Anda akan membutuhkan

• - pengetahuan tentang kapasitas atau geometri dan parameter fisik kapasitor;
• - Pengetahuan tentang energi atau muatan pada kapasitor.

instruksi

Temukan tegangan antara pelat kapasitor jika nilai energi yang terakumulasi saat ini diketahui, serta kapasitansinya. Energi yang disimpan oleh kapasitor dapat dihitung menggunakan rumus W=(C∙U²)/2, dengan C adalah kapasitansi dan U adalah tegangan antar pelat. Dengan demikian, nilai tegangan dapat diperoleh sebagai akar dari dua kali nilai energi dibagi kapasitansi. Artinya, akan sama dengan: U=√(2∙W/C).

Energi yang tersimpan dalam kapasitor juga dapat dihitung berdasarkan jumlah muatan yang dikandungnya (jumlah) dan tegangan antar pelat. Rumus yang mendefinisikan korespondensi antara parameter-parameter ini adalah: W=q∙U/2 (di mana q adalah muatannya). Oleh karena itu, dengan mengetahui energi dan , kita dapat menghitung tegangan antar pelatnya menggunakan rumus: U=2∙W/q.

Karena muatan pada kapasitor sebanding dengan tegangan yang diterapkan pada pelatnya dan kapasitansi perangkat (ditentukan oleh rumus q=C∙U), maka, dengan mengetahui muatan dan kapasitansi, Anda dapat mencari tegangannya. Oleh karena itu, untuk melakukan perhitungan digunakan rumus: U=q/C.

Untuk mendapatkan nilai tegangan pada suatu kapasitor yang geometri dan parameternya telah diketahui, terlebih dahulu dihitung kapasitansinya. Untuk kapasitor pelat sederhana yang terdiri dari dua pelat penghantar yang dipisahkan oleh , jarak antara keduanya dapat diabaikan dibandingkan dengan ukurannya, kapasitansi dapat dihitung dengan rumus: C=(ε∙ε0∙S)/d. Di sini d adalah jarak antar lempeng, dan S adalah luasnya. Nilai ε0 adalah konstanta listrik (konstanta sama dengan 8,8542 10^-12 F/m), ε adalah konstanta dielektrik relatif ruang antar pelat (dapat ditemukan di buku referensi fisika). Setelah menghitung kapasitansi, hitung tegangan menggunakan salah satu metode yang diberikan pada langkah 1-3.

Harap diperhatikan

Untuk memperoleh hasil yang benar saat menghitung tegangan antar pelat kapasitor, sebelum melakukan perhitungan, masukkan nilai semua parameter ke dalam sistem SI.

Untuk mengetahui apakah kapasitor dapat digunakan di tempat tertentu dalam rangkaian, Anda harus menentukannya. Metode untuk menemukan parameter ini bergantung pada bagaimana parameter tersebut ditandai pada kapasitor dan apakah parameter tersebut ditandai atau tidak.

Anda akan membutuhkan

• Pengukur kapasitansi

instruksi

Secara besar-besaran kapasitor kapasitas biasanya ditunjukkan dalam teks biasa: 0,25 µF atau 15 uF. Dalam hal ini, cara menentukannya adalah hal yang sepele.

Pada yang lebih kecil kapasitor(termasuk SMD) kapasitas dua atau tiga digit. Dalam kasus pertama, ini ditunjukkan dalam pikofarad. Dalam kasus kedua, dua digit pertama kapasitas, dan yang ketiga - dalam satuan apa yang dinyatakan: 1 - puluhan pikofarad;
2 - ratusan pikofarad;
3 - nanofarad;
4 - puluhan nanofarad;
5 - pecahan mikrofarad.

Ada juga sistem untuk menentukan kapasitas menggunakan kombinasi huruf latin dan angka. Huruf-huruf tersebut mewakili angka-angka berikut: A - 10;
B - 11;
C - 12;
H - 13;
E - 15;
F - 16;
G - 18;
H - 20;
J - 22;
K - 24;
L - 27;
M - 30;
N - 33;
P - 36;
Pertanyaan - 39;
R - 43;
S - 47;
T - 51;
kamu - 56;
V - 62;
W - 68;
X - 75;
Y - 82;
Z - 91. Angka yang dihasilkan harus dikalikan dengan angka 10, yang sebelumnya dipangkatkan sama dengan angka berikutnya. Hasilnya akan dinyatakan dalam pikofarad.

Ada kapasitor, kapasitas yang tidak ditandai sama sekali. Anda mungkin pernah bertemu mereka di starter lampu neon. Dalam hal ini, ukurlah kapasitas kamu hanya bisa perangkat khusus. Mereka digital dan jembatan. Bagaimanapun, jika kapasitor disolder ke perangkat tertentu, kapasitor tersebut harus dihilangkan energinya, kapasitor filter dan kapasitor itu sendiri harus dibuang ke dalamnya, kapasitas yang harus diukur, dan baru kemudian disolder. Maka harus terhubung ke perangkat. meteran digital pilih dulu batas yang paling kasar, lalu alihkan hingga menunjukkan kelebihan beban. Setelah itu, sakelar dipindahkan kembali satu batas dan pembacaan dibaca, dan berdasarkan posisi sakelar, pembacaan ditentukan dalam satuan apa yang dinyatakan. meteran jembatan, berpindah secara berurutan, pada masing-masingnya gulir pengatur dari satu ujung tangga nada ke ujung lainnya hingga suara dari speaker menghilang. Setelah mencapai hilangnya, hasilnya dibaca pada skala pengatur, dan satuan yang dinyatakan juga ditentukan oleh posisi sakelar. Kemudian kapasitor dipasang kembali ke perangkat.

Harap diperhatikan

Jangan pernah menghubungkan kapasitor bermuatan ke meteran.

Sumber:

• Buku Pegangan Sistem Penunjukan Kapasitas

Temukan nilai listrik mengenakan biaya mungkin dalam dua cara. Yang pertama adalah mengukur kekuatan interaksi yang tidak diketahui mengenakan biaya dengan nilai yang diketahui dan menggunakan hukum Coulomb untuk menghitung nilainya. Yang kedua adalah memasukkan muatan ke dalam medan listrik yang diketahui dan mengukur gaya yang bekerja padanya. Untuk mengukur mengenakan biaya mengalir melalui penampang konduktor di luarnya waktu tertentu mengukur arus dan mengalikannya dengan nilai waktu.

Anda akan membutuhkan

• dinamometer sensitif, stopwatch, ammeter, meteran medan elektrostatis, kapasitor udara.

instruksi

Pengukuran mengenakan biaya dengannya dengan muatan yang diketahui. Jika suatu benda diketahui, masukkan muatan yang tidak diketahui ke benda tersebut dan ukur antara keduanya dalam meter. Tuduhan akan mulai berinteraksi. Dengan menggunakan dinamometer, ukur kekuatan interaksinya. Hitung nilai yang tidak diketahui mengenakan biaya- untuk melakukan ini, kalikan kuadrat jarak yang diukur dengan nilai gaya dan bagi dengan muatan yang diketahui. Bagi hasilnya dengan 9 10^9. Hasilnya akan menjadi nilai mengenakan biaya dalam Coulomb (q=F r²/(q0 9 10^9)). Jika muatan-muatan itu tolak-menolak, maka muatan-muatan itu sejenis, tetapi jika muatan-muatan itu tarik-menarik, maka muatan-muatan itu berlawanan arah.

Mengukur nilai mengenakan biaya dimasukkan ke dalam medan listrik medan listrik alat khusus (pengukur medan listrik). Jika tidak ada perangkat seperti itu, ambil kapasitor udara, isi dayanya, ukur tegangan pada pelatnya dan bagi jarak antar pelat - ini akan menjadi nilai medan listrik di dalam kapasitor dalam volt per meter. Tambahkan biaya yang tidak diketahui ke bidang. Dengan menggunakan dinamometer sensitif, ukur gaya yang bekerja padanya. Lakukan pengukuran dalam . Bagilah nilai gaya dengan kuat medan listrik. Hasilnya akan menjadi nilai mengenakan biaya dalam Coulomb (q=F/E).

Pengukuran mengenakan biaya mengalir melalui konduktor melintang. Rakit rangkaian listrik dengan konduktor dan sambungkan ammeter secara seri ke sana. Hubungkan ke sumber arus dan ukur arus menggunakan amperemeter dalam satuan ampere. Pada saat yang sama, gunakan stopwatch untuk mencatat di mana rantai itu berada arus listrik. Dengan mengalikan nilai arus dengan waktu yang dihasilkan, carilah muatan yang melalui penampang masing-masing muatan selama waktu tersebut (q = I t). Saat melakukan pengukuran, pastikan konduktor tidak terlalu panas dan tidak terjadi korsleting.

Kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan muatan listrik. Jumlah akumulasi energi listrik dalam kapasitor ditandai dengan nya kapasitas. Itu diukur dalam farad. Dipercayai bahwa kapasitansi satu farad sama dengan kapasitor bermuatan muatan listrik sebuah liontin dengan beda potensial pada pelat-pelatnya sebesar satu volt.

instruksi

Tentukan kapasitas rumah susun tersebut kapasitor menurut rumus C = S e e0/d, dimana S adalah luas permukaan salah satu pelat, d antar pelat, e adalah konstanta dielektrik relatif yang mengisi ruang antar pelat (dalam ruang hampa sama) , e0 adalah konstanta listrik sebesar 8.854187817 10 (-12) F/m. Berdasarkan rumus di atas, nilai kapasitansi akan bergantung pada luas konduktor, antara konduktor dan bahan dielektrik. Mika juga dapat digunakan sebagai dielektrik.

Hitung kapasitansi bola kapasitor menurut rumus C = (4P e0 R²)/d, dimana P adalah bilangan “pi”, R adalah jari-jari bola, d adalah besarnya jarak antar bola kapasitor berbanding lurus dengan bola konsentris dan berbanding terbalik dengan jarak antar bola.

Hitung kapasitas silinder tersebut kapasitor sesuai rumus C = (2П e e0 L R1)/(R2-R1), dimana L adalah panjangnya kapasitor, P adalah bilangan “pi”, R1 dan R2 adalah jari-jari pelat silindernya.

Jika kapasitor-kapasitor pada rangkaian dirangkai paralel, hitung kapasitansi totalnya menggunakan rumus C = C1+C2+...+Cn, dengan C1, C2,...Cn adalah kapasitansi kapasitor-kapasitor yang dirangkai paralel.

Hitung kapasitansi total kapasitor dihubungkan seri menggunakan rumus 1/C = 1/C1+1/C2+...+1/Cn, dimana C1, C2,...Cn adalah kapasitansi kapasitor dihubungkan seri.

Harap diperhatikan

Kapasitor apa pun harus diberi tanda, bisa berupa alfanumerik atau berwarna. Penandaannya mencerminkan parameternya.

Sumber:

• Kode warna resistor, kapasitor dan induktor

Kapasitansi adalah besaran yang dinyatakan dalam farad dalam sistem SI. Meskipun sebenarnya hanya turunannya yang digunakan - mikrofarad, pikofarad, dan sebagainya. Adapun kapasitas listrik kapasitor datar tergantung pada celah antara pelat dan luasnya, pada jenis dielektrik yang terletak pada celah tersebut.

instruksi

Jika pelat kapasitor memiliki luas yang sama dan letaknya tepat satu di atas yang lain, hitunglah luas salah satu pelat - pelat mana saja. Jika salah satu dari mereka dipindahkan relatif terhadap yang lain atau berbeda, Anda perlu menghitung luas daerah di mana lempeng-lempeng tersebut saling tumpang tindih.

Dalam hal ini, rumus yang berlaku umum digunakan untuk menghitung luasnya bentuk geometris, seperti lingkaran (S=π(R^2)), persegi panjang (S=ab), kasus khususnya – persegi (S=a^2) – dan lain-lain.

Dalam kondisi soal yang diberikan kepada Anda, ini dapat dinyatakan sebagai konstanta dielektrik absolut dari bahan ini, yang terletak di antara pelat kapasitor, dan relatif. Permeabilitas absolut dinyatakan dalam F/m (farad per meter), sedangkan permeabilitas relatif dinyatakan dalam besaran tak berdimensi.

Dalam kasus konstanta dielektrik relatif medium (dielektrik in dalam hal ini) digunakan koefisien yang menunjukkan konstanta dielektrik absolut bahan dan karakteristik yang sama, tetapi dalam ruang hampa, atau lebih tepatnya, berapa kali yang pertama lebih besar dari yang kedua. Ubah permitivitas relatif menjadi absolut, lalu kalikan hasilnya dengan konstanta listrik. Nilainya adalah 8,854187817*10^(-12) F/m dan sebenarnya merupakan konstanta dielektrik vakum.

Menutupi

Manual pendidikan dan metodologi untuk pekerjaan laboratorium № 3.3

dalam disiplin "Fisika"

Vladivostok

Judul

Kementerian Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan Federasi Rusia

Sekolah Sains

MEMPELAJARI PROSES PENGISIAN DAN PENGosongan KAPASITOR. PENENTUAN KAPASITAS KONDENSER

Vladivostok

Universitas Federal Timur Jauh

____________________________________________________________________________________________________________

Pergantian judul

UDC 53 (o76.5)

Disusun oleh: O.V

Mempelajari proses pengisian dan pengosongan kapasitor. Penentuan kapasitansi: pendidikan dan metodologis manual untuk pekerjaan laboratorium No. 3.3 dalam disiplin "Fisika" / Universitas Federal Timur Jauh, Sekolah Ilmu Pengetahuan Alam [komp. O.V. Plotnikova]. – Vladivostok: Dalnevost. federal Universitas, 2013. - hal.

Manual yang disiapkan di Departemen Fisika Umum, Fakultas Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Federal Timur Jauh, berisi materi teoretis singkat dengan topik “Kapasitansi listrik. Kapasitor" dan petunjuk pelaksanaan pekerjaan laboratorium "Mempelajari proses pengisian dan pengosongan kapasitor. Penentuan kapasitansi kapasitor" dalam disiplin ilmu "Fisika".

Untuk mahasiswa sarjana FEFU.

UDC 53 (o76.5)

© Institusi Pendidikan Otonomi Negara Federal untuk Pendidikan Profesi Tinggi "FEFU", 2013

Tujuan pekerjaan: konfirmasi eksperimental dari hukum yang menjelaskan proses pengisian dan pengosongan kapasitor, penentuan konstanta waktu rangkaian listrik, penentuan kapasitansi kapasitor yang tidak diketahui.

Teori singkat

Kapasitas listrik.

Konduktor adalah zat yang mengandung sejumlah besar partikel bermuatan bebas. Dalam konduktor logam, partikel tersebut adalah elektron bebas, dalam elektrolit - ion positif dan negatif, dalam gas terionisasi - ion dan elektron.

Jika kita mempertimbangkan sebuah konduktor, yang di sebelahnya tidak ada konduktor lain, maka itu disebut konduktor soliter. Pengalaman menunjukkan bahwa potensial suatu konduktor terisolasi berbanding lurus dengan muatan pada konduktor tersebut. Rasio muatan yang diberikan pada suatu konduktor terhadap potensialnya disebut kapasitas listrik konduktor (atau hanya kapasitansi):

Jadi, kapasitansi ditentukan oleh jumlah muatan yang harus diberikan kepada konduktor untuk meningkatkan potensinya sebesar satu.

Kapasitansi bergantung pada ukuran dan bentuk konduktor, konstanta dielektrik medium, keberadaan konduktor lain di dekatnya, dan tidak bergantung pada muatan atau potensial. Jadi, untuk bola penghantar soliter berjari-jari R, kapasitansinya sama dengan:

С = 4πεε 0 R. (karena potensial φ=
).

Di sini ε adalah konstanta dielektrik medium, ε 0 adalah konstanta listrik.

Satuan SI untuk kapasitansi disebut Farad (F). 1F = 1 .

Kapasitor.

Tidak hanya konduktor individu, tetapi juga sistem konduktor memiliki kapasitansi. Suatu sistem yang terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh lapisan dielektrik disebut kapasitor. Konduktor dalam hal ini disebut pelat kapasitor. Muatan pada pelat mempunyai tanda yang berlawanan, tetapi besarnya sama. Hampir seluruh bidang kapasitor terkonsentrasi di antara pelat dan.

Kapasitansi kapasitor adalah besarannya

C= , (1)

dimana q adalah nilai absolut muatan salah satu pelat, U adalah beda potensial (tegangan) antar pelat.

Tergantung pada bentuk pelatnya, kapasitor berbentuk datar, bulat, atau silinder.

Mari kita cari kapasitansi kapasitor datar yang pelatnya mempunyai luas S, terletak pada jarak d, dan ruang antara pelat diisi dengan dielektrik dengan konstanta dielektrik ε.

Jika rapat muatan permukaan pada pelat sama dengan σ (σ= ), maka kuat medan kapasitor (medan dianggap seragam) adalah:

E= =

Beda potensial antar pelat berhubungan dengan kuat medan: E = , dari situ kita mendapatkan U=Ed = =

Dengan menggunakan rumus (1), kita memperoleh ekspresi kapasitansi kapasitor datar berikut:

C = (2)

Koneksi kapasitor.

Ada dua jenis koneksi utama yang digunakan: serial dan paralel.

Dengan sambungan paralel (Gambar 1), kapasitas total baterai sama dengan jumlah kapasitansi semua kapasitor:

Dengan umum = С 1 + С 2 + С 3 +…=ΣС i. (3)

Dengan sambungan seri (Gbr. 2), kebalikan dari kapasitansi total sama dengan jumlah kebalikan dari kapasitansi semua kapasitor:

. (4)

Jika n kapasitor dengan kapasitansi yang sama C dihubungkan secara seri, maka kapasitansi totalnya adalah: C total. =

Beras. 1. Koneksi paralel. Beras. 2. Koneksi serial

Energi kapasitor.

Jika proses pengisian kapasitor lambat (quasi-stasioner), maka kita dapat berasumsi bahwa pada setiap momen waktu potensial pelat kapasitor di semua titik adalah sama. Ketika muatan bertambah sebesar dq, usaha selesai
, di mana u adalah nilai tegangan sesaat antara pelat kapasitor. Mengingat bahwa
, kita mendapatkan:
. Jika kapasitansi tidak bergantung pada tegangan, maka ini pekerjaan sedang berlangsung untuk meningkatkan energi kapasitor. Mengintegrasikan ekspresi ini, kita mendapatkan:

,

dimana W adalah energi kapasitor, U adalah tegangan antara pelat kapasitor bermuatan.

Dengan menggunakan hubungan antara muatan, kapasitansi kapasitor, dan tegangan, kita dapat menyajikan ekspresi energi kapasitor bermuatan dalam bentuk lain:

. (5)

Arus kuasi-stasioner. Proses pengisian dan pengosongan kapasitor.

Ketika kapasitor diisi atau dikosongkan, arus mengalir dalam rangkaian kapasitor. Jika perubahan arus terjadi sangat lambat, yaitu selama waktu yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan listrik dalam rangkaian, perubahan arus dan ggl. kecil, maka hukum arus searah dapat digunakan untuk menentukan nilai sesaatnya. Arus yang berubah perlahan seperti itu disebut kuasi-stasioner.

Karena tingkat pembentukan kesetimbangan listrik yang tinggi, konsep arus kuasi-stasioner juga mencakup proses yang berlangsung cukup cepat dalam pengertian biasa: arus bolak-balik, banyak osilasi listrik yang digunakan dalam teknik radio. Arus pengisian atau pengosongan kapasitor juga bersifat kuasi-stasioner.

Mari kita perhatikan sebuah rangkaian listrik, yang resistansi totalnya dilambangkan dengan R. Rangkaian tersebut berisi kapasitor dengan kapasitansi C yang dihubungkan ke sumber listrik dengan ggl. ε (Gbr. 3).

Beras. 3. Proses pengisian dan pengosongan kapasitor.

Mengisi kapasitor. Menerapkan ke garis besar ε Aturan kedua RC1ε Kirchhoff, kita peroleh:
,

dimana I, U adalah nilai sesaat dari arus dan tegangan pada kapasitor (arah bypass rangkaian ditunjukkan oleh panah).

Mengingat bahwa
,
, kita dapat mereduksi persamaan tersebut menjadi satu variabel:

.

Mari perkenalkan variabel baru:
. Maka persamaannya akan ditulis:

.

Membagi variabel dan mengintegrasikannya, kita mendapatkan:
.

Untuk menentukan konstanta A, kita menggunakan kondisi awal:

t=0, kamu=0, kamu= - ε. Maka kita mendapatkan: A = - ε. Kembali ke variabel
, akhirnya kita mendapatkan ekspresi tegangan pada kapasitor:

. (6)

Seiring waktu, tegangan melintasi kapasitor meningkat, mendekati ggl secara asimtotik. sumber (Gbr. 4, I.).

Pelepasan kapasitor. Untuk rangkaian CR2C, menurut aturan kedua Kirchhoff: RI=U. Kami juga menggunakan:

, Dan
(arus mengalir dalam arah yang berlawanan).

Direduksi menjadi variabel U, kita mendapatkan:

. Mengintegrasikan, kita mendapatkan:
.

Kita menentukan konstanta integrasi B dari kondisi awal: t=0, U=ε. Maka kita mendapatkan: B=ε.

Untuk tegangan pada kapasitor akhirnya kita peroleh:

. (7)

Seiring waktu, tegangan turun, mendekati 0 (Gbr. 4, II).

Beras. 4. Grafik pengisian (I) dan pengosongan (II) kapasitor.

Konstanta waktu.

, (8)

Sifat proses pengisian dan pengosongan kapasitor (pembentukan kesetimbangan listrik) bergantung pada nilai:

yang mempunyai dimensi waktu dan disebut konstanta waktu rangkaian listrik. Konstanta waktu menunjukkan berapa lama setelah kapasitor mulai dikosongkan, tegangan berkurang e kali (e = 2,71).

Teori metode

Mari kita ambil logaritma ekspresi (7):

(perhatikan bahwa RC = τ).
, Grafik lnU versus t (ketergantungan linier) dinyatakan dengan garis lurus (Gbr. 5) yang memotong sumbu y (lnU) di titik dengan koordinat (0; lnε). Koefisien sudut K dari grafik ini akan menentukan konstanta waktu rangkaian:

. (9)

Di mana:

Beras. 5. Ketergantungan logaritma natural tegangan terhadap waktu saat pengosongan kapasitor
Menggunakan rumus:
, Dan
:
.

dapat diperoleh bahwa untuk selang waktu yang sama
. (10)

Dari sini:

Pengaturan eksperimental Instalasi terdiri dari blok utama - modul pengukuran, yang memiliki terminal untuk menghubungkan elemen tambahan, sumber listrik, multimeter digital

dan satu set modul mini dengan nilai resistansi dan kapasitansi berbeda. Untuk melakukan pekerjaan tersebut, suatu rangkaian listrik dirakit sesuai dengan diagram yang ditunjukkan pada panel atas

modul. Modul mini dengan nilai nominal 1 MΩ dihubungkan ke soket “R 1”, dan modul mini dengan nilai nominal 100 Ohm dihubungkan ke soket “R 2”. Parameter kapasitor yang dipelajari, dihubungkan ke soket “C”, ditentukan oleh guru. Sebuah jumper dipasang di soket koneksi ammeter. Multimeter digital dalam mode voltmeter dihubungkan ke soket voltmeter. Perlu dicatat bahwa resistansi resistor pengisian-pengosongan (minimodul) R dan voltmeter digital R V membentuk pembagi tegangan, yang mengarah pada fakta itu tegangan maksimum
,

pada kapasitor akan sama bukan dengan ε, tetapi

dimana r 0 adalah hambatan sumber listrik. Koreksi yang tepat perlu dilakukan ketika menghitung konstanta waktu. Namun, jika resistansi masukan voltmeter (10 7 Ohm) secara signifikan melebihi resistansi resistor, dan resistansi sumber rendah, maka koreksi ini dapat diabaikan.

Perintah kerja

(Dengan)

DENGAN

Tabel 3

Om, S

Tugas 1. Konstruksi kurva pelepasan kapasitor dan konfirmasi eksperimental hukum yang menjelaskan proses ini.

Dengan menggunakan data yang diambil dari tabel 1 dan 3, buatlah grafik tegangan versus waktu saat kapasitor C 1 dan C 2 dikosongkan.

Analisis dan bandingkan dengan teori (Gbr. 4).

Plot grafik pelepasan kapasitor C 1 dan C 2 pada sumbu (lnU, t).

.

Analisis dan bandingkan dengan teori (Gbr. 5). Tentukan koefisien sudut K 1 dan K 2 dari grafik. Nilai rata-rata koefisien sudut dicari sebagai rasio yang menentukan garis singgung sudut kemiringan garis lurus: Kesalahan acak

,

metode grafis
dapat dinilai dengan simpangan titik percobaan relatif terhadap garis lurus yang ditarik.

Kesalahan relatif lereng dapat dicari dengan rumus:

dimana δ(lnU) adalah simpangan (dalam proyeksi ke sumbu lnU) dari garis lurus titik percobaan terjauh,

- interval di mana pengukuran dilakukan.

Tugas 2. Penentuan kapasitansi kapasitor yang tidak diketahui.

Dengan menggunakan data yang diambil dari tabel 1 dan 2, buatlah grafik tegangan versus waktu saat kapasitor C 1 dan C x dikosongkan.

Analisis dan bandingkan dengan teori (Gbr. 4).

,
.

Plot grafik pelepasan kapasitor C 1 dan C x pada sumbu (lnU, t).

Bandingkan dan buat kesimpulan tentang hubungan antara konstanta waktu (lihat Gambar 5).

Tentukan kapasitas yang tidak diketahui menggunakan rumus (10), menggunakan grafik dan data dari tabel 1 dan 2.

Temukan kesalahan relatif dari koefisien sudut ε K1 dan ε kx (lihat paragraf 4 tugas 1).

Tentukan kesalahan relatif dan absolut kapasitansi:

Bandingkan nilai C x yang diperoleh dengan nilai yang diukur menggunakan multimeter digital dalam mode pengukuran kapasitansi.

Menarik kesimpulan.

Tugas tambahan.

Hitung energi kapasitor bermuatan menggunakan rumus (5).

Pertanyaan keamanan

Apa itu kapasitor? Berapa kapasitansi kapasitor?

Buktikan bahwa medan listrik kapasitor datar terkonsentrasi di antara pelat-pelatnya.

Mengapa grafik lnU versus t diplot dalam karya ini?

Bagaimana konstanta waktu suatu rangkaian listrik ditentukan dalam pekerjaan ini?

LITERATUR

1. Trofimova T.I. mata kuliah Fisika. / T.I. Trofimova. - M.: Sekolah Tinggi, 2006-2009 - 544 hal.

2 Savelyev I.V. mata kuliah Fisika. Dalam 3 volume. Jilid 2. Listrik. Osilasi dan gelombang. Optik gelombang. Ed. Ketiga, stereotip. / I.V. Savelyev - M.: Lan, 2007. - 480 hal.

3. Kursus Fisika Grabovsky R.I. / R.I. Grabovsky - St. Petersburg: Penerbitan Lan, 2012. – 608 hal.

4 Zisman G. A., Todes O. M. Mata kuliah fisika umum. Dalam 3 volume. Jilid 2. Listrik dan Magnet / G.A. Zisman, O.M. Todes - SPb.: "Lan", 2007. - 352c.

Judul akhir

Edisi pendidikan

Disusun oleh:

Plotnikova Olga Vasilievna

MEMPELAJARI PROSES PENGISIAN DAN PENGosongan KAPASITOR. PENENTUAN KAPASITAS KONDENSER

Manual pendidikan dan metodologi untuk pekerjaan laboratorium No. 3.3 dalam disiplin “Fisika”

Tata letak komputer

Ditandatangani untuk segel

Formatnya 60x84/16. Cond.bake.l. Akademisi-ed.l.

Sirkulasi Memesan

Universitas Federal Timur Jauh

Dicetak di Departemen Fisika Umum SHEN FEFU

690091, Vladivostok, st. Sukhanova, 8

Segel

Kapasitor – komponen elektronik, dirancang untuk mengakumulasi muatan listrik. Kemampuan kapasitor untuk mengakumulasi muatan listrik bergantung pada kapasitor tersebut karakteristik utama – kontainer. Kapasitansi suatu kapasitor (C) didefinisikan sebagai perbandingan jumlah muatan listrik (Q) terhadap tegangan (U).

Kapasitansi kapasitor diukur dalam farad(P) - satuan yang dinamai fisikawan Inggris Michael Faraday. Kapasitas masuk satu farad(1F) sama dengan jumlah muatan masuk satu liontin(1C), menciptakan tegangan melintasi kapasitor masuk satu volt(1V). Mari kita ingat itu satu liontin(1C) sama dengan jumlah muatan yang melewati konduktor selama satu detik(1 detik) pada arus satu ampere(1A).

Namun, liontin adalah jumlah muatan yang sangat besar dibandingkan dengan jumlah muatan yang dapat disimpan sebagian besar kapasitor. Oleh karena itu, mikrofarad (µF atau uF), nanofarad (nF) dan pikofarad (pF) biasanya digunakan untuk mengukur kapasitansi.

• 1µF = 0,000001 = 10 -6 F

• 1nF = 0,000000001 = 10 -9 F

• 1pF = 0,000000000001 = 10 -12 F

Kapasitor datar

Ada banyak jenis kapasitor berbagai bentuk Dan perangkat dalam. Mari kita pertimbangkan yang paling sederhana dan mendasar - kapasitor datar. Kapasitor datar terdiri dari dua pelat konduktor paralel (pelat), diisolasi secara elektrik satu sama lain melalui udara atau khusus bahan dielektrik(misalnya kertas, kaca atau mika).

Perangkat kapasitor

Biaya kapasitor. Saat ini

Kapasitor dari segi fungsinya mirip dengan baterai, namun prinsip pengoperasiannya, kapasitas maksimumnya, dan kecepatan pengisian/pengosongannya masih sangat berbeda.

Mari kita perhatikan prinsip pengoperasian kapasitor pelat datar. Jika Anda menghubungkan sumber listrik ke sana, partikel bermuatan negatif dalam bentuk elektron akan mulai berkumpul di satu pelat konduktor, dan partikel bermuatan positif dalam bentuk ion akan mulai berkumpul di pelat konduktor lainnya. Karena terdapat dielektrik di antara pelat, partikel bermuatan tidak dapat “melompat” ke sisi berlawanan dari kapasitor. Namun elektron berpindah dari sumber listrik ke pelat kapasitor. Oleh karena itu, arus listrik mengalir pada rangkaian tersebut.

Pada awal menghubungkan kapasitor ke dalam rangkaian, terdapat ruang kosong paling banyak di pelatnya. Akibatnya, arus awal pada saat ini menemui hambatan paling kecil dan maksimum. Saat kapasitor terisi dengan partikel bermuatan, arus secara bertahap turun hingga habis ruang bebas pada pelat dan arus tidak berhenti sama sekali.

Waktu antara keadaan kapasitor “kosong” s nilai maksimum arus, dan kapasitor "penuh" dengan nilai minimum saat ini (yaitu ketidakhadirannya) disebutmasa transisi pengisian kapasitor.

Voltase

Pada awal periode transisi pengisian, tegangan antara pelat kapasitor adalah nol. Segera setelah partikel bermuatan mulai muncul di pelat, timbul tegangan antara muatan yang berbeda. Alasannya adalah dielektrik antar pelat, yang “mencegah” muatan dengan tanda berlawanan yang cenderung satu sama lain berpindah ke sisi lain kapasitor.

Pada tahap awal pengisian, tegangan naik dengan cepat karena arus tinggi dengan sangat cepat meningkatkan jumlah partikel bermuatan pada pelat. Semakin banyak kapasitor diisi, semakin rendah arusnya, dan semakin lambat kenaikan tegangan. Pada akhir masa transisi, tegangan melintasi kapasitor akan berhenti tumbuh sepenuhnya dan akan sama dengan tegangan pada sumber listrik.

Seperti terlihat pada grafik, arus kapasitor secara langsung bergantung pada perubahan tegangan.

Rumus mencari arus kapasitor pada masa transisi adalah:

• Ic - arus kapasitor

• C - Kapasitansi kapasitor

• ?Vc/?t – Perubahan tegangan pada kapasitor selama periode waktu tertentu

Setelah kapasitor terisi, matikan sumber listrik dan sambungkan beban R. Karena kapasitor sudah terisi maka kapasitor sendiri telah berubah menjadi sumber listrik. Beban R membentuk saluran di antara pelat. Elektron bermuatan negatif yang terakumulasi pada satu pelat, sesuai dengan gaya tarik menarik antara muatan yang berbeda, akan bergerak menuju ion bermuatan positif di pelat lainnya.

Pada saat sambungan R, tegangan melintasi kapasitor sama dengan setelah akhir periode transisi pengisian. Arus awal menurut hukum Ohm akan sama dengan tegangan pada pelat dibagi hambatan beban.

Segera setelah arus mengalir dalam rangkaian, kapasitor akan mulai mengeluarkan daya. Saat muatan hilang, tegangan akan mulai turun. Oleh karena itu, arusnya juga akan turun. Ketika nilai tegangan dan arus menurun, laju penurunannya juga akan menurun.

Waktu pengisian dan pengosongan kapasitor bergantung pada dua parameter - kapasitansi kapasitor C dan resistensi total pada rangkaian R. Semakin besar kapasitansi kapasitor, semakin besar jumlah muatan yang harus melewati rangkaian, dan semakin lama waktu yang diperlukan untuk proses pengisian/pengosongan (arus didefinisikan sebagai jumlah muatan yang melewati penghantar per satuan waktu). Semakin tinggi resistansi R, semakin rendah arusnya. Oleh karena itu, diperlukan lebih banyak waktu untuk mengisi daya.

Produk RC (resistansi dikali kapasitansi) membentuk konstanta waktu ? (tau). Dalam satu ? Kapasitor diisi atau dikosongkan sebesar 63%. Untuk lima ? Kapasitor terisi atau habis sepenuhnya.

Agar lebih jelas, mari kita substitusikan nilainya: kapasitor berkapasitas 20 mikrofarad, hambatan 1 kiloohm, dan sumber listrik 10V. Proses pengisian akan terlihat seperti ini:

Perangkat kapasitor. Kapasitas bergantung pada apa?

Kapasitansi kapasitor pelat paralel bergantung pada tiga faktor utama:

• Luas pelat - A

• Jarak antar pelat – d

• Konstanta dielektrik relatif zat di antara kedua pelat tersebut adalah ?

Semakin besar luas pelat kapasitor, semakin banyak partikel bermuatan yang dapat ditempatkan di atasnya, dan semakin besar kapasitansinya.

Jarak antar pelat

Kapasitansi kapasitor berbanding terbalik dengan jarak antar pelat. Untuk menjelaskan sifat pengaruh faktor ini, perlu diingat kembali mekanisme interaksi muatan dalam ruang (elektrostatika).

Jika kapasitor tidak berada dalam rangkaian listrik, maka partikel bermuatan yang terletak pada pelatnya dipengaruhi oleh dua gaya. Yang pertama adalah gaya tolak menolak antara muatan sejenis dari partikel tetangga pada pelat yang sama. Yang kedua adalah gaya tarik menarik muatan berlawanan antar partikel yang terletak pada pelat berlawanan. Ternyata semakin dekat jarak lempeng-lempeng tersebut, maka semakin besar pula gaya tarik-menarik total antara muatan-muatan yang bertanda berlawanan, dan semakin banyak pula muatan yang dapat ditempatkan pada satu pelat.

Konstanta dielektrik relatif

Faktor yang sama pentingnya yang mempengaruhi kapasitansi kapasitor adalah sifat material di antara pelat seperti konstanta dielektrik relatif?. Ini adalah besaran fisis tak berdimensi yang terlihat Berapa kali gaya interaksi antara dua muatan bebas dalam dielektrik lebih kecil dibandingkan dalam ruang hampa?

Bahan dengan konstanta dielektrik yang lebih tinggi memungkinkan kapasitansi yang lebih besar. Hal ini disebabkan oleh efeknya polarisasi– perpindahan elektron atom dielektrik menuju pelat kapasitor bermuatan positif.

Polarisasi menciptakan medan listrik internal di dielektrik, yang melemahkan beda potensial (tegangan) keseluruhan kapasitor. Tegangan U mencegah aliran muatan Q ke kapasitor. Oleh karena itu, menurunkan tegangan akan mendorong penempatan pada kapasitor lagi muatan listrik.

Di bawah ini adalah contoh nilai konstanta dielektrik untuk beberapa bahan isolasi yang digunakan pada kapasitor.

• Udara – 1,0005

• Kertas – dari 2,5 hingga 3,5

• Kaca – dari 3 hingga 10

• Mika – dari 5 hingga 7

• Bubuk oksida logam – dari 6 hingga 20

Tegangan terukur

Karakteristik terpenting kedua setelah kapasitas adalah tegangan pengenal maksimum kapasitor. Parameter ini menunjukkan tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh kapasitor. Melebihi nilai ini menyebabkan “meninju” isolator antara pelat dan hubungan pendek. Tegangan pengenal tergantung pada bahan isolator dan ketebalannya (jarak antar pelat).

Perlu dicatat bahwa ketika bekerja dengan tegangan bolak-balik itu adalah nilai puncak (nilai tegangan sesaat tertinggi selama suatu periode) yang perlu diperhitungkan. Misalnya jika tegangan efektif sumber listriknya 50V, maka nilai puncaknya akan lebih dari 70V. Oleh karena itu, perlu menggunakan kapasitor dengan tegangan pengenal lebih dari 70V. Namun, dalam praktiknya, disarankan untuk menggunakan kapasitor dengan nilai tegangan minimal dua kali tegangan maksimum yang mungkin diberikan padanya.

Kebocoran arus

Juga, ketika mengoperasikan kapasitor, parameter seperti arus bocor diperhitungkan. Sejak di kehidupan nyata dielektrik antar pelat masih mengalirkan arus kecil, hal ini menyebabkan hilangnya muatan awal kapasitor seiring waktu.

Mari kita sambungkan rangkaian yang terdiri dari kapasitor tak bermuatan dengan kapasitansi C dan resistor dengan resistansi R ke sumber listrik dengan tegangan konstan U (Gbr. 16-4).

Karena pada saat kapasitor dihidupkan, tegangan yang melewatinya belum terisi. Oleh karena itu, dalam rangkaian pada saat awal, penurunan tegangan pada resistansi R sama dengan U dan timbul arus, kuatnya. yang

Beras. 16-4. Mengisi kapasitor.

Aliran arus i disertai dengan akumulasi muatan Q secara bertahap pada kapasitor, tegangan muncul padanya dan penurunan tegangan pada resistansi R berkurang:

sebagai berikut dari hukum kedua Kirchhoff. Oleh karena itu, kekuatan saat ini

menurun, laju akumulasi muatan Q juga menurun, karena arus dalam rangkaian

Seiring waktu, kapasitor terus mengisi daya, tetapi muatan Q dan tegangan di atasnya tumbuh semakin lambat (Gbr. 16-5), dan arus dalam rangkaian secara bertahap berkurang sebanding dengan perbedaan tegangan.

Beras. 16-5. Grafik perubahan arus dan tegangan pada saat pengisian kapasitor.

Setelah selang waktu yang cukup lama (secara teoritis sangat lama), tegangan melintasi kapasitor mencapai nilai yang sama dengan tegangan sumber listrik, dan arus menjadi nol - proses pengisian kapasitor berakhir.

Proses pengisian kapasitor semakin lama, semakin besar hambatan rangkaian R yang membatasi arus, dan semakin besar kapasitansi kapasitor C, sejak kapan kapasitas besar lebih banyak biaya harus terakumulasi. Kecepatan proses dicirikan oleh konstanta waktu rangkaian

semakin banyak, semakin lambat prosesnya.

Konstanta waktu rangkaian mempunyai dimensi waktu, karena

Setelah selang waktu sejak rangkaian dihidupkan sama dengan , tegangan pada kapasitor mencapai kurang lebih 63% dari tegangan sumber listrik, dan setelah selang waktu tersebut, proses pengisian kapasitor dapat dianggap selesai.

Tegangan melintasi kapasitor saat mengisi daya

yaitu sama dengan selisihnya tegangan searah sumber listrik dan tegangan bebas menurun seiring waktu menurut hukum fungsi eksponensial dari nilai U ke nol (Gbr. 16-5).

Arus pengisian kapasitor

Arus dari nilai awal berangsur-angsur berkurang menurut hukum fungsi eksponensial (Gbr. 16-5).

b) Pelepasan kapasitor

Sekarang mari kita perhatikan proses pengosongan kapasitor C, yang diisi dari sumber listrik ke tegangan U melalui resistor dengan resistansi R (Gbr. 16-6, Dimana saklar dipindahkan dari posisi 1 ke posisi 2).

Beras. 16-6. Mengosongkan kapasitor ke resistor.

Beras. 16-7. Grafik perubahan arus dan tegangan saat kapasitor dikosongkan.

Pada saat awal, arus akan muncul di rangkaian dan kapasitor akan mulai terlepas, dan tegangan yang melewatinya akan berkurang. Dengan menurunnya tegangan, arus pada rangkaian juga akan berkurang (Gbr. 16-7). Setelah selang waktu tertentu, tegangan pada kapasitor dan arus rangkaian akan berkurang hingga kurang lebih 1% dari nilai awal dan proses pengosongan kapasitor dapat dianggap selesai.

Tegangan kapasitor selama pengosongan

yaitu berkurang menurut hukum fungsi eksponensial (Gbr. 16-7).

Arus pelepasan kapasitor

yaitu, seperti tegangan, berkurang menurut hukum yang sama (Gbr. 6-7).

Semua energi yang tersimpan saat kapasitor diisi dalam medan listriknya dilepaskan sebagai panas dalam resistansi R selama pelepasan.

Medan listrik kapasitor bermuatan, yang terputus dari sumber listrik, tidak dapat tetap tidak berubah untuk waktu yang lama, karena dielektrik kapasitor dan insulasi antara terminalnya memiliki konduktivitas tertentu.

Pelepasan kapasitor karena ketidaksempurnaan dielektrik dan isolasi disebut self-discharge. Konstanta waktu selama self-discharge kapasitor tidak bergantung pada bentuk pelat dan jarak antar pelat.

Proses pengisian dan pengosongan kapasitor disebut proses transien.

Dari segi tujuannya, kapasitor dapat diibaratkan dengan baterai. Tapi ada perbedaan mendasar dalam pengoperasian elemen-elemen ini. Terdapat perbedaan kapasitas maksimum dan kecepatan pengisian kapasitor dan baterai.

Rumus muatan kapasitor

dimana q adalah nilai muatan salah satu pelat kapasitor, dan merupakan beda potensial antar pelatnya.

Kapasitas listrik suatu kapasitor merupakan nilai yang bergantung pada ukuran dan desain kapasitor.

Muatan pada pelat kapasitor datar sama dengan:

dimana konstanta listrik; – luas masing-masing pelat (atau terkecil);

– jarak antar pelat; – konstanta dielektrik dielektrik, yang terletak di antara pelat kapasitor.

Muatan pada pelat kapasitor silinder dihitung dengan rumus:

Kita menemukan muatan pada pelat kapasitor bola sebagai:

Muatan pada kapasitor berhubungan dengan energi medan (W) di dalamnya:

Dari rumus (6) maka muatan dapat dinyatakan sebagai:

Pertimbangkan sambungan seri N kapasitor (Gbr. 1).

Di sini (Gbr. 1) pelat positif salah satu kapasitor dihubungkan ke pelat negatif kapasitor berikutnya. Dengan hubungan ini, pelat kapasitor yang berdekatan menciptakan satu konduktor. Semua kapasitor yang dihubungkan secara seri pada pelatnya mempunyai muatan yang sama.

Saat menghubungkan kapasitor secara paralel (Gbr. 2), pelat yang memiliki muatan bertanda sama dihubungkan. Muatan total sambungan (q) sama dengan jumlah muatan kapasitor.

Contoh penyelesaian masalah pada topik “Mengisi kapasitor”

www.solverbook.com

Rumus kapasitor, C

Jika q adalah nilai muatan salah satu pelat kapasitor, dan merupakan beda potensial antar pelatnya, maka nilai C sama dengan:

disebut kapasitansi kapasitor. Ini konstan, yang tergantung pada ukuran dan desain kapasitor.

Mari kita perhatikan dua kapasitor identik, satu-satunya perbedaan antara keduanya adalah adanya ruang hampa (atau sering disebut udara) di antara pelat yang satu, dan dielektrik di antara pelat yang lain. Dalam hal ini, dengan muatan yang sama pada kapasitor, beda potensial kapasitor udara akan beberapa kali lebih kecil dibandingkan antara pelat kapasitor kedua. Artinya kapasitansi kapasitor dengan dielektrik (C) kali lebih besar daripada kapasitansi kapasitor udara ():

dimana adalah konstanta dielektrik dielektrik.

Satuan kapasitas kapasitor diambil sebagai kapasitansi kapasitor yang diisi dengan muatan tunggal (1 C) hingga beda potensial sama dengan satu volt (dalam SI). Satuan kapasitansi kapasitor (serta kapasitansi eklektik lainnya) di sistem internasional Satuannya (SI) adalah farad (F).

Rumus kapasitansi listrik kapasitor datar

Medan antara pelat kapasitor pelat sejajar biasanya dianggap seragam. Keseragamannya hanya terganggu di bagian tepinya. Saat menghitung kapasitansi kapasitor pelat paralel, efek tepi ini sering diabaikan. Hal ini harus dilakukan jika jarak antar pelat kecil dibandingkan dengan dimensi liniernya. Untuk menghitung kapasitansi kapasitor datar, gunakan rumus:

Kapasitansi listrik dari kapasitor datar, yang berisi N lapisan dielektrik, ketebalan masing-masing, konstanta dielektrik yang sesuai dari lapisan ke-i, sama dengan:

Rumus kapasitansi listrik kapasitor silinder

Kapasitor silinder terdiri dari dua permukaan konduktif silinder koaksial (koaksial) dengan jari-jari berbeda, ruang di antaranya diisi dengan dielektrik. Kapasitansi listrik kapasitor silinder dihitung sebagai:

Rumus kapasitansi listrik kapasitor bola

Kapasitor bola adalah kapasitor yang pelatnya berupa dua permukaan penghantar berbentuk bola konsentris, ruang di antara keduanya diisi dengan dielektrik. Kapasitansi kapasitor tersebut ditemukan sebagai:

di mana adalah jari-jari pelat kapasitor.

Contoh penyelesaian masalah pada topik “Kapasitansi kapasitor”

www.solverbook.com

Kapasitansi kapasitor - Semua rumus

Kapasitas listrik merupakan ciri suatu penghantar (kapasitor), suatu ukuran kemampuannya dalam mengakumulasi muatan listrik.

Kapasitor terdiri dari dua konduktor (pelat) yang dipisahkan oleh dielektrik. Kapasitansi kapasitor tidak boleh dipengaruhi oleh benda di sekitarnya, oleh karena itu konduktor dibentuk sedemikian rupa sehingga medan yang diciptakan oleh akumulasi muatan terkonsentrasi di celah sempit antara pelat kapasitor. Kondisi ini dipenuhi oleh: 1) dua pelat datar; 2) dua bola konsentris; 3) dua silinder koaksial. Oleh karena itu, tergantung pada bentuk pelatnya, kapasitor dibagi menjadi datar, bulat, dan silinder.

Karena medan terkonsentrasi di dalam kapasitor, garis intensitas dimulai pada satu pelat dan berakhir di pelat lainnya, oleh karena itu muatan bebas yang timbul pada pelat yang berbeda besarnya sama dan tandanya berlawanan. Kapasitansi kapasitor adalah besaran fisis sama dengan rasionya muatan Q terakumulasi dalam kapasitor hingga beda potensial (φ1 - φ2) antar pelatnya

Untuk menerima wadah besar kapasitor dihubungkan secara paralel. Dalam hal ini, tegangan antara pelat semua kapasitor adalah sama. Kapasitas total baterai kapasitor yang dihubungkan paralel sama dengan jumlah kapasitansi semua kapasitor yang termasuk dalam baterai.

Kapasitor dapat diklasifikasikan menurut karakteristik dan sifat berikut:

1) berdasarkan tujuan - kapasitor konstan dan konstan kapasitas variabel;

2) berdasarkan bentuk pelatnya, kapasitor dibagi menjadi datar, bulat, silinder, dan lain-lain;

3) berdasarkan jenis dielektrik - udara, kertas, mika, keramik, elektrolitik, dll.

Ada juga:

Energi Kapasitor:

Kapasitas kapasitor silinder:

Kapasitansi kapasitor pelat paralel:

Kapasitas kapasitor bola:

Dalam rumus yang kami gunakan:

Kapasitansi listrik (kapasitas kapasitor)

Potensi Konduktor (Tegangan)

Potensi

Konstanta dielektrik relatif

Konstanta listrik

Luas satu sampul

Jarak antar pelat

xn--b1agsdjmeuf9e.xn--p1ai

Muatan kapasitor, teori dan contoh soal

Pengertian dan muatan kapasitor

Kemampuan kapasitor untuk mengakumulasi muatan listrik tergantung pada karakteristik utama kapasitor - kapasitansi (C).

Dilihat dari fungsinya, kapasitor dapat diibaratkan seperti baterai. Namun, terdapat perbedaan mendasar dalam prinsip pengoperasian elemen-elemen tersebut. Mereka juga berbeda kapasitas maksimal dan laju pengisian dan pengosongan kapasitor dan baterai.

Jika sumber tegangan dihubungkan ke kapasitor (Gbr. 1), maka muatan negatif (elektron) akan terakumulasi di salah satu pelat kapasitor, dan partikel positif (ion positif) di pelat lainnya. Terdapat dielektrik di antara pelat kapasitor, akibatnya muatan tidak dapat berpindah ke pelat yang berlawanan. Namun perlu diperhatikan bahwa elektron berpindah dari sumber arus ke pelat kapasitor.

Saat pertama kali menghubungkan kapasitor dan sumber arus, terdapat banyak ruang kosong pada pelat kapasitor. Artinya hambatan arus pada saat ini minimal, arus itu sendiri maksimal. Saat kapasitor terisi, arus dalam rangkaian secara bertahap berkurang hingga ruang kosong pada pelat habis. Pada terisi penuh kapasitor, arus pada rangkaian akan berhenti.

Waktu yang diperlukan untuk mengisi kapasitor dari muatan nol ( arus maksimum) ke kapasitor yang terisi penuh (arus minimum atau nol) disebut masa transisi muatan kapasitor. Dalam prakteknya, proses pengisian kapasitor dianggap selesai jika kuat arus sudah turun hingga 1% dari nilai awal.

Banyaknya muatan pada sebuah kapasitor (q) berhubungan dengan kapasitansinya (C) dan beda potensial (U) antara pelat-pelatnya sebagai:

Contoh pemecahan masalah

www.solverbook.com

Rumus kapasitansi kapasitor

Pelat-pelat tersebut harus mempunyai bentuk seperti itu dan diposisikan sedemikian rupa relatif satu sama lain sehingga medan yang diciptakan oleh sistem ini terkonsentrasi secara maksimal pada area ruang terbatas, di antara pelat-pelat tersebut.

Tujuan dari kapasitor adalah untuk mengakumulasi dan melepaskan muatan dalam suatu rangkaian listrik.

Ciri utama kapasitor adalah kapasitansi listriknya (C). Kapasitansi listrik suatu kapasitor adalah kapasitansi timbal balik dari pelat-pelatnya:

q adalah jumlah muatan di piring; – beda potensial antar pelat.

Kapasitas listrik suatu kapasitor bergantung pada konstanta dielektrik dielektrik yang mengisi ruang di antara pelat-pelatnya. Jika ruang antara pelat kapasitor yang satu diisi dengan dielektrik yang mempunyai permeabilitas sebesar , dan pada kapasitor kedua terdapat udara di antara pelat-pelatnya, maka kapasitansi kapasitor yang mempunyai dielektrik tersebut (C) kali lebih besar daripada kapasitansi kapasitor tersebut. kapasitor udara ():

Rumus kapasitas listrik jenis utama kapasitor

Saat menghitung kapasitas listrik kapasitor datar, pelanggaran keseragaman medan di dekat tepi pelat biasanya diabaikan. Hal ini menjadi mungkin jika jarak antar pelat jauh lebih kecil daripada dimensi linier pelat. Dalam hal ini, kapasitansi listrik kapasitor datar dihitung menggunakan rumus:

dimana konstanta listrik; S – luas setiap pelat (atau terkecil); d – jarak antar pelat.

Jika sebuah kapasitor datar di antara pelat-pelatnya mempunyai N lapisan dielektrik, tebal masing-masing lapisan sama dengan , dan konstanta dielektriknya adalah , maka kapasitansi listriknya dihitung dengan rumus:

Kapasitor silinder terdiri dari dua permukaan konduktif silinder koaksial (koaksial) dengan jari-jari berbeda, ruang di antaranya diisi dengan dielektrik. Dalam hal ini, kapasitansi kapasitor silinder ditemukan sebagai:

dimana l adalah tinggi silinder; – radius lapisan luar; – radius lapisan dalam.

Dalam kapasitor berbentuk bola, pelat adalah dua permukaan konduktif berbentuk bola konsentris; ruang dengan pelat diisi dengan dielektrik. Kapasitansi kapasitor bola dihitung sebagai:

di mana adalah jari-jari pelat kapasitor. Jika , maka kita dapat berasumsi bahwa , maka kita mempunyai:

karena adalah luas permukaan bola, dan jika kita menyatakan , kita memperoleh rumus kapasitansi kapasitor pelat datar (3). Jika jarak antara pelat kapasitor bola dan silinder kecil (dibandingkan dengan jari-jarinya), maka dalam perhitungan perkiraan digunakan rumus kapasitansi untuk kapasitor datar.

Kapasitansi listrik untuk saluran dua kabel ditemukan sebagai:

dimana d adalah jarak antara sumbu kabel; R – radius kabel; aku – panjang garis.

Rumus menghitung kapasitansi listrik sambungan kapasitor

Jika kapasitor dihubungkan secara paralel, maka kapasitas total baterai (C) ditentukan sebagai jumlah kapasitansi masing-masing kapasitor ():

Pada koneksi serial kapasitor, kapasitas baterai dihitung sebagai:

Jika N kapasitor dihubungkan secara seri dengan kapasitansi, maka kita mencari kapasitas baterai sebagai:

Resistansi kapasitor

Jika sebuah kapasitor dihubungkan ke rangkaian DC, maka resistansi kapasitor tersebut dapat dianggap sangat besar.

Ketika kapasitor dihubungkan ke rangkaian AC, resistansinya disebut kapasitif, dan dihitung menggunakan rumus:

dimana frekuensi arus bolak-balik; – frekuensi sudut arus; C adalah kapasitansi kapasitor.

Energi medan kapasitor

Medan listrik yang terletak di antara pelat-pelat kapasitor mempunyai energi yang dapat dihitung dengan rumus:

dimana energi medan kapasitor; q – muatan kapasitor; C – kapasitas kapasitor; – beda potensial antara pelat-pelat kapasitor.

Energi medan kapasitor pelat sejajar:

Contoh penyelesaian masalah pada topik “Kapasitas listrik suatu kapasitor”

www.solverbook.com

Cara mencari muatan kapasitor 🚩 cara menentukan besar muatan 🚩 Ilmu Pengetahuan Alam

Di Minecraft versi reguler (tanpa plugin dan mod), tidak ada yang namanya kapasitor. Lebih tepatnya, ada perangkat yang menjalankan fungsinya, tetapi namanya sangat berbeda - pembanding. Beberapa kebingungan dalam hal ini terjadi selama pengembangan perangkat tersebut. Pertama, pada bulan November 2012, perwakilan Mojang (perusahaan yang membuat game tersebut) mengumumkan akan segera munculnya kapasitor dalam gameplay. Namun, sebulan kemudian mereka mengumumkan bahwa tidak akan ada perangkat seperti itu, melainkan akan ada pembanding di dalam game.

Alat serupa ada untuk memeriksa kepenuhan wadah yang terletak di belakangnya. Ini bisa berupa peti (termasuk dalam bentuk perangkap), rak memasak, dispenser, ejektor, oven, hopper pemuatan, dll.

Selain itu, sering digunakan untuk membandingkan dua sinyal redstone satu sama lain - ini menghasilkan hasil sesuai dengan cara pemrogramannya dalam sirkuit tertentu, dan mode apa yang dipilih untuk mekanisme itu sendiri. Secara khusus, komparator dapat membiarkan obor menyala jika sinyal pertama lebih besar atau sama dengan sinyal lainnya.

Selain itu, terkadang komparator kapasitor dipasang di sebelah pemutar, menghubungkan inputnya ke pemutar terakhir. Ketika rekaman apa pun diputar di perangkat penghasil suara, perangkat tersebut di atas akan menghasilkan sinyal dengan kekuatan yang sama nomor seri disk.

Tidak sulit untuk membuat pembanding seperti itu jika Anda memiliki sumber daya yang cukup sulit didapat - kuarsa yang sangat buruk. Itu harus ditempatkan di slot tengah meja kerja, tiga obor merah harus dipasang di atas dan di sampingnya, dan jumlah balok batu yang sama di baris bawah.

DI DALAM jumlah besar Mod menemukan kapasitor yang memiliki tujuan yang sangat berbeda. Misalnya, di Galacticraft, di mana gamer memiliki kesempatan untuk terbang ke banyak planet untuk mengenal kenyataan di sana, muncul resep untuk membuat kapasitor oksigen. Ini digunakan untuk membuat mekanisme seperti pengumpul gas pernapasan dan tangki penyimpanan, serta kerangka pengunci udara. Untuk membuatnya, empat pelat baja diletakkan di sudut meja kerja, di tengahnya ada tabung timah, dan di bawahnya ada saluran udara. Tiga sel sisanya ditempati oleh pelat timah.

JurassiCraft memiliki kapasitor fluks - semacam teleportasi yang memungkinkan Anda berpindah ke tempat yang menakjubkan dunia permainan penuh dengan dinosaurus. Untuk membuat alat seperti itu, Anda perlu menempatkan enam batang besi di dua baris vertikal luar, dan dua berlian di baris tengah, serta satu unit debu batu merah di antara keduanya. Agar perangkat dapat berfungsi, Anda harus meletakkannya di atas babi atau troli, lalu klik di atasnya kunci kanan mouse, dengan cepat melompat ke sana. Hal ini memerlukan pemeliharaan kecepatan tinggi perangkat.

Dengan mod Industrial Craft2, pemain memiliki kesempatan untuk membuat setidaknya dua jenis kapasitor termal - merah dan lapis lazuli. Mereka hanya berfungsi untuk mendinginkan reaktor nuklir dan menyimpan energinya dan baik untuk struktur siklik jenis ini. Mereka mendinginkan diri masing-masing dengan debu merah atau lapis lazuli.

Kondensor panas merah terbuat dari tujuh unit debu redstone - harus dipasang dalam bentuk huruf P dan heat sink serta penukar panas ditempatkan di bawahnya. Membuat perangkat lapis lazuli sedikit lebih rumit. Untuk membuatnya, empat unit debu redstone ditempatkan di sudut mesin, satu blok lapis lazuli akan diletakkan di tengah, dua kapasitor termal merah di sisinya, heat sink reaktor di atas, dan penukar panasnya. di bagian bawah.

Di ThaumCraft, yang penekanannya adalah pada sihir nyata, kapasitor juga digunakan. Misalnya, salah satunya – kristal – ada untuk mengumpulkan dan melepaskan sihir. Selain itu, yang menarik adalah pembuatannya dan banyak hal lainnya hanya diperbolehkan setelah mempelajari elemen khusus dari gameplay - penelitian yang dilakukan di meja khusus dan dengan instrumen tertentu.

Kapasitor semacam itu terbuat dari delapan pecahan tumpul, di tengahnya ditempatkan balok kayu mistis di meja kerja. Sayangnya, perangkat seperti itu - serta komponennya - hanya ada hingga ThaumCraft 3, dan pada versi keempat mod tersebut dihapuskan.

www.kakprosto.ru

Menghubungkan kapasitor: rumus

1. Koneksi serial
2. Kalkulator daring
3. Senyawa campuran
4. Koneksi paralel
5. Video

Di sirkuit teknik elektronik dan radio, sambungan kapasitor paralel dan seri telah tersebar luas. Dalam kasus pertama, koneksi dilakukan tanpa node umum, dan pada opsi kedua, semua elemen digabungkan menjadi dua node dan tidak terhubung ke node lain, kecuali hal ini disediakan sebelumnya oleh sirkuit.

Koneksi serial

Dalam sambungan seri, dua atau lebih kapasitor dihubungkan ke dalam suatu rangkaian bersama sedemikian rupa sehingga setiap kapasitor sebelumnya dihubungkan ke kapasitor berikutnya hanya pada satu titik yang sama. Arus pengisian (i) rangkaian seri kapasitor akan memiliki nilai yang sama untuk setiap elemen, karena hanya melewati satu elemen cara yang mungkin. Posisi ini ditegaskan dengan rumus: i = ic1 = ic2 = ic3 = ic4.

Karena nilai yang sama arus yang mengalir melalui kapasitor yang dihubungkan secara seri, jumlah muatan yang terakumulasi oleh masing-masing kapasitor akan sama, berapa pun kapasitansinya. Hal ini dimungkinkan karena muatan yang berasal dari pelat kapasitor sebelumnya terakumulasi pada pelat elemen rangkaian berikutnya. Oleh karena itu, besarnya muatan kapasitor yang dihubungkan seri akan terlihat seperti ini: Qtotal = Q1 = Q2 = Q3.

Jika kita perhatikan tiga buah kapasitor C1, C2 dan C3 dihubungkan dalam rangkaian seri, ternyata rata-rata kapasitor C2 pada DC tampak terisolasi secara elektrik dari sirkuit umum. Pada akhirnya luas efektif pelat-pelat tersebut akan dikurangi menjadi luas pelat-pelat kapasitor yang paling besar ukuran minimum. Pengisian penuh pelat dengan muatan listrik membuat arus lebih lanjut tidak dapat melewatinya. Akibatnya, aliran arus di seluruh rangkaian terhenti, dan karenanya, pengisian semua kapasitor lainnya terhenti.

Jarak total antar pelat pada sambungan seri adalah jumlah jarak antar pelat tiap elemen. Akibat penyambungan dalam rangkaian seri, timbullah rangkaian tunggal kapasitor besar, luas pelat yang sesuai dengan pelat elemen dengan kapasitas minimum. Jarak antar pelat sama dengan jumlah semua jarak yang ada dalam rantai.

Penurunan tegangan pada setiap kapasitor akan berbeda tergantung pada kapasitansinya. Posisi ini ditentukan dengan rumus: C = Q/V, dimana kapasitansi berbanding terbalik dengan tegangan. Jadi, semakin kecil kapasitansi kapasitor, semakin besar kapasitansinya tegangan tinggi. Total kapasitansi semua kapasitor dihitung dengan rumus: 1/Ctot = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3.

Fitur utama Sirkuit seperti itu terdiri dari aliran energi listrik hanya dalam satu arah. Oleh karena itu, nilai arus pada setiap kapasitor akan sama. Setiap penggerak dalam rangkaian seri menyimpan jumlah energi yang sama, berapapun kapasitasnya. Artinya, kapasitas dapat direproduksi karena adanya energi di perangkat penyimpanan tetangga.

Kalkulator online untuk menghitung kapasitansi kapasitor yang dihubungkan secara seri dalam suatu rangkaian listrik.

Senyawa campuran

Koneksi paralel kapasitor

Sambungan paralel dianggap sambungan di mana kapasitor dihubungkan satu sama lain melalui dua kontak. Dengan demikian, beberapa elemen dapat dihubungkan sekaligus pada satu titik.

Tipe ini koneksi memungkinkan Anda untuk membentuk kapasitor tunggal dengan ukuran besar, luas pelatnya akan sama dengan jumlah luas pelat masing-masing kapasitor. Karena kapasitansi kapasitor berbanding lurus dengan luas pelat, maka kapasitansi total adalah jumlah total semua kapasitor yang dihubungkan secara paralel. Artinya, Jumlah = C1 + C2 + C3.

Karena beda potensial hanya terjadi pada dua titik, tegangan yang sama akan turun pada semua kapasitor yang dihubungkan secara paralel. Kuat arus pada masing-masingnya akan berbeda-beda, bergantung pada nilai kapasitansi dan tegangan. Jadi, konsisten dan koneksi paralel, digunakan di berbagai skema, memungkinkan penyesuaian berbagai parameter di daerah tertentu. Karena ini, hasil yang diperlukan dari pengoperasian seluruh sistem secara keseluruhan diperoleh.

listrik-220.ru