带电容器的电路

带电容器的电路带有电容器的电路包括电能源和单独的电容器。电容器是由介电层隔开的任意形状的两个导体组成的系统。将电容器的钳位连接到具有恒定电压 U 的电能源,伴随着 + Q 在其中一个极板上的积累,以及 -Q 在另一个极板上的积累。

这些电荷的大小与电压 U 成正比,由下式确定

Q = C ∙ U,

其中 C 是以法拉 (F) 为单位测量的电容器的电容。

电容器的容量值等于其中一个极板上的电荷与它们之间的电压之比,即 C = Q / U,

电容器的容量取决于极板的形状、尺寸、相互排列以及极板之间介质的介电常数。

以微法拉表示的扁平电容器的电容由以下公式确定

C = ((ε0 ∙ εr ∙ S) / d) ∙ 106,

其中ε0为真空的绝对介电常数,εr为极板间介质的相对介电常数,S为极板面积,m2,d为极板间距离,m。

真空的绝对介电常数恒定为 ε0 = 8.855 ∙ 10-12 F⁄m。

扁平电容器在电压 U 下的极板间电场强度 E 的大小由公式 E = U / d 确定。

在国际单位制 (SI) 中,电场强度的单位是伏特每米 (V⁄m)。

电容挂电压特性:a——线性,b——非线性

米。 1、电容器的悬垂特性:a——线性,b——非线性

如果位于电容器极板之间的介质的相对磁导率不取决于电场的大小,则电容器的电容不取决于其端子处的电压大小和库仑伏特特性 Q = F(U)是线性的(图1,a)。

具有铁电介质的电容器(其中相对磁导率取决于电场强度)具有库仑电压的非线性特性(图 1,b)。

在这种非线性电容器或变容管中,库仑特性的每个点,例如点 A,对应于静态电容 Cst = Q / U = (mQ ∙ BA) / (mU ∙ OB) = mC ∙ tan⁡ α 和差分电容 Cdiff = dQ / dU = (mQ ∙ BA) / (mU ∙ O'B) = mC ∙ tan⁡β,其中 mC 是一个系数,分别取决于电荷和电压的标度 mQ 和 mU。

每个电容器的特征不仅在于容量值,还在于工作电压 Urab 的值,采用该值使得产生的电场强度小于介电强度。介电强度由电介质开始击穿并伴随着绝缘性能的破坏和损失的最低电压值决定。

电介质的特征不仅在于它们的电气强度,而且还在于非常大的体积电阻 ρV,范围从大约 1010 到 1020 Ω • cm,而对于金属,它是从 10-6 到 10-4 Ω • 见

此外,对于电介质,引入了比表面电阻ρS的概念,表征其对表面漏电流的抵抗能力。对于一些电介质,这个值是微不足道的,因此它们不会击穿,而是被表面的放电阻挡。

为了计算多链电路中各个电容器端子处的电压大小,在给定的 EMF 源下使用类似的电气方程 基尔霍夫定律方程 用于直流电路。

因此,对于带有电容器的多链电路的每个节点,电量守恒定律 ∑Q = Q0 是合理的,它确定连接到一个节点的电容器板上的电荷代数和为等于电荷的代数和,在它们相互连接之前。在电容器极板上没有预充电的情况下,相同的方程式具有 ∑Q = 0 的形式。

对于带有电容器的电路的任何电路,等式 ∑E = ∑Q / C 为真,这表明电路中电动势的代数和等于所含电容器端子处电压的代数和在这个电路中。

带电容器的多电路电路

米。 2.带电容器的多电路电路

因此,在具有两个电能源和六个电容器的多电路电路中,初始电荷为零,并且根据定律任意选择正向电压 U1、U2、U3、U4、U5、U6(图 2)三个独立节点1、2、3的电量守恒得到三个方程:Q1+Q6-Q5=0,-Q1-Q2-Q3=0,Q3-Q4+Q5=0。

三个独立电路 1—2—4—1, 2—3—4—2, 1—4—3—1 的附加方程,当顺时针围绕它们时,具有 E1 = Q1 / C1 + Q2 / C2 -Q6 的形式/C6,-E2=-Q3/C3-Q4/C4-Q2/C2,0=Q6/C6+Q4/C4+Q5/C5。

六个线性方程组的解允许您确定每个电容器 Qi 上的电荷量,并通过公式 Ui = Qi / Ci 找到其端子 Ui 处的电压。

应力 Ui 的真实方向,其值是用负号获得的,与最初在制定方程式时假设的方向相反。

电容器

在计算带有电容器的多链电路时,有时用等效的三点星形连接的电容器 C1、C2、C3 代替三角形连接的电容器 C12、C23、C31 很有用。

在这种情况下,所需的功率如下:C1 = C12 + C31 + (C12 ∙ C31) / C23,C2 = C23 + C12 + (C23 ∙ C12) / C31,C3 = C31 + C23 + (C31 ∙ C23 ) / C12。

在反向转换中,使用公式:C12 = (C1 ∙ C2) / (C1 + C2 + C3), C23 = (C2 ∙ C3) / (C1 + C2 + C3), C31 = (C3 ∙ C1) / ( C1 + C2 + C3)。

电容C1、C2、…、Cn并联可以用单个电容代替

当它们串联时——一个电容,其容量为

如果电路中包含的电容器具有可感知电导率的电介质,则此类电路中会出现小电流,其值由计算直流电路时采用的通常方法确定,每个端子的电压稳定状态下的电容器可通过以下公式找到

Ui = Ri ∙ Ii,

其中 Ri 是第 i 个电容器的介质层的电阻,Ii 是同一电容器的电流。

请参阅本主题: 电容器充放电

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