Електрична ємність. Фарад. Farad. Одиниці виміру. Частки, мікрофаради, нанофаради, пікофаради. Співвідношення. Формули

Матеріал є поясненням та доповненням до статті:
Одиниці виміру фізичних величин у радіоелектроніці
Одиниці виміру та співвідношення фізичних величин, що застосовуються в радіотехніку.

Якщо від одного тіла відводити заряджені певним чином частинки (наприклад, електрони) до іншого, то внаслідок надлишку заряджених частинок між двома тілами виникне різниця потенціалів, тобто електрична напруга. Місткість між двома тілами показує нам, скільки заряджених частинок потрібно перенести від одного тіла до іншого, щоб отримати задану напругу.

До вашої уваги добірка матеріалів:

ПРактика проектування електронних схем Мистецтво розробки пристроїв. Елементна база. Типові схеми. Приклад готових пристроїв. Детальний опис. Онлайн розрахунок. Можливість поставити запитання авторам

Поняття ємності

Якщо між двома тілами ємність становить один Фарад (Ф), Farad (F), це означає, що при перенесенні заряду в один кулон напруга зміниться на один Вольт

[Зміна напруги,] = [Перенесений заряд,] / [Місткість, Ф]

Пам'ятаючи, що перенесений заряд дорівнює силі струму, помноженої на час його протікання, запишемо формулу у більш звичному вигляді:

[Зміна напруги,] = [Сила струму, А] * [Час, з] / [Місткість, Ф]

Конденсатор, прилад із нормованою ємністю

Електронний прилад, спеціально призначений для зміни напруги пропорційно накопиченому заряду, називається конденсатором.Практично будь-які тіла в природі утворюють між собою конденсатор, але електронним приладом він стає тоді, коли він має суворо певну ємність, що дозволяє застосовувати його в радіоелектронних схемах.

Таким чином, струм один Ампер, заряджає конденсатор ємністю один Фарад на один Вольт за одну секунду.

Напруга на конденсаторі неспроможна змінитися миттєво, оскільки у природі немає нескінченної сили струму. Якщо висновки зарядженого конденсатора замкнути, то сила струму має бути нескінченною. Насправді конденсатор та його висновки мають деякий внутрішній опір, так що сила струму буде кінцевою, але може бути дуже великою. Аналогічно, якщо підрядити розряджений конденсатор до джерела напруги. Струм буде прагнути до нескінченності і буде обмежений внутрішнім опором конденсатора та джерела напруги.

Багато помилок у перемикальних та імпульсних схемах пов'язані з тим, що розробники забувають врахувати той факт, що напруга на конденсаторі не може змінюватися миттєво. Транзистор, що швидко відкривається, підключений безпосередньо до зарядженого конденсатора, може просто згоріти або дуже сильно нагріватися.

Ємність пластин та генератор Ван де Граафа

Конденсатори зазвичай є дві пластини, між якими прокладений шар діелектрика.

[Місткість між двома пластинами, Ф] = [Діелектрична проникність вакууму, Ф/м] * [Діелектрична проникність діелектрика між пластинами] * [Площа пластин, кв. м] / [Відстань між пластинами, м]

[Діелектрична проникність вакууму, Ф/м] приблизно дорівнює 8.854E-12, [Відстань між пластинами, м] набагато менше лінійних розмірів пластин.

Розглянемо такий цікавий випадок.Нехай у нас є дві пластини з певною різницею потенціалів. Почнемо їх фізично розносити у просторі. Ми витрачаємо енергію, оскільки пластини притягуються одна до одної. Напруга між пластинами зростатиме, оскільки заряд залишається тим самим, а ємність зменшується.

На цьому принципі засновано роботу генератора Ван де Граафа. Там на стрічці транспортера встановлені металеві пластини або крихти речовини, здатної переносити заряд. Коли ці крихти наближаються до заземленої пластини, між ними і землею додається деяка, досить висока напруга (1000 і більше Вольт). Вони заряджаються. Далі транспортер забирає їх від заземленої пластини. Місткість між ними і землею падає в тисячі або десятки тисяч разів, напруга, відповідно, зростає в ту ж кількість разів. Далі ці крихти контактують з тілом, на якому накопичується заряд, і віддають йому частину свого заряду. Так можна отримати 10 чи навіть 100 мільйонів Вольт.

Одиниці виміру, кратні Фараду (Farad)

Один Фарад – дуже велика ємність. Зараз з'явилися спеціальні наноконденсатори, в яких дуже тонкі пластини, прокладені дуже тонким, але міцним електричним ізолятором намотані у величезні бобіни. Такі конденсатори можуть мати ємність навіть у десятки фарадів. Але електроніка оперує зазвичай із набагато меншими ємностями.