da pohrani električni naboj. Također je važno razumjeti da kada se prva žica napuni, snaga električnog polja oko nje se povećava. Sukladno tome, učinak prve nabijene žice na drugu nabijenu žicu će se povećati, pogotovo ako se počnu približavati jedna drugoj.

Sila međudjelovanja između nabijenih žica postaje veća ako se udaljenost između njih smanji. Osim toga, ovisno o parametrima medija između žica, snaga njihove interakcije također može biti različita.

Dakle, ako postoji vakuum između žica, tada će sila privlačenja između njihovih naboja biti jedan, ali ako se najlon stavi između žica umjesto vakuuma, tada će se sila elektrostatske interakcije utrostručiti, jer najlon prolazi kroz električno polje kroz sebe 3 puta bolje od zraka i zapravo zbog električnog polja, nabijene žice međusobno djeluju jedna na drugu.

Ako se nabijene žice počnu širiti jedna od druge u različitim smjerovima, tada će manje djelovati, potencijalna razlika će biti veća za iste naboje, odnosno kapacitet takvog sustava smanjit će se s odvajanjem žica. Rad se temelji na ideji električnog kapaciteta kondenzatori.

Kondenzatori

Svojstvo nabijenih vodiča da međusobno elektrostatski djeluju kroz međusobna električna polja odvojena dielektrikom koristi se u kondenzatorima.

Strukturno, kondenzatori su dvije ploče koje se nazivaju ploče. Ploče su odvojene dielektrikom.Da bi se dobio što veći kapacitet, potrebno je da ploče imaju veliku površinu, a razmak između njih minimalan.

Kondenzatori u elektrotehnici služe kao akumulatori električne energije u električnom polju koje je koncentrirano u volumenu dielektrika smještenog između ploča kondenzatora, zbog čega se nakuplja ili uklanja naboj (u obliku električne struje).

Dvije ploče smještene su na kratkoj udaljenosti unutar zatvorenog kućišta. Keramički, polipropilenski, elektrolitski, tantal itd. — kondenzatori se razlikuju po vrsti dielektrika između ploča.

Kondenzatori su visokonaponski i niskonaponski, ovisno o dielektričnoj čvrstoći.

Ovisno o površini ploča i dielektričnoj konstanti upotrijebljenog dielektrika, postoje kondenzatori velikog kapaciteta, koji dosežu stotine farada (superkondenzatori), i malog kapaciteta - jedinice pikofarada.

Primjena električnog kapaciteta u elektrotehnici

Svojstvo kapacitivnih sustava naširoko se koristi u elektrotehnici u tehnologijama izmjenične struje, posebno u području visokih i ultravisokih frekvencija.

U istosmjernoj tehnologiji, kapacitet se koristi u uređajima za magnetiziranje s trajnim magnetima, za pulsno električno zavarivanje, pulsirajuća ispitivanja proboja dielektrika, izglađivanje strujne krivulje u ispravljačima itd.

Kapacitet bilo kojeg sustava izoliranih provodnih tijela, koji se ne može u potpunosti svesti na nulu, može u nekim slučajevima imati nepoželjan učinak na karakteristike električnih uređaja (u obliku smetnji, kapacitivnog curenja itd.).

Takvog se utjecaja možete riješiti ili odgovarajućom kompenzacijom njegovog učinka (obično pomoću induktiviteta), ili stvaranjem takvih uvjeta u kojima potencijali pojedinih tijela sustava u odnosu na okolne objekte imaju minimalnu vrijednost (na primjer, uzemljenje jednog od tijela).