Kaj je kapacitivnost v elektrotehniki

Električna zmogljivost označuje lastnost prevodnih teles, da se napolnijo pod vplivom električnega polja in tudi kopičijo električno energijo v polju teh teles.

Analogija električne zmogljivosti na področju hidrostatike je lahko specifična zmogljivost posode na enoto višine, ki je številčno enaka površini vodoravnega odseka posode.

Predstavljajte si visoko cisterno. Količina tekočine (količina elektrike na telesu), ki jo lahko shranimo v rezervoar, je odvisna od višine njegovega polnjenja (telesni potencial) kot tudi prostornine tekočine na enoto višine rezervoarja (kapaciteta telesa). Ta prostornina tekočine je odvisna od površine vodoravnega dela rezervoarja - od njegovega premera.

Večji kot je ta premer in s tem prostornina na enoto višine, večja je specifična kapacitivnost na višino rezervoarja (električna kapacitivnost med obema ploščama je sorazmerna s površino plošč, glej - Kaj določa kapacitivnost kondenzatorja?).Skladno s tem je odvisno od vrednosti prostornine tekočine na enoto višine in dela, ki ga je treba porabiti za polnjenje rezervoarja.

Recimo, da sta dve bakreni krogli enake velikosti (rdeča in modra), ki se nahajata na določeni razdalji drug od drugega v prostoru. Vzemite 9-voltno baterijo in jo z nasprotnima poloma povežite s tema dvema kroglicama, tako da je «+» povezan z eno kroglico (z modro) in «-» z drugo (z rdečo). Med kroglicami se bo pojavila električna potencialna razlika, ki je enaka napetosti baterije V = 9 voltov.

Električni stanji teh dveh bakrenih kroglic sta takoj postali drugačni kot pred priključitvijo baterije, ker so zdaj na kroglicah nasprotni električni naboji, ki medsebojno delujejo in doživljajo silo privlačnosti druga proti drugi.

Lahko rečemo, da je baterija prenesla pozitiven naboj + q z leve kroglice na desno in zato je potencialna razlika med kroglicama postala V = 9 voltov. Zdaj je leva kroglica negativno nabita -q.

Če v tokokrog zaporedno dodamo še eno istovrstno baterijo, bo potencialna razlika med kroglicama dvakrat večja, napetost med njima ne bo več 9 voltov, ampak 18 voltov, naboj pa se bo premikal od žogica na žogico se bo prav tako podvojila (postala bo 2q), kot tudi napetost. Toda kolikšna je velikost tega naboja q, ki se premakne vsakič, ko napetost naraste za 9 voltov?

Očitno je velikost tega naboja sorazmerna potencialni razliki, ustvarjeni med kroglicama. Toda v kakšnem natančnem številčnem razmerju sta razlika naboja in potenciala? Tukaj bomo morali uvesti takšno značilnost prevodnika, kot je električna kapaciteta C.

Kapacitivnost je merilo sposobnosti prevodnika za shranjevanje električnega naboja. Pomembno je tudi razumeti, da ko je prva žica napolnjena, se moč električnega polja okoli nje poveča. V skladu s tem se bo učinek prve nabite žice na drugo nabito žico povečal, še posebej, če se začneta približevati druga drugi.

Sila interakcije med naelektrenimi žicami postane večja, če se razdalja med njima zmanjša. Poleg tega je lahko glede na parametre medija med žicami različna tudi moč njihove interakcije.

Torej, če je med žicami vakuum, bo privlačna sila med njunima nabojema enaka ena, če pa je najlon nameščen med žicama namesto vakuuma, se bo sila elektrostatične interakcije potrojila, ker najlon prehaja električno polje skozi sebe 3-krat boljše od zraka in pravzaprav zaradi električnega polja naelektrene žice medsebojno delujejo.

Če se naelektrene žice začnejo širiti druga od druge v različnih smereh, potem bodo manj medsebojno vplivale, potencialna razlika bo večja za enake naboje, to pomeni, da se bo zmogljivost takega sistema zmanjšala z ločitvijo žic. Delo temelji na ideji o električni zmogljivosti kondenzatorji.

Kondenzatorji

Lastnost nabitih prevodnikov, da medsebojno elektrostatično delujejo prek električnih polj drug drugega, ločenih z dielektrikom, se uporablja v kondenzatorjih.

Strukturno sta kondenzatorja dve plošči, imenovani plošči. Plošči sta ločeni z dielektrikom.Da bi dosegli največjo možno zmogljivost, je potrebno, da imajo plošče veliko površino in da je razdalja med njimi minimalna.

Kondenzatorji v elektrotehniki služijo kot akumulatorji električne energije v električnem polju, ki je koncentrirano v prostornini dielektrika, nameščenega med ploščama kondenzatorja, zaradi česar se naboj kopiči ali odvaja (v obliki električnega toka).

Dve plošči sta nameščeni na kratki razdalji znotraj zaprtega ohišja. Keramika, polipropilen, elektrolit, tantal itd. — kondenzatorji se razlikujejo glede na vrsto dielektrika med ploščama.

Kondenzatorji so glede na dielektrično trdnost visokonapetostni in nizkonapetostni.

Odvisno od površine plošč in dielektrične konstante uporabljenega dielektrika obstajajo kondenzatorji z veliko kapaciteto, ki dosežejo stotine faradov (superkondenzatorji), in majhne kapacitete - enote pikofaradov.

Uporaba električne zmogljivosti v elektrotehniki

Lastnost kapacitivnih sistemov se pogosto uporablja v elektrotehniki v tehnologijah izmeničnega toka, zlasti na področju visokih in ultravisokih frekvenc.

V enosmerni tehnologiji se kapacitivnost uporablja v napravah za magnetiziranje s trajnimi magneti, za pulzno električno varjenje, pulzne dielektrične prebojne teste, glajenje tokovne krivulje v usmernikih itd.

Kapacitivnost katerega koli sistema izoliranih prevodnih teles, ki je ni mogoče popolnoma zmanjšati na nič, ima lahko v nekaterih primerih neželen učinek na lastnosti električnih naprav (v obliki motenj, kapacitivnega uhajanja itd.).

Takšnega vpliva se lahko znebite ali pa ustrezno kompenzirate njegov učinek (običajno z uporabo induktivnosti), ali z ustvarjanjem takšnih pogojev, v katerih imajo potenciali določenih teles sistema glede na okoliške predmete minimalno vrednost (na primer ozemljitev enega od teles).