Kalkulator energii katalizatora

Obliczyć energię przechowywaną w kondensatorze na podstawie jego pojemności i napięcia.

Kalkulator

Wprowadź swoje wartości

Wprowadź pojemność w faradach

Wprowadź napięcie w woltach

Przewodnik

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.

Kluczowe czynniki wpływające na zdolność:
  • 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:

1 / Ctotal = 1 / C1 + 1 / C2 +... + 1 / Cn

Konfiguracja równoległa

Kiedy kondensatory są połączone równolegle, ich kondensatory sumują się, zwiększając całkowitą pojemność. Wzór jest następujący:

Razem = C1 + C2 +... + Cn

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.

Koncepcja

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.

Wzór podstawowy:
E = ½ × C × V²

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.

Wgląd klucza:

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.

Kroki

Jak obliczyć

Aby obliczyć energię kondensatora, należy wykonać następujące czynności:

  1. 1
    Pomiar pojemności kondensatora
  2. 2
    Zmierzyć napięcie w kondensatorze
  3. 3
    Kwadrat napięcia
  4. 4
    Mnożenie o połowę pojemności
Zaawansowane

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
Uwaga:

Wartości Capacitance mogą się różnić w zależności od temperatury, częstotliwości i napięcia. Podane wartości to typowe zakresy.

Przykłady

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

Narzędzia

Kalkulatory fizyki

Potrzebujesz innych narzędzi?

Nie możesz znaleźć kalkulatora, którego potrzebujesz?Skontaktuj się z namizasugerować inne obliczenia fizyki.