Kalkulator energii katalizatora
Obliczyć energię przechowywaną w kondensatorze na podstawie jego pojemności i napięcia.
Wprowadź swoje wartości
Spis treści
Kondensatory
Co to jest Capacitor?
Kondensator jest podstawowym elementem elektronicznym przeznaczonym do tymczasowego przechowywania energii elektrycznej w polu elektrycznym. Składa się z dwóch płyt przewodzących oddzielonych materiałem izolacyjnym zwanym dielektrykiem. W przypadku podłączenia do źródła napięcia, kondensator ładuje przez akumulację równych i przeciwnych ładunków na płytach, tworząc między nimi pole elektryczne.
Jak Capacitors przechowywać energię
Kondensatory magazynują energię poprzez oddzielenie ładunków elektrycznych. Gdy napięcie jest stosowane w kondensatorze, elektrony gromadzą się na jednej płycie, podczas gdy równa liczba elektronów jest pobierana z drugiej płyty, pozostawiając ją naładowaną. Materiał dielektryczny między płytami zapobiega neutralizacji tych ładunków, co pozwala na magazynowanie energii elektrycznej w formie pola elektrycznego.
- Powierzchnia płyty:Większa powierzchnia płyty zwiększa pojemność
- Odległość między płytami:Mniejsza separacja zwiększa pojemność
- Materiał dielektryczny:Materiały o wyższej odporności zwiększają pojemność
Rodzaje Konfiskatorów
Różne typy kondensatorów są przeznaczone do szczególnych zastosowań opartych na ich właściwościach:
- Kondensatory ceramiczne:Małe, przystępne cenowo i wszechstronne, o wysokiej stabilności w temperaturach i częstotliwościach. Idealny do zastosowań wysokiej częstotliwości.
- Kondensatory elektrolityczne:Kondensatory spolaryzowane o wysokich wartościach kondensacyjnych, nadające się do zasilania i zastosowań o niskiej częstotliwości.
- Konserwatory filmowe:Doskonała niezawodność i niskie zniekształcenia, powszechnie stosowane w sprzęcie audio i filtrowanie sygnału.
- Kondensatory tantalu:Kompaktowy z wysoką niezawodnością i gęstością pojemności, idealny do elektroniki przenośnej.
- Nadnośniki:Wyjątkowo wysokie wartości pojemności w zastosowaniach magazynowania energii, łączące cechy baterii i tradycyjnych kondensatorów.
Wnioski o konwertery
Kondensatory pełnią wiele podstawowych funkcji w nowoczesnej elektronice:
- Magazynowanie energii:Kondensatory przechowują energię do szybkiego rozładowania w zastosowaniach takich jak błyski kamer i systemy zasilania awaryjnego.
- Filtrowanie:Łagodzą wahania napięcia w zasilaczach i blokują prąd stały, pozwalając jednocześnie na przekazywanie sygnałów prądu przemiennego.
- Połączenie i oddzielenie od produkcji:Kondensatory przesyłają sygnały AC pomiędzy fazami obwodów, blokując jednocześnie elementy DC.
- Czas:W połączeniu z rezystrami kondensatory tworzą stałe czasowe stosowane w oscylatorach i obwodach czasowych.
- Korekta współczynnika mocy:Duże kondensatory poprawiają wydajność systemów prądu przemiennego poprzez zmniejszenie mocy biernej.
- Dostrajanie:Kondensatory zmienne regulują częstotliwości rezonansowe w urządzeniach radiowych i komunikacyjnych.
Konfiguracje Capacitor
Kondensatory mogą być podłączone w różnych konfiguracjach w celu spełnienia szczególnych wymagań dotyczących obwodów:
Konfiguracja serii
Gdy kondensatory są połączone szeregiem, całkowita kondensacja zmniejsza się, ale wartość napięcia wzrasta. Wzór do obliczania całkowitej pojemności seryjnej wynosi:
Konfiguracja równoległa
Kiedy kondensatory są połączone równolegle, ich kondensatory sumują się, zwiększając całkowitą pojemność. Wzór jest następujący:
Real- Światowe ograniczenia
Podczas gdy idealne kondensatory mają doskonałe właściwości, rzeczywiste kondensatory mają ograniczenia:
- Prąd wycieku:Niewielki prąd przepływa przez dielektryk, powodując stopniowe rozładowanie.
- Równoważny opór serii (ESR):Wewnętrzny opór powoduje utratę energii i ogrzewanie.
- Wchłanianie dielektryczne:Kapitanowie mogą zachować częściowy ładunek po zwolnieniu.
- Ocena napięcia:Przekroczenie maksymalnego napięcia może spowodować awarię dielektryczną.
- Czułość temperatury:Kapacytancja może różnić się w zależności od temperatury, zwłaszcza w kondensatorach ceramicznych.
Zrozumienie tych podstawowych aspektów kondensatorów ma zasadnicze znaczenie dla skutecznego wykorzystania ich w obwodach elektronicznych i docenienia ich roli w zastosowaniach magazynowania energii.
Wzór energetyczny katalizatora
Energia przechowywana w kondensatorze to praca wykonana, by ją naładować. Energia ta jest magazynowana w polu elektrycznym pomiędzy płytami.
Wydobywanie matematyczne
Podczas ładowania kondensatora, należy pracować na polu elektrycznym, które gromadzi się między płytami. Zgromadzona energia reprezentuje łączną pracę wymaganą do przeniesienia całego ładunku z jednej płyty na drugą.
gdzie:
- E = energia przechowywana (J)
- C = Capacitance (F)
- V = napięcie (V)
Alternatywne konfiguracje energetyczne
Energia przechowywana w kondensatorze może być wyrażana na różne sposoby, w zależności od tego, które zmienne są znane:
Stosowanie ładunku i kondensacji:
E = Q²/(2C)
Gdzie Q jest ładunkiem w coulombs
Stosując ładunek i napięcie:
E = QV / 2
Gdzie Q to ładunek, a V to napięcie
Gęstość energii
Gęstość energetyczna kondensatora to ilość energii zgromadzonej na jednostkę objętości. Dla kondensatora równoległego z powierzchnią płyty A i odległością separacji d:
Gęstość energii = ½ × ε × E ²
Gdzie ε jest tolerancją dielektryku, a E jest wytrzymałością pola elektrycznego (V / m)
Pokazuje to, że kondensatory o wyższych materiałach permitacyjnych oraz te, które mogą wytrzymać silniejsze pola elektryczne, mogą przechowywać więcej energii w danej objętości.
Należy zauważyć, że energia przechowywana w kondensatorze jest proporcjonalna do kwadratu napięcia (V ²). Oznacza to, że podwojenie napięcia czterokrotnie zwiększa zgromadzoną energię, podkreślając, dlaczego znamionowość napięcia jest kluczowa w wyborze kondensatora.
Jak obliczyć
Aby obliczyć energię kondensatora, należy wykonać następujące czynności:
-
1Pomiar pojemności kondensatora
-
2Zmierzyć napięcie w kondensatorze
-
3Kwadrat napięcia
-
4Mnożenie o połowę pojemności
Wspólne zasoby
Wartości kondensatorów wspólnych:
- Elektrolityczne: od 1 μF do 10000 μF
- Ceramiczne: od 1 pF do 1 μF
- Tantal: 0,1 μF do 1000 μF
- Film: 0,001 μF do 100 μF
- Nadnośnik: 0,1 F do 5000 F
Wartości Capacitance mogą się różnić w zależności od temperatury, częstotliwości i napięcia. Podane wartości to typowe zakresy.
Przykłady praktyczne
Przykład 1Kondensator standardowy
Obliczyć energię zgromadzoną w kondensatorze 100 μF naładowanym na 12V.
C = 100 × 10⁻⁶ F
V = 12 V
E = ½ × 100 × 10⁻⁶ × 12² = 0.0072 J
Przykład 2Nadnośnik
Oblicz energię przechowywaną w nadkondensatorze 1F naładowanym 2.7V.
C = 1 F
V = 2.7 V
E = ½ × 1 × 2.7² = 3.645 J