Электрическая емкость кабеля

Прочие марки интерфейсных кабелей для частных решений ЦПС

Наряду с широко распространенными и общепринятыми открытыми стандартами интерфейсов и организации ЦПС существуют многочисленные частные решения отдельных фирм-поставщиков оборудования для промышленной автоматизации

Принимая во внимание, что отечественному разработчику может понадобиться кабель для соединения ПЛК и РСУ того или иного поставщика, НПП «Спецкабель» разработало и производит по ТУ16.К99-012-2003 дополнительные марки интерфейсных кабелей для некоторых типов оборудования таких фирм, как ABB/Bailey Controls, Allen-Bradley/Rockwell Automation, Matsushita, Omron, Siemens и проч., в которых используются интерфейсы ControlNet, Infinet, MICROLINK, Modcell, MICRODCI, DH, DH485, I/Q System, SYSBUS2, SINEC Series L1 и L2 и пр. Это кабели марок КГПЭВ 1х2х0,9, КГПЭП 1х2х0,9 и КГПЭУ 1х2х0,9(с волновым сопротивлением 80 Ом); КГПЭВ 1х2х1,2, КГПЭП 1х2х1,2 и КГПЭУ 1х2х1,2 (100 Ом); а также КГПпЭВ 1х2х1,5, КГПпЭП 1х2х1,5 и КГПпЭУ 1х2х1,5 (120 Ом)

Конструкции этих кабелей аналогичны кабелям для Profibus DP.

Оценка состояния и развития ЦПС намечает перспективу разработки специальной серии кабелей для промышленного Ethernet, имеющей в отличие от обычных кабелей для служебных LAN-сетей специальные средства механической, электромагнитной, климатической и спецзащиты в жестких промышленных условиях. Отметим также разработанный специалистами НПП «Спецкабель» LAN-кабель 5-й категории, имеющий экстремально высокую внутреннюю продольную и радиальную герметичность относительно водопроницаемости, благодаря заполнению из кремнийорганического компаунда; при этом габариты данного кабеля не выходят за пределы 9 мм и сохраняется удобство его разделки и монтажа.

Информация о конденсаторах

Конденсатор — радиодеталь, предназначенная для накопления электрической энергии. Они бывают двух видов:

  1. Постоянными.
  2. Переменными.

Первые обладают постоянным значением электрической емкости, которая не изменяется с течением времени или в результате воздействия любого характера (механическое, термическое, электрическое). Как правило, при проектировании электрической цепи необходимо точно рассчитывать значение радиоэлемента.

Ко второй группе относятся устройства, обладающие переменной емкостной характеристикой. Регулировка осуществляется механическим или электрическим способом. В первом случае у конденсатора вынесена специальная ручка, предназначенная для уменьшения или увеличения емкостей. Они в основном применяются в радиоакустике для настройки контуров.

Элементы с электронной регулировкой называются варисторами. Их емкость зависит от поданной на них величины напряжения. Однако конденсаторы по типу подключаемого тока также классифицируются на две группы. К ним относятся следующие:

  1. Переменные.
  2. Электролитические (постоянная составляющая).

Первые в основном выполняют роль фильтров, которые поглощают различные колебания волны переменного тока, влияющие пагубно на устройства. Кроме того, для компенсации полного импеданса в сети (совокупность активного и реактивного сопротивлений) иногда необходимо уменьшать значение емкостного сопротивления. Последнее негативно влияет на электродвигатели, трансформаторы и другие устройства, состоящие из элементов индуктивности.

Однако наиболее часто применяются конденсаторы электролитического типа. Это связано с тем, что практически вся аппаратура питается только постоянным током. Для накопления заряда необходимо использовать элементы для постоянного тока.

Следует отметить, что при их монтаже в электрическую схему необходимо строго соблюдать полярность. В противном случае радиоэлемент может взорваться. При этом может выйти из строя самые незащищенные и дорогостоящие элементы (транзисторы, симисторы, интегральные микросхемы и т. д. ).

Конструкция элемента

Конденсатор — радиоэлемент, состоящий из нескольких компонентов. К ним относятся следующие:

  1. Корпус.
  2. Два электрода.
  3. Прокладка.
  4. Выводы.

Корпус предназначен для защиты электродов от механических воздействий и электрических помех, влияющих на емкость. Кроме того, на него наносится специальная маркировка, по которой можно получить информацию о технических характеристиках устройства.

Для увеличения емкости два электрода изготавливаются из фольги. Последняя сматывается в виде цилиндра в два слоя, между которыми располагается диэлектрик — материал (прокладка), не пропускающий электроток. Для подключения в электрическую схему к электродам прикрепляются два вывода. Их называют «ножками».

Определение характеристик

Для использования конденсатора в цепи нужно знать его основные технические характеристики. К ним относятся следующие:

  1. Емкость.
  2. Напряжение пробоя.

Первая является основной, поскольку этот радиоэлемент используется для накопления заряда. Однако устройства, рассчитанные на низкие токи и напряжения, могут выйти из строя при повышенном параметре емкости. Например, компьютерная техника. В ней все рассчитано, и малейшее превышение заряда может не открыть необходимый транзистор.

Однако не во всех устройствах пристального внимания заслуживает параметр емкости. Иногда ключевой момент представлен напряжением пробоя. Например, в блоках питания конденсаторы используются в качестве фильтрующих элементов. Проектировщики радиоаппаратуры используют только расчетные значения характеристик.

Например, со сглаживанием пульсаций тока после диодного моста легко справляется конденсатор емкостью 1000 мкФ и напряжением (U) 25 В. Однако допускается использовать радиодеталь с завышенными параметрами, т. е. С=2200 мкФ и U=50 В.

Однако не во всех случаях можно определить характеристики конденсатора. Иногда маркировка может быть стерта. Она может измеряться при помощи специального прибора — мультиметра. Однако в нем должна поддерживаться эта функция. Этот способ обладает существенным недостатком — им невозможно измерять радиокомпоненты большой емкости, поскольку кроны будет недостаточно для полной зарядки элемента (источник питания мультиметра — крона).

Таким образом, каждый проводник электрического тока обладает емкостной характеристикой, способной накапливать электрический заряд. На этом принципе построены конденсаторы, без которых не будет работать ни одна современная аппаратура.

Технические характеристики кабелей различных типов и назначений

Основное назначение кабельной продукции – передача электрической энергии или производство обмоток различного электрооборудования. На сегодняшний день, классификация шнуров включает следующие категории:

Силовые кабели относятся к категории промышленных проводов, предназначенных для передачи электроэнергии трехфазного тока индустриальных зданий к объектам-потребителям различного назначения.

В свою очередь к силовым типам относятся:

– кабель ВВГ. Применяется в линиях электропередач, где напряжение может достигать 1 КВт (при частоте 50 Гц). Он покрыт оболочкой из поливинилхлорида (ПВХ), в середине расположены медные жилы (градируется от модификации и может быть 1-5). Сечение его составляет 1,5-2,5 мм. Также устойчив к климатическим факторам внешней среды (перепадам температур). Одной из разновидностей ВВГ является ВВГНГ. Характеристики кабеля ВВГнг во многом схожи с характеристиками ВВГ, отличительной особенностью является стойкость к горению;

– кабель NYM. Основной характеристикой данного вида является повышенная прочность. В середине расположены медные жилы (градируется от модификации и может быть 2-5). Сечение шнура составляет 1,5-1,6 мм. Он отличается устойчивость к влажной среде и разности температур: может использоваться при монтировании электрических сетей, где температура эксплуатации составляет от -50 до +70 С. Главный недостаток кабеля NYM – неустойчивость солнечному воздействию, поэтому для соблюдений условий эксплуатации его рекомендуют нагревать;

– кабель КГ и ВББШв. Пригодны для эксплуатации в силовых сетях напряжением 1 КВт. Основная область применения данных видов – прокладка силовых линий к объектам различного назначения. Отличительные особенности: влагостойкость (до 95%), разность температур от -50 до +50 С, наличие защитной ПВХ-оболочки.

Классификация проводниковой продукции

Шнур, представляет собой витой металлический проводник, скрученный с применением двух или более жилистых проволок. Поверх проводника укладывается оплетка, выполненная из волокна. Основное предназначение его – прокладка коммуникаций, находящихся под землей.

Характеристики кабелей различны и зависят от основных исполнений:

– провод ПБПП. Представляет собой 2-3 жильный тип, используется для монтажа осветительных систем и оборудования. Главным плюсом этой модификации является то, что из него можно сделать ответвление проводки. Основной недостаток – он очень чувствителен к воздействию пониженных температур и должен эксплуатироваться при не менее -15 С. Рабочее напряжение, на которое рассчитан ПБПП – 250 Вт;

– провод ПБППг. Практически нет отличительных особенностей, по сравнению с другими типами. Отличительная характеристика проводов данной модификации – многопроволочность жил;

– провод ППВ. Основное назначение данного класса – прокладка систем освещения. Главным преимуществом ППВ является его устойчивость к воздействию агрессивной среды и горению. К плюсам также можно отнести влагостойкость (до 98%). Предельные температурные диапазоны эксплуатации: от -50 до +70 С;

– провод ПВС. Одна из самых распространенных разновидностей. Это вызвано широтой области его применения. Он может применяться для подключения к сети электропитания различного электрического оборудования и приборов, розеток и выключателей. Он может эксплуатироваться практически при любой мощности. К основным характеристикам ПВС можно отнести: предельное напряжение 380 Вт, температурные диапазоны эксплуатации от -40 до +40 С;

– провод СИП. Предназначен для использования в силовых сетях постоянного и переменного тока напряжением 0,4-1 КВт. Область его назначения распространяется на монтаж магистральных электрических линий, разнообразная отводка для подключения жилых и промышленных зданий сооружений. В свою очередь кабель СИП может иметь подтип СИП1/1А. Все модификации данного типа кабеля изготовлены из токопроводящей части (алюминий) и изоляции (термопласт). Своей популярностью СИП обязан широтой применения;

– провод ПУВ. Токопроводящая часть выполнена из меди; изолирующий материал из ПВХ-пластика. Данный тип (ПУВ) широко применяется для прокладки осветительных систем и коммуникаций, а также подключения к электропитанию разнообразных приборов и оборудования, работающих при напряжении постоянного тока до 1 КВт (переменного тока до 450 Вт при частоте 400 Гц).

Силовые провода

Предназначены для передачи электроэнергии от электростанций до распределительных трансформаторов и дальше до конечного потребителя. В первом случае применяются провода, рассчитанные на эксплуатацию под открытым небом и выдерживающие напряжение до 150 кВольт – оптимальное значение для передачи электричества на большие расстояния.

Бытовая силовая проводка рассчитана переменный ток частотой 50-60 Герц и напряжением до 1000 Вольт. Часто используется классификация по материалу токоведущих жил, что могут быть из алюминия, его сплавов или меди. Алюминиевые дешевле в производстве, а у медных меньше сопротивление электрическому току, поэтому они меньшего сечения. Предпочтительнее использовать медную проводку – она долговечнее и надежнее, но из-за цены алюминиевая применяется все еще достаточно часто, а в линиях электропередач и вообще – практически повсеместно.

ВВГ – лидер рынка

Кабель для прокладки электросетей с двойной поливинилхлоридной изоляцией – разноцветной на каждой жиле и общим кембриком. Токоведущие жилы одно или многопроволочные, сечением 1,5-240 мм². Имеет такие разновидности:

  • АВВГ. Литера «А» перед названием говорит, что жилы кабеля сделаны из алюминия.
  • ВВГнг. Изоляция провода не воспламеняется в большем диапазоне температур.
  • ВВГп. Отличается только внешне – плоской формой.
  • ВВГз. Кабель повышенной защищенности – внутри него все пустые места заполнены резиновой смесью.

Кабель NYM

Сделан по европейским стандартам и хотя в токопроводящих свойствах схож с проводами ВВГ, по классу изоляции превосходит отечественные аналоги, так как при изготовлении, пустоты между жилами заполняются мелованной резиной. Изготавливается с количеством токоведущих жил от 2 до 5, сечением 1,5-16 мм². Монтаж под открытым небом разрешается, но с дополнительной защитой от солнечного света, так как изоляция не отличается стойкостью к ультрафиолету. В отличие от отечественных аналогов может прокладываться с радиусом изгиба от 4 своих диаметров.

КГ – кабель гибкий

Без потери своих свойств кабель может эксплуатироваться при температурах от -60 до +50 С°. Чаще всего применяется для подключения электроприборов к сети, причем его жилы рассчитаны на частоту тока до 400 Гц, что делает его хорошим выбором для использования в сварочных аппаратах. Токоведущие жилы только медные многопроволочные с резиновой изоляцией. Количество может быть от 1 до 6, спрятанные под общей внешней оболочкой.

ВББШв – бронированный

Повышенная защита от механических повреждений обеспечивается лентами, которыми провода обматываются перед нанесением основного слоя изоляции. Токоведущие жилы из меди, отдельно изолированные ПВХ, количество – 1-5 штук, состоящие из одной или нескольких проволочек. Одножильные используются при передаче постоянного тока.

Для использование кабеля есть одно ограничение – не рекомендуется монтаж без защиты от ультрафиолета. Применяются следующие его типы:

  • АВББШв – с жилами из алюминия;
  • ВББШвнг – при чрезмерном нагревании изоляция не горит, а тлеет;
  • ВББШвнг-LS – минимум дыма и газов при тлении.

Расчет ёмкости конденсаторов

На практике в качестве элементов, обладающих нормированной электрической ёмкостью, чаще всего используются конденсаторы, состоящие из двух плоских проводников (обкладок), разделенных диэлектриком. Формула для расчета электрической ёмкости подобного конденсатора выглядит так:

C=(S/d)*ε*ε

где:

  • С – ёмкость, Ф;
  • S – площадь обкладок, кв.м;
  • d – расстояние между обкладками, м;
  • ε– электрическая постоянная, константа, 8,854*10−12 Ф/м;
  • ε –электрическая проницаемость диэлектрика, безразмерная величина.

Отсюда легко понять, что ёмкость прямо пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между проводниками. Также на ёмкость влияет материал, которым разделяются обкладки.

Электрическая емкость кабеля

Чтобы понять, как величины, определяющие ёмкость, влияют на способность конденсатора накапливать заряд, можно провести мысленный эксперимент по созданию конденсатора с максимально возможной ёмкостью.

  1. Можно попробовать увеличить площадь обкладок. Это приведет к резкому росту габаритов и веса устройства. Для уменьшения размеров обкладки с разделяющим их диэлектриком сворачивают (в трубочку, плоский брикет и т.п.).
  2. Другой путь – уменьшение расстояния между обкладками. Очень близко расположить проводники не всегда удаётся, так как слой диэлектрика должен выдерживать определенную разность потенциалов между обкладками. Чем меньше толщина, тем ниже электрическая прочность изоляционного промежутка. Если воспользоваться этим путем, настанет момент, когда практическое применение такого конденсатора станет бессмысленным – он сможет работать лишь при крайне низких напряжениях.
  3. Увеличение электрической проницаемости диэлектрика. Этот путь зависит от развития технологий производства, существующих на текущий момент. Изолирующий материал должен иметь не только высокое значение проницаемости, но и хорошие диэлектрические свойства, а также сохранять свои параметры в необходимом частотном интервале (с ростом частоты, на которой работает конденсатор, характеристики диэлектрика снижаются).

В некоторых специализированных или исследовательских установках могут применяться сферические или цилиндрические конденсаторы.

Конструкция сферического конденсатора

Ёмкость сферического конденсатора может быть вычислена по формуле

C=4*π*ε*ε*R1R2/(R2-R1)

где R – радиусы сфер, а π=3,14.

Электрическая емкость кабеляКонструкция цилиндрического конденсатора

Для конденсатора цилиндрической конструкции ёмкость рассчитывается как:

C=2*π*ε*ε*l/ln(R2/R1)

l – высота цилиндров, а R1 и R2 – их радиусы.

Принципиально обе формулы не отличаются от формулы для плоского конденсатора. Ёмкость всегда определяется линейными размерами обкладок, расстоянием между ними и свойствами диэлектрика.

Конденсатор конечных размеров.

Для реального конденсатора поле не полностью сосредоточено между обкладками (рис.15.12).
На краях пластины наблюдается дополнительная концентрация заряда, что приводит к увеличению емкости. Если
пластины представляют собой окружности (рис.15.1) радиуса R,
то емкость вычисляется по формуле
,
полученной при R>>d.(см. Ландау, т.8 стр 38).

Данную зависимость можно переписать как


,   (15.35)

и представить эту формулу в виде

R/d f(R/d)
1 1,929
5 1,286
10 1,167
20 1,094
50 1,042
100 1,023

Электрическая емкость кабеля

Затем эту функцию f(R/d) можно легко протабулировать. Ее значения представлены в таблице.
Видно, что отличие в емкости менее 10% наблюдается уже при соотношении R/d>10 (данные из БКФ).

LonWorks

Кратко представим кабели, разработанные и производимые на НПП «Спецкабель», которые используются для технологии LonWorks компании Echelon Corporation, изначально предназначенной для систем автоматизации жизнеобеспечения зданий, а затем постепенно нашедшей широкое применение в различных областях промышленности и транспорта. Официальное признание данной технологии определяется стандартом EIA-709 Ассоциации Производителей Бытовой Электроники (CEMA – Customer Electronics Manufactures Association) в области автоматизации жилых помещений (Home Automation). Согласно данному стандарту сеть управления LonWorks поддерживает различные среды передачи данных: симметричные кабели на основе «витой пары», коаксиальный кабель, радио- и инфракрасный канал, силовые линии. Наряду с привычными типа ми сетевых топологий (шина, звезда, кольцо) в технологии LonWorks существует так называемая свободная или произвольная топология (Free Topology), позволяющая в рамках одного сегмента (управление климатом, освещением, системами безопасности, контролем доступа и пр.) комбинировать в системах управления зданиями все три стандартных типа топологии. Free Topology является наиболее популярной в системах управления зданиями, поскольку лучше всего соответствует внутренней разводке в помещениях. Общая спецификация на протокол LonTalk, который лежит в основе LonWorks, установлена в ANSI/EIA/CEA-709.1, а в двух других частях (709.2 и 709.3) устанавливается спецификация сетей управления на основе силовых линий и спецификация произвольной топологии на основе «витой пары» соответственно. Согласно последней, тип кабеля, рекомендуемый для сетей данной спецификации, должен удовлетворять требованиям, предъявляемым к неэкранированным кабелям категории 5 стандарта ANSI/EIA/TIA 586A с размером проводника 24 AWG.

Электрическая емкость кабеляЭлектрическая емкость кабеля

Рис.9

НПП «Спецкабель» разработало и производит по ТУ16.К99-024-2005 две марки кабелей с исполнением без экрана и в экране, соответствующих спецификации EIA-709.3. Конструкция неэкранированных ка белей следующая: кабели для автоматизации (КА) с одной или двумя парами скрученных однопроволочных медных проводников диаметром 0,64 мм (22AWG), изолированных пористым полиэтиленом, заключенными в общую защитную оболочку из светостабилизированного полиэтилена (П), поливинилхлоридного пластиката (В) или безгалогенной композиции (П-NH). Конструкция экранированных кабелей аналогична, но с тем отличием, что скрученные пары заключены в общий экран (Эф), состоящий из алюмолавсановой ленты с проложенным под ней дренажным многопроволочным медным луженым проводником (рис. 9).

Таблица 5
Тип канала Марка кабеля Длина магистрального кабеля (максимальное расстояние между узлами), м Длина ответви- тельного кабеля, м
TP/FT-10 (произвол. технология) КАВ, КАВЭф 500 (400)
КВП, КВПЭф 450(250)
КСПВЭВ 500 (320)
TP/FT-10 (шинная технология) КАВ, КАВЭф 1400 3
КВП, КВПЭф 900
КСПВЭВ
TP/XF-78 КАВ, КАВЭф 1400
TP/XF-1250 КАВ, КАВЭф 130 0,3
КВП, КВПЭф

Необходимо отметить, что данные марки кабелей соответствуют спецификации кабеля типа Level IV NEMA (национальной ассоциации производителей электротехнической промышленности – National Electrical Manufacturers’ Association), который рекомендован самой компанией Echelon для трех применяемых в сетях LonWorks типов каналов с различными скоростями передачи данных – TP/FT-10 (канал произвольной/свободной и шинной топологии, 78 кБит/с, соответствует стандарту EIA-709.3), TP/ХF-78 и TP/ХF1-1250 (каналы шинной топологии, 78 кБит/с и 1,25 Мбит/с). Данный кабель является универсальным для всех трех типов каналов. Для канала TP/FT-10 компания Echelon также рекомендует и другие типы кабелей такие, как обычный кабель 5-й категории по стандарту TIA 586A (также может использоваться для TP/ХF-1250) и кабель типа JY(st)Y (диаметр проводника 0,8 мм). Соответствующие этим типам кабели, разработанные и производимые на НПП «Спецкабель», имеют марки КВП или КВПЭф и КПСВЭВ (с диаметром проводников 0,52 и 0,8 мм) соответственно (табл. 5). Помимо этого сети LonWorks могут использовать канал TP-RS-485 с интерфейсом RS-485 в основе. В этом случае НПП «Спецкабель» для применения рекомендует кабели сер. RS-485, рассмотренные выше.

Кратные единицы ёмкости

При покупке радиодеталей невозможно купить конденсатор с электроёмкостью даже в несколько единиц фарад. Они выпускаются с гораздо меньшими параметрами. Это объясняется тем, что ёмкость в 1 фарад является очень большой величиной. Например, такую электроёмкость может иметь изолированный проводник в форме шара с радиусом в 13 раз больше радиуса Солнца.

Именно по этой причине для характеристики емкостных устройств применяют дольные единицы, которые рассчитываются как доля от определённого числа фарад. Для обозначения используют приставки, которые применяются для сокращения длины записываемого числа.

Таблица перевода дольных единиц

Приставка Обозначение Множитель
деци дФ dF 10^-1
санти сФ sF 10^-2
милли мФ mF 10^-3
микро мкФ F или uF 10^-6
нано нФ nF 10^-9
пико пФ pF, mmF, uuF 10^-12
фемто фФ fF 10^-15
атто аФ aF 10^-18
зепто зФ zF 10^-21
йокто иФ yF 10^-24

Таким образом, если параметр указывается равным 5 uF, то для перевода в фарады необходимо умножить цифру 5 на соответствующий множитель. Получаем 5 uF = 5 · 10-6 F.

В радиотехнике наиболее популярны модели, ёмкость которых измеряется в микрофарадах, нанофарадах (микромикрофарадах) или пикофарадах.

Также промышленность выпускает устройства ионисторы, которые представляют собой конденсаторы, имеющие двойной электрический слой. У некоторых ионисторов ёмкость может измеряться в килофарадах.

Ионистор с характеристикой в 1F

Основные понятия, связанные с электроёмкостью

Если проводник получил заряд q, на нём возникает потенциал φ. Этот потенциал зависит от геометрии и окружающей среды – для различных проводников и условий один и тот же заряд вызовет различный потенциал. Но φ всегда пропорционален q:

φ=Cq

Коэффициент С и называется электрической ёмкостью. Если речь идёт о системе из нескольких проводников (обычно двух), то при сообщении заряда одному проводнику (обкладке) возникает разность потенциалов или напряжение U:

U=Cq, отсюда С=U/q

Ёмкость можно определить, как отношение разности потенциалов к вызвавшему её заряду. Единицей измерения ёмкости в СИ служит Фарад (раньше говорили Фарада). 1 Ф = 1 В/1 Кл. Иными словами, ёмкостью в 1 фарад обладает система, в которой при сообщении заряда в 1 кулон возникает разность потенциалов в 1 вольт. 1 Фарад — это очень большое значение. На практике чаще всего употребляются дробные значения – пикофарад, нанофарад, микрофарад.

На практике такое соединение позволяет получить батарею, выдерживающую большее напряжение пробоя диэлектрика, чем у единичного элемента.

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.

Электроемкость проводника. Электроемкость конденсатора.

Электрическая ёмкость — характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд.

В (СИ) ёмкость измеряется в фарадах.

Электроемкость уединенного проводника есть физическая величина численно равная величине заряда, который необходимо сообщить данному проводнику для увеличения его потенциала на единицу. В математической форме данное определение имеет вид

где — заряд, — потенциал проводника.

Ёмкость определяется геометрическими размерами и формой проводника и электрическими свойствами окружающей среды (её диэлектрической проницаемостью) и не зависит от материала проводника. К примеру, ёмкость проводящего шара (или сферы) радиуса R равна (в системе СИ):

где ε0 — электрическая постоянная, ε — относительная диэлектрическая проницаемость.

Понятие электроёмкости также относится к системе проводников, в частности, к системе двух проводников, разделённых диэлектриком или вакуумом, — к конденсатору. В этом случае электроёмкость этих проводников (обкладок конденсатора) будет равна отношению заряда, накопленного конденсатором, к разности потенциалов между обкладками. Для плоского конденсатора ёмкость равна:

где S — площадь одной обкладки (подразумевается, что обкладки одинаковы), d — расстояние между обкладками, ε — относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками, ε0 = 8.854·10−12 Ф/м — электрическая постоянная.

Вывод формулы для плоского конденсатора (если понадобиться на всякий случай)

Каждая из заряженных пластин плоского конденсатора создает вблизи поверхности электрическое поле, модуль напряженности которого выражается соотношением

Согласно принципу суперпозиции, напряженность E поля, создаваемого обеими пластинами, равна сумме напряженностей и полей каждой из пластин:

Внутри конденсатора вектора и параллельны; поэтому модуль напряженности суммарного поля равен

Вне пластин вектора и направлены в разные стороны, и поэтому E = 0. Поверхностная плотность σ заряда пластин равна q / S, где q – заряд, а S – площадь каждой пластины. Разность потенциалов Δφ между пластинами в однородном электрическом поле равна Ed, где d – расстояние между пластинами. Из этих соотношений можно получить формулу для электроемкости плоского конденсатора:

Таким образом, электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластин (обкладок) и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Если пространство между обкладками заполнено диэлектриком, электроемкость конденсатора увеличивается в ε раз:

Конденсаторы

Для накопления значительных количеств разноименных электрических зарядов применяются конденсаторы. Конденсатор — это система двух проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Так, например, две плоские металлические пластины, расположенные параллельно и разделенные диэлектриком, образуют плоский конденсатор. Если пластинам плоского конденсатора сообщить равные по модулю заряды противоположного знака, то напряженность между пластинами будет в два раза больше, чем напряженность одной пластины. Вне пластин напряженность равна нулю. Обозначаются конденсаторы на схемах так:

При параллельном соединении конденсаторов U=U1=U2 при последовательном q=q1=q2.

В зависимости от типа диэлектрика конденсаторы бывают воздушные, бумажные, слюдяные. Конденсаторы применяются для накопления электроэнергии и использования ее при быстром разряде (фотовспышка), для разделения цепей постоянного и переменного тока, в выпрямителях, колебательных контурах и других радиоэлектронных устройствах.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

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