Die elektrische Kapazität ist eine der wichtigsten Eigenschaften eines elektrischen Stromkreises. In der Physik wird es mit dem Buchstaben C bezeichnet und in Faraden (F) gemessen. Die elektrische Kapazität bestimmt die Fähigkeit eines Kondensators, eine elektrische Ladung bei einer bestimmten Spannung zu akkumulieren. Je größer die elektrische Kapazität ist, desto mehr Ladung kann sich bei einer bestimmten Spannung auf den Kondensatorplatten ansammeln.
Wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, wird die Gesamtkapazität des Stromkreises durch die Summe der elektrischen Kapazität jedes Kondensators bestimmt. Dieses Prinzip basiert auf der Tatsache, dass die Ladung in einer seriellen Schaltung proportional zu ihren elektrischen Kapazitäten zwischen den Kondensatoren aufgeteilt wird. Somit ist die gesamte elektrische Kapazität der Schaltung geringer als die kleinste elektrische Kapazität aller Kondensatoren in der Schaltung.
Ein Beispiel:Lassen Sie uns zwei Kondensatoren mit elektrischen C-Kapazitäten haben1 und C2. Wenn Sie sie in Reihe verbinden, wird die Gesamtkapazität von C durch die Formel bestimmt:
1/C = 1/C1 + 1/C2
Also, wenn C1 = 2F und C2 = 3F, dann beträgt die Gesamtkapazität von C 1,2 F.
Das Wissen über die Art und Weise, wie die elektrische Kapazität bei der seriellen Verbindung von Kondensatoren bestimmt wird, ermöglicht es dem Elektriker, die Schaltungsparameter korrekt zu berechnen und die notwendigen Komponenten für die Erstellung elektrischer Geräte auszuwählen.
Was ist die elektrische Kapazität
Die Einheit der elektrischen Kapazität im SI-System ist Farad (F), benannt nach dem englischen Physiker Michael Faraday. Normalerweise werden Farad-Einheiten für Kondensatoren verwendet: Mikrofarad (UF), Nanofarad (nF), Picofarad (pF).
Die elektrische Kapazität hängt von den geometrischen Parametern des Kondensators ab: die Fläche der Platten, der Abstand zwischen ihnen und die Dielektrizitätszahl des Mediums. Eine Erhöhung der Plattenfläche oder eine Abnahme des Abstands zwischen den Platten führt zu einer Erhöhung der elektrischen Kapazität. Die Verwendung von Materialien mit höherer Dielektrizitätszahl trägt ebenfalls zur Erhöhung der elektrischen Kapazität bei.
Die elektrische Kapazität spielt eine wichtige Rolle in einer Vielzahl von elektronischen Geräten wie Filtern, variablen Kondensatoren, Netzteilen und anderen. Es ermöglicht Ihnen, elektrische Ladung zu akkumulieren und zu speichern sowie elektrische Schaltungen und ihre Parameter zu beeinflussen.
Definition des Begriffs der elektrischen Kapazität
Die elektrische Kapazität hängt von den geometrischen Abmessungen des Systems sowie vom Material ab, aus dem es hergestellt wird. Je größer die elektrische Kapazität ist, desto mehr Ladung kann sie bei einer bestimmten Spannung ansammeln. Die Bestimmung der elektrischen Kapazität erfolgt durch Messen des Verhältnisses der auf dem System angesammelten Ladung zu der damit verbundenen Spannung.
Die elektrische Kapazität ist ein wichtiges Merkmal, das in elektrischen Schaltungen und Geräten verwendet wird. Es bestimmt, wie schnell und wie ein elektrisches System auf Spannungsänderungen reagieren kann und welche elektrische Energie es ansammeln kann.
Serielle Kondensatorverbindung
Wenn die Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, wird die Gesamtspannung in der Schaltung proportional zu ihren elektrischen Kapazitäten zwischen ihnen aufgeteilt. Jeder Kondensator beeinflusst den effektiven Wert der elektrischen Kapazität des gesamten Stromkreises.
Die folgende Formel wird verwendet, um die Gesamtkapazität von in Reihe geschalteten Kondensatoren zu bestimmen:
Wo: Callgemein - gesamtstromkreiskapazität, C1, C2, . , Cn - die Kapazität der in Reihe geschalteten Kondensatoren.
Somit ist die Gesamtkapazität des Stromkreises bei serieller Verbindung der Kondensatoren geringer als die der einzelnen Kondensatoren. Dies liegt daran, dass sich die elektrischen Felder, die von Kondensatoren erzeugt werden, gegenseitig kompensieren.
Die serielle Verbindung von Kondensatoren wird häufig in einer Vielzahl von elektronischen Geräten wie Filtern, Spannungsreglern, Abwärtswandlern und anderen verwendet. Die Fähigkeit, die Gesamtkapazität eines Stromkreises bei der seriellen Verbindung von Kondensatoren richtig zu bestimmen, ist eine wichtige Fähigkeit für Ingenieure und Elektroniker.
Wie man Kondensatoren an eine Kette anschließt
Wenn Sie eine größere elektrische Kapazität benötigen, als bei einem einzelnen Kondensator verfügbar ist, können Sie mehrere Kondensatoren in einer Kette verbinden.
Es gibt zwei grundlegende Möglichkeiten, Kondensatoren zu verbinden:
- Reihenschaltung
- Parallelschaltung
Für eine serielle Verbindung werden die Kondensatoren nacheinander verbunden, so dass der positive Anschluss eines Kondensators mit dem negativen Anschluss des nächsten Kondensators verbunden ist. Für eine Kette von n kondensatoren die elektrische Kapazität der Schaltung wird durch die Formel bestimmt:
Für eine parallele Verbindung werden die Kondensatoren so verbunden, dass die positiven Anschlüsse aller Kondensatoren miteinander verbunden sind und die negativen Anschlüsse ebenfalls miteinander verbunden sind. Die elektrische Kapazität der Schaltung entspricht in diesem Fall der Summe der elektrischen Kapazität aller Kondensatoren:
Die Wahl der Verbindungsmethode für Kondensatoren hängt von den Zwecken und Anwendungsbedingungen der elektronischen Schaltung ab. Eine serielle Verbindung wird verwendet, um die gesamte elektrische Kapazität zu erhöhen, und eine parallele Verbindung ermöglicht eine größere Kapazität mit minimalem Widerstand.
Beim Anschließen von Kondensatoren an eine Kette müssen ihre Nennwerte, die Spannung, unter der sie arbeiten, und andere Parameter berücksichtigt werden, um eine Überlastung und Beschädigung zu vermeiden.
Wie kann ich die Gesamtkapazität bestimmen
Die Bestimmung der gesamten elektrischen Kapazität bei der seriellen Verbindung von Kondensatoren kann mit einer Formel durchgeführt werden, die die Werte der elektrischen Kapazität ihrer Anzahl berücksichtigt.
Zunächst muss klargestellt werden, dass eine serielle Verbindung von Kondensatoren eine Verbindung bedeutet, bei der der positive Anschluss eines Kondensators mit dem negativen Anschluss des nächsten Kondensators usw. verbunden ist.
Sie können die folgende Formel verwenden, um die Gesamtkapazität einer seriellen Verbindung zu bestimmen:
| Kondensator | Elektrische Kapazität (F) |
|---|---|
| Kondensator 1 | C1 |
| Kondensator 2 | C2 |
| Kondensator 3 | C3 |
| . | . |
| Kondensator n | Cn |
Die gesamte elektrische Kapazität ist in diesem Fall gleich:
Sob = 1 / ((1/C1) + (1/C2) + (1/C3) + . + (1/Cn))
Wenn Sie also die Werte für die elektrischen Kapazitäten jedes Kondensators in einer seriellen Verbindung kennen, können Sie leicht die Gesamtkapazität eines bestimmten Stromkreises bestimmen.
Formel zur Bestimmung der Gesamtkapazität
Die Gesamtkapazität eines Stromkreises mit in Reihe geschalteten Kondensatoren wird durch die Formel bestimmt:
- Callgemein - Gesamtstromkreiskapazität
- C1, C2, . Cn - die Kapazität der in Reihe geschalteten Kondensatoren
Die Formel zeigt, dass die Gesamtkapazität eines Stromkreises mit in Reihe geschalteten Kondensatoren die Summe der umgekehrten Werte der elektrischen Kapazität jedes Kondensators ist.
Somit entspricht die gesamte elektrische Kapazität bei serieller Kopplung der Kondensatoren der Summe der umgekehrten elektrischen Kapazität jedes Kondensators.
Berechnungsbeispiele
Betrachten wir einige Beispiele für die Berechnung der äquivalenten elektrischen Kapazität, wenn Kondensatoren seriell miteinander verbunden sind.
Beispiel 1:
Lassen Sie zwei Kondensatoren mit elektrischen Kapazitäten C1 = 10 µF und C2 = 20 µF vorhanden sein.
Definieren wir die äquivalente elektrische Kapazität des Systems:
| Kondensatoren | C (UF) |
|---|---|
| C1 | 10 |
| C2 | 20 |
Mit einer Formel zur Berechnung der äquivalenten elektrischen Kapazität bei einer seriellen Verbindung:
Ersetzen wir die Werte der elektrischen Kapazitäten:
C = 1 / (1/10 + 1/20) = 6.67 UF
Beispiel 2:
Lassen Sie drei Kondensatoren mit elektrischen Kapazitäten C1 = 5 µF, C2 = 10 µF und C3 = 15 µF vorhanden sein.
Definieren wir die äquivalente elektrische Kapazität des Systems:
| Kondensatoren | C (UF) |
|---|---|
| C1 | 5 |
| C2 | 10 |
| C3 | 15 |
Mit einer Formel zur Berechnung der äquivalenten elektrischen Kapazität bei einer seriellen Verbindung:
C = 1 / (1/C1 + 1/C2 + 1/C3)
Ersetzen wir die Werte der elektrischen Kapazitäten:
C = 1 / (1/5 + 1/10 + 1/15) = 3.33 UF
Berechnung der gesamten elektrischen Kapazität für mehrere Kondensatoren
Wenn mehrere Kondensatoren in Reihe geschaltet werden, kann die gesamte elektrische Kapazität mit einer Formel berechnet werden:
wo mit1, Innerhalb2, Innerhalb3, . Mitn - die elektrische Kapazität jedes Kondensators in der Verbindung.
Um die Gesamtkapazität mehrerer Kondensatoren zu ermitteln, müssen Sie daher die inverse Kapazität jedes Kondensators berechnen, sie addieren und dann den umgekehrten Wert der resultierenden Summe ermitteln.
Lassen Sie drei Kondensatoren mit den Werten der elektrischen Kapazität mit vorhanden sein1 = 10 UF, mit2 = 20 UF und S3 = 30 µF. Dann wird die gesamte elektrische Kapazität wie folgt berechnet:
1/Sallgemein = 1/10 + 1/20 + 1/30
1/Sallgemein = 0.1 + 0.05 + 0.0333 = 0.1833
Mitallgemein = 1/0.1833 ≈ 5.45 UF
Somit beträgt die Gesamtkapazität von drei Kondensatoren mit 10 UF-, 20 UF- und 30 UF-Kapazitätswerten ungefähr 5.45 UF.
