Что измеряется в фарадах
Начиная свой путь в электрике, ученик или любитель радиоэлектроники вскоре сталкивается с такой единицей измерения, как фарад. Он должен знать, что измеряется в фарадах, какие существуют дольные и кратные единицы, какие из них чаще всего применяются в конденсаторных элементах. Помимо этого, требуется располагать соответствующей таблицей и знать, сколько микрофарад на 1 киловатт двигателя нужно употребить для приведения его в рабочее состояние.
Понятие емкости, правила измерения
Данная величина показывает, какое количество электронов (или других заряженных частиц) должно переместиться от одного объекта к другому для получения необходимого значения напряжения. Последнее возникает по той причине, что при перемещении частиц между объектами образуется разница потенциалов.
Единицей измерения емкостного значения является фарад (на письме обозначается заглавной кириллической литерой Ф). Когда при перенесении заряда в 1 Кулон напряжение меняется на 1 Вольт, значение емкости между перенесенными объектами составляет 1 Фарад. Формула зависимости емкости от напряжения имеет такой вид:
С (емкость) = Q (заряд)/U(напряжение).
Если мастер собрался измерять емкость используемого в радиоэлектронной схеме конденсатора, ему потребуется такой прибор, как мультиметр. С задачей способен справиться даже бюджетный аппарат, при этом наибольшая точность демонстрируется при работе с пленочными конденсаторными элементами. Для максимально точных замеров можно воспользоваться измерителем иммитанса, но данный прибор отличается очень высокой ценой (около 120 тыс. руб.). При использовании мультиметра нужно придерживаться следующего алгоритма:
- Отсоединить электроцепь от источника нагрузки. Проверить отсутствие питания, установив на устройстве режим замера напряжения и поставив щупы к источнику: показатель должен быть равен нулю.
- Снять заряд с конденсатора пассивным способом (подождать 20-30 минут) или активным (с помощью резистора). Для маленьких элементов нужен прибор с сопротивлением более 2 кОм. С достаточно крупными конденсаторами (например, в фотоаппаратах и бытовой технике) лучше вообще не работать в домашних условиях без подготовки – они накапливают опасно высокий заряд. Для разрядки такого элемента требуется резистор на 20 кОм и 5 Вт, подсоединенный через изолированный провод диаметром 3,3 мм2, предназначенный для эксплуатации под напряжением до 600 В.
- Отключить конденсатор от цепи. После этого поставить мультиметр в режим замера емкости. Если прибор снабжен несколькими настроечными диапазонами, нужно поставить тот, что с наибольшей вероятностью окажется верным (сориентироваться можно по маркировке). При наличии клавиши Rel нужно нажать ее, чтобы емкость сошла со щуповых элементов.
- Щупы помещаются к выводам конденсатора. При тестировании поляризованных элементов надо обязательно соблюдать полярность. Теперь нужно дождаться вывода данных на дисплей. Если высветилось слово overload (или OL), показатель слишком высокий для обнаружения данным прибором или в данном диапазоне (во втором случае нужно выбрать другой диапазон).
Важно! Нельзя подключать мультиметр к конденсаторному элементу, на корпусе которого имеются проколы или выпуклые места. Такие элементы вообще не стоит эксплуатировать – при подключении питания они способны взорваться.
Конденсатор, прибор с нормированной емкостью
Это устройство специально заточено под изменение показателя напряжения в соответствии с накапливаемым зарядом. Конденсаторными свойствами могут обладать разные объекты, но главное отличие прибора – наличие у него фиксированной емкости. При возникновении между обкладками элемента емкостью в 1 Ф заряда в 1 Кулон между ними возникает напряжение в 1 В.
Важно! Начинающие проектировщики схем часто делают ошибки, основанные на игнорировании невозможности мгновенного изменения напряжения на устройстве. Если подсоединенный к конденсатору транзистор открывается максимально быстро, он перегреется или вовсе сгорит. При замыкании выводов заряженного устройства сила тока будет очень высокой, но все же не бесконечной. Она ограничена сопротивлением элемента и его выводных деталей.
Приборы используются не только в радиоэлектронике, но и, например, при работе с двигателями. При применении пускового конденсатора и добавочной обмотки на 1 кВт мощности потребуется 70 микрофарад емкости. Зная это, можно рассчитать общее требуемое количество емкости.
Область применения
Эта единица измерения используется не только для емкости конденсаторов, но и других проводниковых элементов (например, проводов). Поскольку 1 фарад – емкость довольно значительная, небольшие промышленные конденсаторные элементы чаще имеют номиналы, составляющие сотые, тысячные и т.д. доли фарада, например, микрофарады обозначение мкФ. У ионисторных сверхвысокоемких элементов показатель, напротив, может измеряться в килофарадах.
Эквивалентное представление
Данную величину можно выразить, используя другие единицы измерения: Ф=с4*А2*м-2*кг-1 (секунда, ампер, метр и килограмм, соответственно). Если использовать формулу, базирующуюся на напряжении и заряде, получается: Ф=Кл*В-1 (кулон и вольт).
Кратные и дольные единицы
Чаще всего в электронике используются элементы с небольшими емкостями, в связи с чем у начинающих работать со схемами возникают вопросы: пФ это сколько фарад, 100 nf сколько микрофарад и так далее. В связи с этим надлежит иметь при себе таблицу перевода одних единиц в другие. К наиболее часто используемым дольным единицам относятся:
- микрофарад (мкФ) – 0,000001 Ф;
- нанофарад (нФ) – 0,000000001 Ф;
- пикофарад (пФ) – 0,000000000001 Ф.
Из кратных единиц используется килофарад (кФ), равный тысяче фарад. Такие показатели характерны для ионисторов. У обычных конденсаторов емкость, как правило, измеряется максимум десятками фарад.
В Советском Союзе на электросхемах и корпусах конденсаторов была тенденция указывать емкостным значением целое число (к примеру, 35). Подразумевать пикофарады, а дробное с одной цифрой после запятой – обозначало микрофарады. Буквы в таких маркировках емкости не использовались. На современных отечественных конденсаторах при указании емкости в пикофарадах измерительные единицы после числа обычно не пишут. Если указаны буквы «мк», подразумеваются микрофарады, если «н» – нанофарады. За рубежом используют маркировку из цветных полос.
Связь с единицами измерения в других системах
В системе Гаусса существует такая измерительная единица, как статфарад (статФ). Она примерно равна 1,11 пФ и обозначает емкость шарообразного тела с диаметром 2 см в условиях вакуума.
Абфарад (абФ) – сверхкрупная единица измерения электрической емкости, равная 1000000000 Ф (или 1 гигафараду – ГФ).
Применение конденсаторов
Данная категория элементов очень широко применяется во всех областях электроники и ряде других отраслей промышленности. Среди основных сфер применения стоит обозначить:
- телевизионную и звуковоспроизводящую аппаратуру;
- радиолокационные приборы (здесь конденсаторы помогают генерировать импульсы и увеличивать их мощность);
- телефонные и телеграфные аппараты – в них устройства применяются с целью разделения типов цепей (по частоте, переменности-постоянности) и погашения искр в контактах;
- измерительные электронные приборы;
- лазеры (увеличение мощности импульсов);
- предохранение от перенапряжения в электроэнергетических установках;
- электросварочные работы с применением разряда;
- блокировку генерируемых машинами радиопомех;
- запуск электродвигателей и создание фазового сдвига в добавочной обмотке;
- генераторы, применяемые во время испытаний электротехники для получения импульсов тока и напряжения.
Конденсаторные элементы используются в очень широком спектре сфер – от печатных плат (миниатюрные smd-компоненты) до мощных двигателей и генераторов импульсов. Для корректного подбора конденсатора нужно уметь расшифровывать маркировку и обозначения на схемах, в частности, ориентироваться в обозначениях емкости устройств.
Подробнее об электрической емкости
Электрическая емкость — это величина, характеризующая способность проводника накапливать заряд, равная отношению электрического заряда к разности потенциалов между проводниками:
Здесь Q — электрический заряд, измеряется в кулонах (Кл), — разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).
В системе СИ электроемкость измеряется в фарадах (Ф). Данная единица измерения названа в честь английского физика Майкла Фарадея.
Фарад является очень большой емкостью для изолированного проводника. Так, металлический уединенный шар радиусом в 13 радиусов Солнца имел бы емкость равную 1 фарад. А емкость металлического шара размером с Землю была бы примерно 710 микрофарад (мкФ).
Так как 1 фарад — очень большая емкость, поэтому используются меньшие значения, такие как: микрофарад (мкФ), равный одной миллионной фарада; нанофарад (нФ), равный одной миллиардной; пикофарад (пФ), равный одной триллионной фарада.
В системе СГСЭ основной единицей емкости является сантиметр (см). 1 сантиметр емкости — это электрическая емкость шара с радиусом 1 сантиметр, помещенного в вакуум. СГСЭ — это расширенная система СГС для электродинамики, то есть, система единиц в которой сантиметр, грам, и секунда приняты за базовые единицы для вычисления длины, массы и времени соответственно. В расширенных СГС, включая СГСЭ, некоторые физические константы приняты за единицу, чтобы упростить формулы и облегчить вычисления.
Использование емкости
Конденсаторы — устройства для накопления заряда в электронном оборудовании
Понятие электрической емкости относится не только к проводнику, но и к конденсатору. Конденсатор — система двух проводников, разделенных диэлектриком или вакуумом. В простейшем варианте конструкция конденсатора состоит из двух электродов в виде пластин (обкладок). Конденсатор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухэлектродный прибор для накопления заряда и энергии электромагнитного поля, в простейшем случае представляет собой два проводника, разделённые каким-либо изолятором. Например, иногда радиолюбители при отсутствии готовых деталей изготавливают подстроечные конденсаторы для своих схем из отрезков проводов разного диаметра, изолированных лаковым покрытием, при этом более тонкий провод наматывается на более толстый. Регулируя число витков, радиолюбители точно настраивают контура аппаратуры на нужную частоту. Примеры изображения конденсаторов на электрических схемах приведены на рисунке.
Историческая справка
Еще 275 лет назад были известны принципы создания конденсаторов. Так, в 1745 г. в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и нидерландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку» — в ней диэлектриком были стенки стеклянной банки, а обкладками служили вода в сосуде и ладонь экспериментатора, державшая сосуд. Такая «банка» позволяла накапливать заряд порядка микрокулона (мкКл). После того, как ее изобрели, с ней часто проводили эксперименты и публичные представления. Для этого банку сначала заряжали статическим электричеством, натирая ее. После этого один из участников прикасался к банке рукой, и получал небольшой удар током. Известно, что 700 парижских монахов, взявшись за руки, провели лейденский эксперимент. В тот момент, когда первый монах прикоснулся к головке банки, все 700 монахов, сведенные одной судорогой, с ужасом вскрикнули.
В Россию «лейденская банка» пришла благодаря русскому царю Петру I, который познакомился с Мушенбруком во время путешествий по Европе, и подробнее узнал об экспериментах с «лейденской банкой». Петр I учредил в России Академию наук, и заказал Мушенбруку разнообразные приборы для Академии наук.
В дальнейшем конденсаторы усовершенствовались и становились меньше, а их емкость — больше. Конденсаторы широко применяются в электронике. Например, конденсатор и катушка индуктивности образуют колебательный контур, который может быть использован для настройки приемника на нужную частоту.
Существует несколько типов конденсаторов, отличающихся постоянной или переменной емкостью и материалом диэлектрика.
Примеры конденсаторов
Промышленность выпускает большое количество типов конденсаторов различного назначения, но главными их характеристиками являются ёмкость и рабочее напряжение.
Типичные значение ёмкости конденсаторов изменяются от единиц пикофарад до сотен микрофарад, исключение составляют ионисторы, которые имеют несколько иной характер формирования ёмкости – за счёт двойного слоя у электродов – в этом они подобны электрохимическим аккумуляторам. Суперконденсаторы на основе нанотрубок имеют чрезвычайно развитую поверхность электродов. У этих типов конденсаторов типичные значения ёмкости составляют десятки фарад, и в некоторых случаях они способны заменить в качестве источников тока традиционные электрохимические аккумуляторы.
Вторым по важности параметром конденсаторов является его рабочее напряжение. Превышение этого параметра может привести к выходу конденсатора из строя, поэтому при построении реальных схем принято применять конденсаторы с удвоенным значением рабочего напряжения.
Для увеличения значений ёмкости или рабочего напряжения используют приём объединения конденсаторов в батареи. При последовательном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение удваивается, а суммарная ёмкость уменьшается в два раза. При параллельном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение остаётся прежним, а суммарная ёмкость увеличивается в два раза.
Третьим по важности параметром конденсаторов является температурный коэффициент изменения ёмкости (ТКЕ). Он даёт представление об изменении ёмкости в условиях изменения температур.
В зависимости от назначения использования, конденсаторы подразделяются на конденсаторы общего назначения, требования к параметрам которых некритичны, и на конденсаторы специального назначения (высоковольтные, прецизионные и с различными ТКЕ).
Маркировка конденсаторов
Подобно резисторам, в зависимости от габаритов изделия, может применяться полная маркировка с указанием номинальной ёмкости, класса отклонения от номинала и рабочего напряжения. Для малогабаритных исполнений конденсаторов применяют кодовую маркировку из трёх или четырёх цифр, смешанную цифро-буквенную маркировку и цветовую маркировку.
Соответствующие таблицы пересчёта маркировок по номиналу, рабочему напряжению и ТКЕ можно найти в Интернете, но самым действенным и практичным методом проверки номинала и исправности элемента реальной схемы остаётся непосредственное измерение параметров выпаянного конденсатора с помощью мультиметра.
Предупреждение: поскольку конденсаторы могут накапливать большой заряд при весьма высоком напряжении, во избежание поражения электрическим током необходимо перед измерением параметров конденсатора разряжать его, закоротив его выводы проводом с высоким сопротивлением внешней изоляции. Лучше всего для этого подходят штатные провода измерительного прибора.
Оксидные конденсаторы: данный тип конденсатора обладает большой удельной емкостью, то есть, емкостью на единицу веса конденсатора. Одна обкладка таких конденсаторов представляет собой обычно алюминиевую ленту, покрытую слоем оксида алюминия. Второй обкладкой служит электролит. Так как оксидные конденсаторы имеют полярность, то принципиально важно включать такой конденсатор в схему строго в соответствии с полярностью напряжения.
Твердотельные конденсаторы: в них вместо традиционного электролита в качестве обкладки используется органический полимер, проводящий ток, или полупроводник.
Переменные конденсаторы: емкость может меняться механическим способом, электрическим напряжением или с помощью температуры.
Пленочные конденсаторы: диапазон емкости данного типа конденсаторов составляет примерно от 5 пФ до 100 мкФ.
Имеются и другие типы конденсаторов.
Ионисторы
В наши дни популярность набирают ионисторы. Ионистор (суперконденсатор) — это гибрид конденсатора и химического источника тока, заряд которого накапливается на границе раздела двух сред — электрода и электролита. Начало созданию ионисторов было положено в 1957 году, когда был запатентован конденсатор с двойным электрическим слоем на пористых угольных электродах. Двойной слой, а также пористый материал помогли увеличить емкость такого конденсатора за счет увеличения площади поверхности. В дальнейшем эта технология дополнялась и улучшалась. На рынок ионисторы вышли в начале восьмидесятых годов прошлого века.
С появлением ионисторов появилась возможность использовать их в электрических цепях в качестве источников напряжения. Такие суперконденсаторы имеют долгий срок службы, малый вес, высокие скорости зарядки-разрядки. В перспективе данный вид конденсаторов может заменить обычные аккумуляторы. Основными недостатками ионисторов является меньшая, чем у электрохимических аккумуляторов удельная энергия (энергия на единицу веса), низкое рабочее напряжение и значительный саморазряд.
Ионисторы применяются в автомобилях Формулы-1. В системах рекуперации энергии, при торможении вырабатывается электроэнергия, которая накапливается в маховике, аккумуляторах или ионисторах для дальнейшего использования.
В бытовой электронике ионисторы применяются для стабилизации основного питания и в качестве резервного источника питания таких приборов как плееры, фонари, в автоматических коммунальных счетчиках и в других устройствах с батарейным питанием и изменяющейся нагрузкой, обеспечивая питание при повышенной нагрузке.
В общественном транспорте применение ионисторов особенно перспективно для троллейбусов, так как становится возможна реализация автономного хода и увеличения маневренности; также ионисторы используются в некоторых автобусах и электромобилях.
Электрические автомобили в настоящем времени выпускают многие компании, например: General Motors, Nissan, Tesla Motors, Toronto Electric. Университет Торонто совместно с компанией Toronto Electric разработали полностью канадский электромобиль A2B. В нем используются ионисторы вместе с химическими источниками питания, так называемое гибридное электрическое хранение энергии. Двигатели данного автомобиля питаются от аккумуляторов весом 380 килограмм. Также для подзарядки используются солнечные батареи, установленные на крыше электромобиля.
Емкостные сенсорные экраны
В современных устройствах все чаще применяются сенсорные экраны, которые позволяют управлять устройствами путем прикосновения к панелям с индикаторами или экранам. Сенсорные экраны бывают разных типов: резистивные, емкостные и другие. Они могут реагировать на одно или несколько одновременных касаний. Принцип работы емкостных экранов основывается на том, что предмет большой емкости проводит переменный ток. В данном случае этим предметом является тело человека.
Поверхностно-емкостные экраны
Таким образом, поверхностно-емкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом. В качестве резистивного материала обычно применяется имеющий высокую прозрачность и малое поверхностное сопротивление сплав оксида индия и оксида олова. Электроды, подающие на проводящий слой небольшое переменное напряжение, располагаются по углам экрана. При касании к такому экрану пальцем появляется утечка тока, которая регистрируется в четырех углах датчиками и передается в контроллер, который определяет координаты точки касания.
Преимущество таких экранов заключается в долговечности (около 6,5 лет нажатий с промежутком в одну секунду или порядка 200 млн. нажатий). Они обладают высокой прозрачностью (примерно 90%). Благодаря этим преимуществам, емкостные экраны уже с 2009 года активно начали вытеснять резистивные экраны.
Недостаток емкостных экранов заключается в том, что они плохо работают при отрицательных температурах, есть трудности с использованием таких экранов в перчатках. Если проводящее покрытие расположено на внешней поверхности, то экран является достаточно уязвимым, поэтому емкостные экраны применяются лишь в тех устройствах, которые защищены от непогоды.
Проекционно-емкостные экраны
Помимо поверхностно-емкостных экранов, существуют проекционно-емкостные экраны. Их отличие заключается в том, что на внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод, к которому прикасаются, вместе с телом человека образует конденсатор. Благодаря сетке, можно получить точные координаты касания. Проекционно-емкостный экран реагирует на касания в тонких перчатках.
Проекционно-емкостные экраны также обладают высокой прозрачностью (около 90%). Они долговечны и достаточно прочные, поэтому их широко применяют не только в персональной электронике, но и в автоматах, в том числе установленных на улице.
Фарад — Farad
фарад (обозначение: F ) — это производная единица СИ электрического емкость, способность тела накапливать электрический заряд. Он назван в честь английского физика Майкла Фарадея.
Содержание
- 1 Определение
- 1.1 Равенства
- 3.1 Неформальная и устаревшая терминология
- 3.2 Связанные понятия
Определение
Один фарад определяется как емкость, на которой, когда заряжен одним кулоном, существует разность потенциалов в один вольт. Точно так же одна фарада может быть описана как емкость, которая хранит заряд в один кулон на разности потенциалов в один вольт.
Связь между емкостью, зарядом и разностью потенциалов является линейной. Например, если разность потенциалов на конденсаторе уменьшается вдвое, количество заряда, накопленного этим конденсатором, также будет уменьшено вдвое.
Для большинства приложений фарада — это непрактично большая единица измерения емкости. Большинство электрических и электронных приложений охватываются следующими префиксами SI :
- 1 мФ (миллифарад, одна тысячная (10) фарада) = 1000 мкФ = 1000000 нФ
- 1 мкФ (микрофарад, один миллионная (10) фарада) = 0,000 001 F = 1000 нФ = 1000000 пФ
- 1 нФ (нанофарад, одна миллиардная (10) фарада) = 0,001 мкФ = 1000 пФ
- 1 пФ (пикофарад, одна триллионная (10) фарада)
Равенства
Фарад — это производная единица, основанная на четырех из семи основных единиц Международной системы единиц : килограмм (кг), метр (м), секунда (с) и ампер (А).
Фарад, выраженный в комбинациях единиц СИ, равен:
где F = фарад, с = секунда, A = ампер, м = метр, кг = килограмм, C = кулон, В = вольт, Вт = ватт, Дж = джоуль, N = ньютон, Ω = Ом, Hz = герц, H = Генри.
История
Термин «фарад» был первоначально введен Латимером Кларком и Чарльзом Брайтом в 1861 году в честь Майкла Фарадея для единицы количества заряда, но к 1873 году фарад стал единицей измерения емкости. В 1881 году на Международном конгрессе электриков в Париже имя фарад было официально использовано для обозначения единицы электрической емкости.
Пояснение
Примеры различных типов конденсаторовA конденсатор обычно состоит из две проводящие поверхности, часто называемые пластинами, разделенные изолирующим слоем, обычно называемым диэлектриком. Первоначальным конденсатором была лейденская банка, разработанная в 18 веке. Накопление электрического заряда на пластинах приводит к появлению емкости. Современные конденсаторы конструируются с использованием различных технологий производства и материалов, чтобы обеспечить чрезвычайно широкий диапазон значений емкости, используемых в электронике, от фемтофарад до фарад, с максимальным номинальным напряжением от нескольких вольт до нескольких киловольт.
Значения конденсаторов обычно указываются в фарадах (Ф), микрофарадах (мкФ), нанофарадах (нФ) и пикофарады (пФ). Миллифарад редко используется на практике (например, емкость 4,7 мФ (0,0047 Ф) вместо этого записывается как 4700 мкФ), в то время как нанофарад не является обычным явлением в Северной Америке. Размер имеющихся в продаже конденсаторов составляет от 0,1 пФ до 5000 Ф (5 кФ) суперконденсаторов. Паразитная емкость в высокопроизводительных интегральных схемах может быть измерена в фемтофарадах (1 фФ = 0,001 пФ = 10 Ф), в то время как высокопроизводительное испытательное оборудование может обнаруживать изменения емкости на порядок в десятки аттофарад (1 мкФ = 10 Ф).
Значение 0,1 пФ — это примерно наименьшее значение, доступное для конденсаторов общего назначения в электронной конструкции, поскольку в конденсаторах меньшего размера преобладают паразитные емкости других компонентов, проводки или печатных плат. Значения емкости в 1 пФ или ниже могут быть достигнуты путем скручивания двух коротких отрезков изолированного провода вместе.
Емкость ионосферы Земли по отношению к земле рассчитывается примерно как 1 Ф.
Неофициальная и устаревшая терминология
Пикофарад (пФ) иногда в разговорной речи произносится как «затяжка» или «рис», как в «конденсатор на десять затяжек». Точно так же слово «микрофон» (произносится как «микрофон») иногда неофициально используется для обозначения микрофарадов.
Нестандартные сокращения были и используются часто. Фарад был сокращен до «f», «fd» и «Fd». Для префикса «микро-», когда строчная греческая буква «μ» или устаревший микрознак «μ» недоступен (как на пишущих машинках) или неудобен для ввода, его часто заменяют аналогичным -появление «u» или «U» с небольшим риском путаницы. Его также заменили похожим звуком «M» или «m», что может сбивать с толку, потому что M официально означает 1000000 (или 1000), а m предпочтительно означает 1/1000. В текстах до 1960 г. и на корпусах конденсаторов до недавнего времени «микрофарады» обозначались аббревиатурой «mf» или «MFD», а не современным «мкФ». В каталоге Radio Shack 1940 года указаны номинальные характеристики каждого конденсатора в «Mfd.» От 0,000005 Mfd. (5 пФ) до 50 Мфд. (50 мкФ).
«Микромикрофарад» или «микромикрофарад» — устаревшая единица измерения, встречающаяся в некоторых старых текстах и этикетках, содержит нестандартный метрический двойной префикс. Это в точности эквивалентно пикофараду (пФ). Это сокращенно μμF, uuF или (что сбивает с толку) «mmf», «MMF» или «MMFD».
Понятия, связанные с данным
Величина емкости, обратная величине, называется электрической эластичностью, (нестандартной, не-СИ) единицей измерения которой является дараф.
Единицы CGS
abfarad (сокращенно abF) — это устаревшая единица измерения емкости CGS, равная 10 фарадам (1 гигафарад, ГФ).
статфарад (сокращенно statF) — это редко используемая единица измерения CGS, эквивалентная емкости конденсатора с зарядом 1 статкулон на разности потенциалов 1 статвольт. Это 1 / (10c) фарад, примерно 1,1126 пикофарад.
Электрическая емкость. Фарад. Farad. Единицы измерения. Доли, микрофарады, нанофарады, пикофарады. Соотношения. Формулы
Материал является пояснением и дополнением к статье:
Единицы измерения физических величин в радиоэлектронике
Единицы измерения и соотношения физических величин, применяемых в радиотехника.
Если от одного тела отводить заряженные определенным образом частицы (например, электроны) к другому, то вследствие избытка заряженных частиц между двумя телами возникнет разность потенциалов, то есть электрическое напряжение. Емкость между двумя телами показывает нам, сколько заряженных частиц нужно перенести от одного тела к другому, чтобы получить заданное напряжение.
Вашему вниманию подборка материалов:
Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам
Понятие емкости
Если между двумя телами емкость составляет один Фарад (Ф), Farad (F), это значит, что при переносе заряда в один Кулон напряжение изменится на один Вольт
[Изменение напряжения, В] = [Перенесенный заряд, К] / [Емкость, Ф]
Помня, что перенесенный заряд равен силе тока, помноженной на время его протекания, запишем формулу в более привычном виде:
[Изменение напряжения, В] = [Сила тока, А] * [Время, с] / [Емкость, Ф]
Конденсатор, прибор с нормированной емкостью
Электронный прибор, который специально предназначен для изменения напряжения пропорционально накопленному заряду, называется конденсатором. Практически любые тела в природе образуют между собой конденсатор, но электронным прибором он становится тогда, когда у него строго определенная емкость, что позволяет применять его в радиоэлектронных схемах.
Таким образом, ток в один Ампер, заряжает конденсатор емкостью один Фарад на один Вольт за одну секунду.
Напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно, так как в природе не бывает бесконечной силы тока. Если выводы заряженного конденсатора замкнуть, то сила тока должна быть бесконечной. На самом деле конденсатор и его выводы имеют некоторое внутреннее сопротивление, так что сила тока будет конечной, но может быть очень большой. Аналогично, если разряженный конденсатор подключить к источнику напряжения. Ток будет стремиться к бесконечности и будет ограничен внутренним сопротивлением конденсатора и источника напряжения.
Многие ошибки в переключательных и импульсных схемах связаны с тем, что разработчики забывают учесть тот факт, что напряжение на конденсаторе не может меняться мгновенно. Быстро открывающийся транзистор, подключенный напрямую к заряженному конденсатору, может просто сгореть или очень сильно нагреваться.
Емкость пластин и генератор Ван де Граафа
Конденсаторы обычно представляют собой две пластины, между которыми проложен слой диэлектрика.
[Емкость между двумя пластинами, Ф] = [Диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м] * [Диэлектрическая проницаемость диэлектрика между пластинами] * [Площадь пластин, кв. м] / [Расстояние между пластинами, м]
[Диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м] приблизительно равна 8.854E-12, [Расстояние между пластинами, м] много меньше линейных размеров пластин.
Рассмотрим такой интересный случай. Пусть у нас есть две пластины с определенной разностью потенциалов. Начнем их физически разносить в пространстве. Мы тратим энергию, так как пластины притягиваются друг к другу. Напряжение между пластинами будет расти, так как заряд остается прежним, а емкость убывает.
На этом принципе основана работа генератора Ван де Граафа. Там на ленте транспортера установлены металлические пластины или крупицы вещества, способного переносить заряд. Когда эти крупицы приближаются к заземленной пластине, между ними и землей прилагается некоторое, довольно высокое напряжение (1000 и более Вольт). Они заряжаются. Дальше транспортер увозит их от заземленной пластины. Емкость между ними и землей падает в тысячи или десятки тысяч раз, напряжение, соответственно, растет в то же количество раз. Далее эти крупицы контактируют с телом, на котором накапливается заряд, и отдают ему часть своего заряда. Так можно получить 10 или даже 100 миллионов Вольт.
Единицы измерения, кратные Фараду (Farad)
Один Фарад — очень большая емкость. Сейчас появились специальные наноконденсаторы, в которых очень тонкие пластины, проложенные очень тонким, но электрически прочным изолятором намотаны в огромные бобины. Такие конденсаторы могут иметь емкость даже в десятки Фарад. Но электроника оперирует обычно с гораздо меньшими емкостями.
микрофарад мкФ mcF 1E-6 Ф 0.000001 Ф нанофарад нФ nF 1E-9 Ф 0.001 мкФ пикофарад пФ pF 1E-12 Ф 0.001 нФ К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.
Практика проектирования электронных схем. Самоучитель электроники.
Искусство разработки устройств. Элементная база радиоэлектроники. Типовые схемы.Колебательный контур. Схема. Расчет. Применение. Резонанс. Резонансная.
Расчет и применение колебательных контуров. Явление резонанса. Последовательные .Металлоискатель самодельный. Сделать, собрать самому, своими руками. С.
Схема металлоискателя с высокой разрешающей способностью. Описание сборки и нала.Полумостовой импульсный стабилизированный преобразователь напряжения, .
Полумостовой преобразователь напряжения сети. Схема, онлайн расчет. Форма для вы.Обратноходовый импульсный преобразователь напряжения, источник питания.
Как работает обратноходовый стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описани.Составной транзистор. Схемы Дарлингтона, Шиклаи. Расчет, применение.
Составной транзистор — схемы, применение, расчет параметров. Схемы Дарлингтона, .