Kas ir kapacitāte elektrotehnikā

Elektriskā kapacitāte raksturo vadošu ķermeņu īpašību uzlādēties elektriskā lauka ietekmē, kā arī uzkrāt elektrisko enerģiju šo ķermeņu laukā.

Elektriskās jaudas analoģija hidrostatikas jomā var būt kuģa īpatnējā jauda uz augstuma vienību, kas skaitliski ir vienāda ar kuģa horizontālās sekcijas laukumu.

Iedomājieties augstu cisternu. Šķidruma daudzums (elektrības daudzums uz ķermeņa), ko var uzglabāt tvertnē, ir atkarīgs no tā piepildījuma augstuma (ķermeņa potenciāls), kā arī no šķidruma tilpuma uz vienu tvertnes augstuma vienību (ķermeņa ietilpība). Šis šķidruma tilpums savukārt ir atkarīgs no tvertnes horizontālās daļas laukuma - no tā diametra.

Jo lielāks šis diametrs un līdz ar to arī tilpums uz augstuma vienību, jo lielāka ir tvertnes īpatnējā kapacitāte uz vienu augstumu (elektriskā kapacitāte starp abām plāksnēm ir proporcionāla plākšņu laukumam, sk. Kas nosaka kondensatora kapacitāti?).Attiecīgi tas ir atkarīgs no šķidruma tilpuma vērtības uz vienu augstuma vienību un darba, kas jāpavada tvertnes uzpildīšanai.

Pieņemsim, ka telpā ir divas vienāda izmēra vara bumbiņas (sarkana un zila), kas atrodas noteiktā attālumā viena no otras. Paņemiet 9 voltu akumulatoru un pievienojiet to ar pretējiem poliem šīm divām bumbiņām tā, lai "+" būtu savienots ar vienu bumbiņu (uz zilo) un "-" ar otru (ar sarkano). Starp bumbiņām parādīsies elektriskā potenciāla starpība, kas vienāda ar akumulatora spriegumu V = 9 volti.

Šo divu vara lodīšu elektriskie stāvokļi uzreiz kļuva savādāki nekā pirms akumulatora pievienošanas, jo tagad uz bumbiņām ir pretēji elektriskie lādiņi, kas mijiedarbojas, izjūtot pievilkšanās spēku viena pret otru.

Var teikt, ka akumulators ir pārnesis pozitīvu lādiņu + q no kreisās lodītes uz labo un tāpēc potenciālā starpība starp bumbiņām ir kļuvusi V = 9 volti. Tagad kreisā bumbiņa ir negatīvi uzlādēta -q.

Ja ķēdei virknē pievienosim vēl vienu tāda paša tipa akumulatoru, tad potenciālā starpība starp lodītēm kļūs divreiz lielāka, spriegums starp tām vairs nebūs 9 volti, bet 18 volti, un lādiņš pārvietosies no bumba uz bumbu arī dubultosies (tas kļūs par 2q), kā arī spriegums. Bet kāds ir šī lādiņa q lielums, kas pārvietojas katru reizi, kad spriegums palielinās par 9 voltiem?

Acīmredzot šī lādiņa lielums ir proporcionāls potenciālajai starpībai, kas izveidota starp bumbiņām. Bet kādā precīzā skaitliskā attiecībā ir lādiņa un potenciāla atšķirība? Šeit mums būs jāievieš tāda vadītāja īpašība kā elektriskā jauda C.

Kapacitāte ir mērs, kas nosaka vadītāja spēju uzglabāt elektrisko lādiņu. Ir arī svarīgi saprast, ka tad, kad pirmais vads ir uzlādēts, palielinās elektriskā lauka stiprums ap to. Attiecīgi palielināsies pirmā uzlādētā vada ietekme uz otro uzlādēto vadu, it īpaši, ja tie sāks tuvoties viens otram.

Mijiedarbības spēks starp uzlādētiem vadiem kļūst lielāks, ja attālums starp tiem kļūst mazāks. Turklāt, atkarībā no barotnes parametriem starp vadiem, to mijiedarbības stiprums var būt arī atšķirīgs.

Tātad, ja starp vadiem ir vakuums, tad pievilkšanās spēks starp to lādiņiem būs viens, bet, ja vakuuma vietā starp vadiem ievieto neilonu, tad elektrostatiskās mijiedarbības spēks trīskāršosies, jo neilons šķērso elektriskais lauks caur sevi ir 3 reizes labāks par gaisu, un faktiski elektriskā lauka dēļ uzlādētie vadi mijiedarbojas viens ar otru.

Ja uzlādētie vadi sāks izplatīties viens no otra dažādos virzienos, tad tie mijiedarbosies mazāk, potenciālā atšķirība būs lielāka vienādiem lādiņiem, tas ir, šādas sistēmas jauda samazināsies, atdaloties vadiem. Darba pamatā ir ideja par elektrisko jaudu kondensatori.

Kondensatori

Kondensatoros tiek izmantota uzlādētu vadītāju īpašība elektrostatiski mijiedarboties vienam ar otru caur dielektriķi atdalītiem elektriskajiem laukiem.

Strukturāli kondensatori ir divas plāksnes, ko sauc par plāksnēm. Plāksnes ir atdalītas ar dielektriķi.Lai iegūtu pēc iespējas lielāku jaudu, nepieciešams, lai plāksnēm būtu liela virsma un attālums starp tām būtu minimāls.

Kondensatori elektrotehnikā kalpo kā elektriskās enerģijas akumulatori elektriskajā laukā, kas koncentrēts starp kondensatora plāksnēm novietotā dielektriķa tilpumā, kura dēļ tiek uzkrāts vai noņemts lādiņš (elektriskās strāvas veidā).

Divas plāksnes ir novietotas nelielā attālumā viena no otras noslēgtā korpusā. Keramikas, polipropilēna, elektrolīta, tantala utt. — kondensatori atšķiras pēc dielektriķa veida starp plāksnēm.

Kondensatori ir augstsprieguma un zemsprieguma atkarībā no dielektriskās stiprības.

Atkarībā no plākšņu laukuma un izmantotā dielektriķa dielektriskās konstantes ir kondensatori ar lielu ietilpību, kas sasniedz simtiem faradu (superkondensatoru), un mazas ietilpības - pikofaradu vienības.

Elektriskās jaudas izmantošana elektrotehnikā

Kapacitatīvo sistēmu īpašība tiek plaši izmantota elektrotehnikā maiņstrāvas tehnoloģijās, īpaši augsto un īpaši augsto frekvenču jomā.

Līdzstrāvas tehnoloģijā kapacitāte tiek izmantota pastāvīgo magnētu magnetizēšanas ierīcēs, impulsu elektriskajai metināšanai, impulsu dielektrisko sabrukšanas testiem, strāvas līknes izlīdzināšanai taisngriežos u.c.

Jebkuras izolētu vadošu ķermeņu sistēmas kapacitāte, kuru nevar pilnībā samazināt līdz nullei, dažos gadījumos var nevēlami ietekmēt elektrisko ierīču raksturlielumus (traucējumu, kapacitatīvās noplūdes utt. veidā).

Jūs varat atbrīvoties no šādas ietekmes vai attiecīgi kompensējot tās ietekmi (parasti izmantojot induktivitāti), vai radot tādus apstākļus, kuros atsevišķu sistēmas ķermeņu potenciāliem attiecībā pret apkārtējiem objektiem ir minimāla vērtība (piemēram, kāda no ķermeņiem zemējums).