Что такое электрическая емкость и в чем она измеряется
В электротехнике часто встречается понятие ёмкости. При этом речь идёт не о ведре или другом сосуде, а об электрической ёмкости проводника, аккумулятора и конденсатора. Путать эти понятия нельзя. В этой статье мы разберемся, что такое электрическая ёмкость, от чего она зависит и в каких единицах измеряется.
- Определение
- Конденсаторы
- Аккумуляторы и электроемкость
Определение
Для проводников электрической ёмкостью называется величина, которая характеризует способность тела накапливать электрический заряд. Это и есть её физический смысл. Обозначается латинской буквой C. Она равна отношению заряда к потенциалу, если это записать в виде формулы, то получается следующее:
C=q/Ф
Электроемкость любого предмета зависит от его формы и геометрических размеров. Если рассмотреть проводник в форме шара, в качестве примера, то формула для расчета её величины будет иметь вид:
Эта формула справедлива для уединенного проводника.
(-12) Ф
Конденсаторы
Конденсатор — это две пластины из проводящего материала, расположенные друг напротив друга, между которым находится слой диэлектрика. В заряженном состоянии обкладки имеют разные потенциалы: одна из них будет положительной, а вторая отрицательной. Электроемкость конденсатора зависит от величины заряда на его обкладках и разности потенциалов, напряжения между ними. Между пластинами возникает электростатическое поле, которое удерживает заряды на обкладках. Формула электрической емкости конденсатора в общем случае:
C=q/U
Если сказать простыми словами, то емкость конденсатора зависит от площади пластин и расстояния между ними, а также относительной диэлектрической проницаемости материала, расположенного между ними. Их различают по используемому диэлектрику:
- керамические;
- плёночные;
- слюдяные;
- металлобумажные;
- электролитические;
- танталовые и пр.
По форме обкладок:
- плоские;
- цилиндрические;
- сферические и пр.
Так как формула площади фигуры зависит от её формы, то и формула ёмкости будет разной для каждого случая.
Для плоского конденсатора:
Для двух концентрических сфер с общим центром:
Для цилиндрического конденсатора:
Как и у других элементов электрической цепи и в этом случае есть два основных способа соединения конденсаторов: параллельное и последовательное.
От этого зависит итоговая электрическая емкость полученной цепи. Расчёты ёмкости нескольких конденсаторов напоминают расчёты сопротивления резисторов в разном включении, только формулы для способов соединения расположены наоборот, то есть:
- При параллельном соединении общая электроемкость цепи является суммой емкостей каждого из элементов. Каждый следующий подключенный увеличивает итоговую емкость
Cобщ=C1+C2+C3
- При последовательном подключении электроемкость цепи снижается, подобно снижение сопротивления в цепи параллельно включённых резисторов. То есть:
То есть:Cобщ=(1/С1)+ (1/С2)+ (1/С3)
Важно! В параллельной схеме соединения напряжения на обкладках каждого элемента одинаковы. Это используют для получения больших значений электроемкости. В последовательном включении двух элементов напряжения на обкладках каждого из конденсаторов составляют по половине общего напряжения. Для трёх – трети и так далее.
Аккумуляторы и электроемкость
Основными характеристиками аккумуляторных батарей является:
- Номинальное напряжение.
- Емкость.
- Максимальный ток разряда.
В данном случае для определения количественной характеристики времени работы или, говоря простым языком, чтобы рассчитать, на какое время работы прибора хватит аккумулятора, используют величину ёмкости.
В аккумуляторных батареях для описания электрической ёмкости используют следующие размерности:
- А*ч — ампер-часы для больших аккумуляторов, например автомобильных.
- мА*ч — милиампер-часы, для аккумуляторов для носимых устройств, например смартфонов, квадрокопетров и электронных сигарет.
- Вт*часы — ватт-часы.
Эти характеристики позволяют определить, сколько времени работы выдержит аккумулятор при конкретной нагрузке. Для определения электрическую емкость аккумулятора измеряют в кулонах (Кл). В свою очередь кулон равен количеству электричества, переданному аккумулятору при силе тока 1А за 1с. Тогда если перевести в часы, то при токе в 1А за 1 час передается 3600 Кл.
Одним из способов измерения емкости аккумулятора является его разряд заведомо известным током, при этом вы должны замерить время разряда. Допустим, если аккумулятор разрядился до минимального уровня напряжения за 10 часов током в 5А – значит его емкость 50 А*ч
Электроемкость – это важная величина в электронике и электротехнике. На практике конденсаторы применяются практически в каждой схеме электронного устройства. Например, в блоках питания – для сглаживания пульсаций, уменьшения влияния высоковольтных всплесков на силовые ключи. Во времязадающих цепях различных схем, а также в ШИМ-контроллерах для того, чтобы задать рабочую частоту.
Более подробно изучить вопрос поможет предоставленное видео:
Кратко объяснение изложено в этом видео уроке:
Теперь вы знаете, что такое электрическая емкость, в каких единицах происходит ее измерение и от чего зависит данная величина. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и понятной!
Материалы по теме:
- Как определить емкость конденсатора
- Что такое электрический заряд
- Закон Кулона простыми словами
Выделим на поверхности проводника малый элемент площади dS, полагая,
что заряд этого элемента является
точечным. ,где — относительная диэлектрическая проницаемость среды, в которой находится проводник. Интегрируя это выражение по всей поверхности проводника S, найдем потенциал, создаваемый в рассматриваемой точке всем проводником: Так как в различных точках на поверхности проводника поверхностная плотность заряда имеет разные значения, то будем полагать, что , где k — некоторая функция координат выбранного элемента поверхности dS. Тогда выражение для потенциала проводника имеет вид . (3.1) В полученном выражении интеграл зависит
от размеров и формы поверхности проводника, а также от расположения точки,
для которой определяется потенциал. Значения этого интеграла не зависят от величины заряда, сообщенного проводнику, т. е. одинаковы при различных значениях заряда q. Из формулы (3.1) следует, что потенциал уединенного проводника прямо пропорционален
его заряду и отношение заряда q к потенциалу
для данного проводника есть величина постоянная. Это отношение называется электрической емкостью, или электроемкостью, проводника: Электрическая емкость уединенного проводника зависит от его формы и размеров, а также от величины относительной диэлектрической проницаемости среды, в которой он находится. Электроемкость не зависит от материала проводника, его агрегатного состояния, от формы и размеров возможных полостей внутри проводника. Электроемкость не зависит также ни от заряда проводника, ни от его потенциала. В качестве примера найдем электроемкость уединенного проводящего шара
радиуса R, покрытого слоем диэлектрика с относительной проницаемостью
и толщиной d. За пределами слоя напряженность поля определяется выражением: Потенциал поверхности шара: Таким образом, электроемкость шара, покрытого слоем диэлектрика, есть В случае, если толщина диэлектрического слоя , емкость шара равна . При d=0 она равна . Из приведенных соотношений следует, что потенциалы одинаково заряженных и геометрически подобных проводников должны быть обратно пропорциональны их линейным размерам, а их электрические емкости прямо пропорциональны этим размерам. Электроемкость проводника численно равна заряду, который нужно сообщить
этому проводнику для изменения его потенциала на единицу. Если вблизи проводника есть другие проводящие незаряженные тела, то при сообщении проводнику некоторого электрического заряда его потенциал будет меньше, чем потенциал уединенного проводника таких же формы и размеров. Это обусловлено тем, что на поверхностях тел, обращенных к заряженному проводнику, будут индуцироваться электрические заряды противоположного знака. Для наглядности поясним это явление на примере. Пусть на некотором расстоянии
от проводящего шара радиуса R расположен незаряженный металлический
стержень длиной l так, что его ближний конец находится на расстоянии r от центра шара, а дальний — на расстоянии (r + l).
Если шару сообщить положительный электрический заряд Q, то создаваемое
шаром поле будет индуцировать на ближнем конце стержня заряд -q,
а на дальнем заряд +q. Следовательно, электроемкость проводника возрастает, если недалеко от него находятся другие проводящие тела. В этом случае принято говорить о взаимной электроемкости проводников. Наибольший интерес представляет взаимная электроемкость системы из двух проводников с равными по величине и противоположными по знаку электрическими зарядами: |+q| = |- q| = q. Их взаимная электрическая емкость определяется как отношение заряда к разности потенциалов ,где разность потенциалов между проводниками. Вопросы 1) От чего зависит электроемкость проводника наверх | ||||||
В другой точке поверхности этого же проводника, отстоящей
от элемента dS на расстояние r, этот заряд создает электрическое
поле, потенциал которого равен
Пусть шар имеет заряд q. Тогда напряженность
поля, создаваемого шаром внутри диэлектрического слоя, 
В СИ единица
измерения электрической емкости 1 фарада (Ф). Это емкость такого проводника,
потенциал которого изменяется на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл:
1 Ф = 1 Кл / 1 В.
Потенциал шара при этом будет равен
Что вам нужно знать – KevianClean
Индикатор уровня топлива обычно загорается, чтобы ваш автомобиль напоминал вам о необходимости заправиться бензином. Хотя большинство автомобилистов находят это раздражающим и предпочитают игнорировать его еще несколько миль, это стоящее раздражение, потому что вы никогда не сможете быть в полной безопасности.
Другие водители могут взбеситься и пойти на заправку , чтобы заправиться, как положено. В любом случае, вот что вам нужно знать о емкости топливного бака типичного автомобиля, чтобы избежать повреждения двигателя или паники.
Какова стандартная емкость топливного бака автомобиля?
- Средние размеры топливных баков: Бак — это часть системы двигателя вашего автомобиля, содержащая легковоспламеняющееся топливо, такое как бензин и масло . Средний бак может вместить от 45 до 65 литров топлива. Однако средний танк, в свою очередь, перевозит средний автомобиль, то есть седан. Что касается грузовиков и внедорожников, то у них баки намного больше, в то время как у автомобилей Nano или миниатюрных транспортных средств размер бака, в свою очередь, также меньше.
Средний бак может вместить от 45 до 65 литров топлива. Однако средний танк, в свою очередь, перевозит средний автомобиль, то есть седан. Что касается грузовиков и внедорожников, то у них баки намного больше, в то время как у автомобилей Nano или миниатюрных транспортных средств размер бака, в свою очередь, также меньше.- Резервный танк: Вы, наверное, слышали фразу «резервный танк». Это происходит из автомобильной промышленности и относится к транспортным средствам с дополнительным баком, емкость которого составляет 15% от емкости основного бака. Однако резервные танки в настоящее время ушли в прошлое, уйдя в прошлое, как лошадь и повозка. В основном старинные автомобили используют эти баки ради дальних поездок.
- Крышка топливной камеры: На крышке топливной камеры на самом деле есть надпись, которая объясняет крышку или предел вашего топливного бака (отсюда и термин «крышка», означающий «емкость», который по иронии судьбы помещен на «крышке» или «крышке»). ). Например, если он показывает 60 л, это означает, что емкость бака должна вмещать 60 литров бензина или нефтепродуктов. Около 1–2 литров топлива непригодны для использования, поскольку они зарезервированы для удержания отложений вашего топливного бака на дне.
). Например, если он показывает 60 л, это означает, что емкость бака должна вмещать 60 литров бензина или нефтепродуктов. Около 1–2 литров топлива непригодны для использования, поскольку они зарезервированы для удержания отложений вашего топливного бака на дне.- Современные автомобили и топливные баки: Современные автомобили фактически перестают работать, когда остается от 5 до 10 литров бензина, поэтому полностью опорожнить бак невозможно. Более того, более новые автомобили, которые действительно имеют запасные баки, будут указывать количество, включающее запасной бак. Кроме того, топливный индикатор уведомит вас о низком уровне бензина еще до того, как вы достигнете отметки в 5-10 литров по очевидным причинам.
- Можно ли заполнить бензобак полностью или больше, чем номинальная емкость? Да. Также нет. Вот объяснение. 55-литровый контейнер, очевидно, не может вместить 60 литров, так как он переполнится. Кстати, в его вместимость входит резервный бак. Для нормального срабатывания емкость бака должна быть стабильной. Однако топливная горловина или впускной патрубок в некоторых баках могут вмещать 10-15 литров. Однако газовые камеры больше не для дополнительного топлива, а для того, чтобы было место для воздуха сверху, чтобы предотвратить паровую пробку.
Кстати, в его вместимость входит резервный бак. Для нормального срабатывания емкость бака должна быть стабильной. Однако топливная горловина или впускной патрубок в некоторых баках могут вмещать 10-15 литров. Однако газовые камеры больше не для дополнительного топлива, а для того, чтобы было место для воздуха сверху, чтобы предотвратить паровую пробку.← Предыдущее сообщение Новая запись →
Топливные баки генераторов – определение объема топлива, типов баков, разрешений и кодов
Генераторы снабжают вспомогательную электроэнергию во время перебоев в электроснабжении от местной электрораспределительной компании. Это делается путем использования входной механической энергии для инициирования сгорания топлива и преобразования высвобождаемой энергии в электрическую энергию. Прочтите эту статью, чтобы узнать больше о том, как генератор вырабатывает электричество.
Если в генераторе нет топлива во время отключения электроэнергии, то назначение генератора теряется. Следовательно, важно хранить топливо, чтобы не возникло такой возможности. Топливо хранится в специально сконструированных топливных баках. При выборе и установке соответствующего топливного бака генератора необходимо учитывать несколько факторов.
Сначала вам нужно определить, сколько топлива вам нужно хранить, так как от этого будет зависеть емкость вашего топливного бака. Рассчитайте минимальную емкость хранилища, сначала оценив следующие три параметра.
(1) Аварийный запас: Сколько топлива вам потребуется на случай задержек с поставками или чрезмерного потребления?
(2) Срок поставки: Какое время требуется для закупки топлива у поставщика до генераторной площадки?
(3) Запас на время выполнения заказа: Сколько топлива вам потребуется для работы вашего генератора в период выполнения заказа?
На основе трех вышеуказанных параметров минимальные требования к хранению определяются как –
Минимальная вместимость склада = аварийный запас + резервный запас
В случае нечастых или непродолжительных отключений электроэнергии для ваших потребностей в топливе будет достаточно меньшего резервуара для хранения.
Однако вам нужно будет чаще покупать топливо небольшими партиями, чтобы пополнить свой бак. Несмотря на низкие первоначальные инвестиции (капитальные затраты) в установку резервуара для хранения и низкие затраты на техническое обслуживание, стоимость доставки единицы топлива будет выше.
Большие резервуары для хранения необходимы, когда генератор используется для поддержки крупных коммерческих предприятий или там, где перебои в подаче электроэнергии часты и длятся в течение длительного периода времени. В этом случае вы сможете закупать топливо реже и большими партиями. Однако вы понесете более высокие первоначальные затраты (капитальные затраты) при установке резервуара для хранения. Затраты на техническое обслуживание также будут высокими в долгосрочной перспективе. С другой стороны, стоимость доставки единицы топлива снижается, поскольку вы можете заказать доставку большого количества топлива за один раз. Однако вам также необходимо учитывать скрытые расходы, связанные с опасностями хранения большего количества топлива.
Перед доработкой складских мощностей необходимо заключить договор на поставку топлива с поставщиком. Должна быть оценена способность поставщика поставлять требуемое количество с требуемой периодичностью, а штрафы за невыполнение обязательств должны быть включены в контракт.
Типы топливных баков Топливные баки генераторов обычно бывают трех типов –
(1) Базовые баки
(2) Подземные резервуары для хранения
(3) Надземные резервуары для хранения
Если вам нужно хранить менее 1000 галлонов топлива, вам понадобятся подбазовые баки. Как следует из названия, подбазовые баки предназначены для размещения над землей, но ниже основания генераторной установки.
Базовые резервуары имеют прямоугольное поперечное сечение и резервуары с двойными стенками. Это помогает предотвратить разлив топлива в случае утечки. Оба резервуара должны быть изготовлены из толстостенной сварной стали.
К основному баку присоединено несколько трубопроводов и фитингов, наиболее важными из которых являются подача и возврат топлива, воздушная заслонка, клапан аварийного сброса давления и сигнализаторы высокого и низкого уровня топлива. Система наполнения бака должна быть спроектирована таким образом, чтобы во время наполнения не было утечки, а впускной клапан автоматически закрывался, когда бак наполняется.заполнен на 5%. После установки первичный резервуар испытывается под давлением 5 фунтов на кв. дюйм, а вторичный резервуар – при давлении 3 фунта на кв. дюйм.
Если вам нужно хранить более 1000 галлонов топлива, вы можете выбрать подземные или надземные резервуары для хранения. Подземные резервуары для хранения более дороги в установке, но имеют более длительный срок службы, поскольку они защищены от окружающей среды. Подземные резервуары для хранения могут быть изготовлены из пластика, армированного стекловолокном.
Такие резервуары обычно ребристые, чтобы обеспечить прочность конструкции. В качестве альтернативы подземные резервуары для хранения могут быть изготовлены из стали, но с соответствующей катодной защитой от коррозии под действием грунтовых вод. Аналогичным образом трубопровод от подземного резервуара к генератору может быть изготовлен из пластика, армированного стекловолокном, или из стали с катодной защитой.
Утечки и разливы в системах подземных резервуаров могут быть дорогостоящими и трудными для устранения. Такие системы должны быть оснащены оборудованием и процедурами для предотвращения переполнения и разлива. В худшем случае установка подземных резервуаров для хранения должна быть такой, чтобы разливы или утечки топлива ограничивались ограниченной площадью. Следовательно, подземная часть окружена бетонным полом и стенами. После установки подземных накопительных резервуаров в этой области внешняя часть засыпается песком и гравием.
Наземные резервуары для хранения Как следует из названия, эти резервуары устанавливаются над землей.
Хотя по конструкции они аналогичны подземным резервуарам для хранения, существует большая разница в процедурах установки двух типов резервуаров для хранения топлива. Это связано с различными факторами, которые необходимо учитывать для минимизации опасностей. Надземные резервуары для хранения представляют опасность пожара с риском распространения огня на другие объекты поблизости. Поэтому эти резервуары должны быть установлены на минимальном заданном расстоянии от других объектов. Для локализации разливов и утечек вокруг надземных резервуаров для хранения должны быть построены дамбы. Свободный объем, огражденный обваловкой, обычно должен составлять 110 % от объема резервуаров. Наземные резервуары для хранения также должны быть защищены от погодных условий соответствующими защитными сооружениями.
Сертификаты и коды
Топливные баки генератора и сопутствующие системы трубопроводов требуют предварительного утверждения перед установкой.