Попов В.С., Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники (1972) (1095872), страница 3
Текст из файла (страница 3)
о — с постоннооа емкостью: б — е пе) ф ремонноа емкостью. а) кабеля — броня, проходной изолятор (изолирующий провод от стены или стенки металлического кожуха). Широко применяются изготовляемые промышленностью конденсаторы различного устройства, в частности, п л о с к и е, образуемые параллельно расположенными металлическими "золированными друг от друга пластинами (обкладками), Условные обозначения конденсаторов показаны на Рис, 1-4. 13 Конденсаторы обладают свойством накапливать и удерживать на своих обкладках равные по величине и разные по знаку электрические заряды.
Величина электрического заряда с/ каждой из обкладок конденсатора пропорциональна напряжению (/ между обкладками, так что можно написать Я = С(/. Величина С, равная отношению заряда одной из обкладок конденсатора к напряжению между ними, называется электрической емкостью конденсат о р а и является одним из его параметров. Таким образом, емкость С = с//(/. (1-6) Так как в системе СИ единицей заряда служит кулон, а единипей напряжения — вольт, то единица измерения емкости равна кулону, деленному на вольт, Она носит название ф арада (Ф) 1Ф = 1Кл/1В.
Обычно пользуются более мелкими единицами — м и к р о ф ар а до й (1 мкФ = 10'Ф) или пи кофар адой (1 пФ = 10 "Ф). Рас. 1-5. плоский коалса- Емкость конденсатора зависит сатоо„ от формы н размеров его обкла- док — электродов, их взаимного расположения и расстояния между ними и свойств диэлектрика, разделяюшего обкладки. Например, емкость плоского конденсатора, обкладки которого (рис. 1-5) расположены в вакууме, С = еоо/Ы, где Я вЂ” поверхность каждой из обкладок, ма; са — расстояние между обкладками, м; а, — э л е к т р и ч е с к а я п о с т о я н н а я. Единица измерения электрической постоянной Таким образом, электрическая постоянная измеряется в фаридах ни метр, Электрическая постояапая зависит от системы единиц. В системе СИ она имеет значение ео = ~ — — 8,85 10 " Ф/дь 16'а (1-7) Если пространство между обкладками плоского конденсатора заполнить каким-либо веществом — диэлектриком, то емкость конденсатора увеличится в е раз и может быть найдена по формуле С = еое31с( = е,3(е(, (1-8) за=зов Рнс, 1-6.
Бумажный конденсатор, Наша промышленность выпусф — фоиага; Пн — яарафи. кает конденсаторы различной емко- иироааииая бумага. сти (1 пФ вЂ” 0,001 Ф), на различные номинальные напряжения до 100 кВ, различного Устройства и назначения. Для цепей постоянного и переменного тока применяются бумажные, слюдяные, керамические конденсаторы, а электролитические конденсаторы применяются только в цепях постоянного тока. Вумажные конденсаторы (рис. 1-8) состоят из двух длинных лент алюминиевой фольги, изолированных лентами паРафинированной бумаги.
Диэлектриком электролитического конденсатора служит очень тонкий слой окиси на поверхности алюминиевой фоль"и одной из обкладок конденсатора. Второй обкладкой является бумага или ткань, пропитанная густым раствором электролита. 16 Множитель е, называемый диэлектрической п р о н и ц а е м о с т ь ю, является отвлеченным числом. Диэлектрическая проницаемость некоторых диэлектриков дана в табл. 1-1 (см. стр.
22). Произведение электрической постоянной е, и диэлектрической проницаемостй е называется а б с о- Ф лютной диэлектрической проницаемостью. 1-5. Соединение конденсаторов т, е. при различных значениях емкостей напряжения на конденсаторах будут различны, Выражая напряжение на зажимах цепи и=и,+и, через отношение зарядов к емкости конденсаторов, получаем: +. 0 О + с с с ' или, сокращая на Я, получаем: 1 1 ! с=с,+с, откуда о б щ а я и л и э к в и в а л е н т н а я е и к о с т ь двух последовательно соединенных конденсаторов С= —. сс с )-с (1-9) Рис. 1-8. Параллельное соединение конденсаторов. При параллельном соединении конденсаторов (рис. 1-8) напряжения на всех конденсаторах одинаковы, а заряды в общем случае имеют разные значения: Д ля получения нужной емкости или принапряжении сети, превышающем номинальное напряжение конденсатора, они соединяются последовательно, параллельно или смешанно.
При последовательном соединении (рис. 1-7) на электродах всех конденсаторов будут одинакоГт са вые по величине заряды, так как от ис. + + точника питания они поступают только иа внешние электроды, а иа внутренних -~~~» 1 — ф~ электродах они получаются только за — У счет разделения зарядов, ранее иейтраРис. 1-7. Последо- лизовавших друг друга. Обозначив заряд одного электрода конденсатора через Я, можно написать для двух последовательно соединенных конденсаторов У вЂ” и Уа= —, Я Я с с ' Я=От+Я откуда о б щ а я и л и э к в и в а л е н т н а я е м к о с т ь С= — = — =С„+ Са, а а+а сУ С (1-1 1) т. е. равна сумме емкостей отдельных конденсаторов. При другом числе последовательно или параллельно соединенных конденсаторов, пользуясь формулами (1-9) и (1-11), нетрудно определить эквивалентные емкости, Пример 1-1.
Определить вквнвалентнув емкость двух конденсаторов при последовательном н параллельном соединении их: С, = 2 мкФ; С,=4 мкФ. Р е ш е н н е. Эквивалентная емкость прн последовательном соединении конденсаторов СсСа 2 4 С= = — =1,33 мкФ. Се+Се 2+4 Эквивалентная емкость при параллельном соединении конденсаторов С=Се+Се =2+4=6 мкФ. 4-й. Энергия электрического поня Прн увеличении напряжения на конденсаторе, подключенном к источнику питания, увеличиваются заряды на его обкладках и напряженность поля в диэлектрике конденсатора. При этом естественно увеличивается и энергия электрического поля конденсатора за счет поступления ее от источника питания.
Увеличению напряжения на конденсаторе на с(ис соответствует приращение энергии электрического поля конденсатора (1-3) Вся энергия Гс, накопленная в электрическом поле конденсатора при возрастании напряжения на его зажимай от пс = 0 до ис — — Ус, может быть найдена суммированием элементарных энергий с(сис. Таким образом, энергия Заряд, полученный всеми параллельно соединенными конденсаторами, равен сумме зарядов отдельных конденсаторов, т.
е. в случае двух параллельно соединенных конден- саторов электрического поля конденсатора "с=ос «с=ис В'с =- ~ дг1ис = С ~ исг(ис= — = — (1-12) Стус Я ус 2 2 ис=.о ис о Если заряженный конденсатор откл1очить от источника питания, а затем его обкладки замкнуть проводником, то произойдет разрядка, а кратковременный разрядный ток выделит в проводнике количество тепла, эквивалентное потенциальной энергии поля заряженного конденсатора. Пример 1-2. Определить энергию, запасенную и электрическом поле конденсатора емкостью 10 мкФ, если напряжение на конденсаторе 300 В.
Р е ш е п и е. Энергия электрического поля С1/с~ 100 ° ЗООв 1й'с —— — — — — — —— Ь Дж. с= 2 = 10е 2 т-У. Поляризация диэлектрика При внесении диэлектрика в электрическое поле под действием сил поля орбиты электронов смещаются в направлении, противоположном полю, вследствие чего ядра атомов оказываются уже не в центрах электронных Ьбл-д а'бп и -мал л Π—--- Ю Э ) ~ю е) в) я) Рис. 1-9.
Неполярная молекула. л — при отсутствии внешнего поля; б прн нвлачнн внешнего поля; ив ее еививвлентиыа диполь. орбит (рис. 1-9, а), а на некотором расстоянии от них (рис. 1-9, б). С точки зрения электрических свойств такой атом (молекулу) можно рассматривать как э л е к т р и ч е с к и й д и п о л ь, т. е. как пару разноименных точечных зарядов ~-Я и — Я (рис. 1-9, б), находящихся иа небольшом расстоянии 1 друг от друга (плечо диполя). Заряды, образующие диполи диэлектрика, называются связанными, а произве- дение величины заряда Я и плеча 1 — э л е к т р и ч е с к и м моментом днполя Р=9.
Электрический момент — векторная величина, направленная от отрицательного заряда диполя к положительному. Таким образом, молекулы но внешнем поле становятся диполями, электрические моменты р которых стремятся расположиться в направлении внешнего поля.
При исчезновении поля исчезает и смещение электронных орбит. Явление смещения называется п о л я р и з а ц и е й д н электрика. Поляризованные молекулы создают свое электрическое поле, направленное противоположно основному, в результате происходит ослабление основного поля. Способность диэлектрика поляризоваться под действием электрического поля оценивается диэлектрической проницаемостью, которая показывает, во сколько раз ослабляется основное ноле вследствие поляризации. У диэлектрика, расположенного в периодически изменяющемся электрическом поле, смещение также будет перяодическим, что влечет за собой его пагревание.
Чем чаще изменяется электрическое поле, тем сильнее нагревается диэлектрик. Это явление используется для нагревания диэлектриков с целью их сушки илн получения химических реакций, требующих повышенной температуры. Мощность, идущая на нагрев диэлектрика, обусловленная периодическим смещением и отнесенная к единице объема, называется удельными диэлектрическими потерями.
Повышая напряженность электрического поля, в котоРом расположен диэлектрик, можно достигнуть такого значения ее, при котором произойдет п р о б о й д и э л е кт Р и к а, т. е. местное разрушение его. Эта напряженность поля называется п роб и аной пап р яжен постылю Жр или электрической прочностью д и э л е к т р и к а, а напряжение при пробое п р о б и вным напряжением Уг. Характер пробоя может быть различным. При электрическом пробое немногие, в начальный момент свободные электроны в диэлектрике под действием электрического поля достигают определенной критической ~~~рости, достаточной для отщепления новых электронов от нейтральных атомов и молекул диэлектрика — возни- 19 кает ударная ионизация, приводящая к пробою, При тепловом пробое происходит разогрев диэлектрика в электрическом поле, при котором происходит термическое повреждение или разрушение, например растрески.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
