Điện dung của tụ điện – Linh Kiện Tháo Máy – Bán lẽ linh kiện điện tử

Điện dung của tụ điện

Điện dung của tụ điện được định nghĩa là khả năng của tụ điện có thể lưu trữ điện tích lớn nhất (Q) trong cơ thể của nó. Ở đây điện tích được lưu trữ dưới dạng năng lượng tĩnh điện. Điện dung được đo bằng đơn vịSI cơ bản tức là Farads. Các đơn vị này có thể ở dạng micro-farads, nano-farads, pico-farads hoặc farads. Biểu thức cho điện dung được cho bởi,

C = Q. / V = ​ ​ εA / d = ε0 εr A / d
Trong phương trình trên

C là điện dung,

Q. là phí ,
V là hiệu điện thế giữa những tấm ,
A là diện tích quy hoạnh giữa những tấm ,
d là khoảng cách giữa những tấm .
ε được cho phép của điện môi
ε0 dung tích trống
εr năng lực được cho phép tương đối của khoảng trống trống

Điện dung riêng

Đặc tính điện dung riêng tương quan đến những tụ điện, đặc biệt quan trọng là so với những dây dẫn cách ly. Như tên cho thấy điện dung là đặc tính trong một dây dẫn bị cô lập để nâng cao hiệu điện thế của nó lên một vôn. Nói chung những dây dẫn thông thường sẽ có điện dung tương hỗ. Điều này cũng được đo bằng đơn vị chức năng SI tức là Farads .
Điện dung riêng của một quả cầu dẫn điện có nửa đường kính ‘ R ’ được cho bởi ,
C = 4 π ɛ o R
Giá trị Điện dung riêng của một số ít thiết bị tiêu chuẩn được đưa ra dưới đây .

•  Đối với bản trên của một Bộ đổi điện van de Graff có bán kính 20 cm, điện dung riêng là 22,24 pF.
•  Đối với đất Điện dung riêng có là 710 uF.

Điện dung rò

Điện dung rò là điện dung không mong ước. Tụ điện trình làng 1 số ít điện dung trong mạch. Nhưng những linh phụ kiện như điện trở, cuộn cảm, thậm chí còn cả dây dẫn sẽ có 1 số ít điện dung. Đây được gọi là điện dung đi lạc. Nói chung ở tần số cao, điều này sẽ tạo ra tiếng ồn cho mạch. Điện dung không mong ước này là nhỏ trừ khi những dây dẫn ở gần nhau trong khoảng chừng cách xa hoặc trong một khu vực to lớn .
Điện dung đi lạc không hề được vô hiệu trọn vẹn nhưng nó hoàn toàn có thể được giảm bớt. Các nhà phong cách thiết kế mạch nên chăm sóc đến điện dung lạc trong khi phong cách thiết kế mạch. Sự tách biệt giữa những linh phụ kiện và đường dây nên được duy trì để giảm điện dung không mong ước .
Nó cũng được đo bằng đơn vị chức năng SI tức là Farads .
Ví dụ như điện dung giữa những vòng của cuộn dây, điện dung giữa hai dây dẫn gần nhau .

Điện dung của các hệ thống đơn giản

Việc đo lường và thống kê điện dung không gì khác ngoài việc giải định lý Laplace ∇ 2 φ = 0 với điện thế không đổi trên mặt phẳng của tụ điện. Các giá trị và phương trình điện dung của 1 số ít mạng lưới hệ thống đơn thuần được đưa ra dưới đây .

Sạc trên tụ điện

Khả năng tích điện cực lớn ( Q. ) của tụ điện trên những tấm sắt kẽm kim loại của nó được gọi là giá trị điện dung ( C ) của nó. Các cực của điện tích được tàng trữ hoàn toàn có thể là âm hoặc dương, ví dụ điển hình như điện tích dương ( + ve ) trên một bản và điện tích âm ( – ve ) trên một bản khác của tụ điện. Các biểu thức về điện tích, điện dung và hiệu điện thế được cho dưới đây .
C = Q. / V, Q = CV, V = Q. / C
Do đó, điện tích của tụ điện tỷ suất thuận với giá trị điện dung của nó và hiệu điện thế giữa những bản của tụ điện. Điện tích được đo bằng coulom .

Một coulomb:

Một khối điện tích trên tụ điện hoàn toàn có thể được định nghĩa là điện dung một khoảng cách giữa hai vật dẫn hoạt động giải trí với hiệu điện thế một vôn .

Với không khí là chất điện môi của nó

Điện tích ‘ Q ’ được tàng trữ trong tụ điện có điện dung C, hiệu điện thế ‘ V ’ và không khí làm chất điện môi của nó bằng ,
Q. = CV = ( ε × ( A × V ) ) / d

Với một chất rắn làm chất điện môi của nó

Điện tích ‘ Q ’ của một tụ điện có chất rắn làm chất điện môi của nó được cho bởi ,
Q. = CV = ( ε0 × εr × ( A × V ) ) / d
Ở đây
ε0 là năng lực được cho phép của khoảng trống trống ,
εr là độ được cho phép tương đối của vật tư điện môi và
εlà điện trở phép của vật tư điện môi .
Từ hai trường hợp trên, mình hoàn toàn có thể quan sát
Điện tích của tụ điện tỷ suất thuận với diện tích quy hoạnh của những bản, điện tích được cho phép của chất điện môi giữa những bản và nó tỷ suất nghịch với khoảng cách giữa những bản .
Do đó, diện tích quy hoạnh của những bản lớn hơn là điện tích và khoảng cách phân làn giữa những bản lớn hơn thì điện tích trên tụ điện càng ít .

Tụ điện tấm song song

Hình 1. mạch tụ điện bản song song .
Hình trên cho thấy mạch tụ điện bản song song. Như mình đã biết, điện dung tỉ lệ thuận với diện tích quy hoạnh hai tấm ( A ) và tỉ lệ nghịch với khoảng cách ngăn cách ( d ) giữa hai tấm sắt kẽm kim loại. Giá trị điện dung của một tụ điện bản song song được cho bởi ,
C = k ε0A / d
Ở đây k là hằng số điện môi, và ε0 là điện suất được cho phép của khoảng trống tự do và nó bằng 8,854 X 10 – 12 F / m. Hằng số điện môi ( k ) là một tham số tương quan đến vật tư điện môi làm tăng điện dung so với không khí. Diện tích mặt phẳng lớn hơn của những tấm lớn hơn là giá trị điện dung và khoảng cách tách lớn hơn thấp hơn là điện dung. Một ví dụ khác cho mạch tụ điện bản song song được hiển thị trong hình dưới đây .

Hình 2 : Tụ điện bản song song .

Ví dụ về điện dung số 1

Bây giờ mình sẽ tính điện dung của một tụ điện bản song song trong pico-farads có diện tích quy hoạnh mặt phẳng của những bản là 200 cm2 và chúng cách nhau 0,4 cm, và không khí là vật tư điện môi của nó .
mình biết phương trình điện dung của một tụ điện bản song song là ,
C = εA / d
Ở đây ε = 8.854 X 10-12 F / m
A = 200 cm2 = 0,02 mét vuông
D = 0,4 cm = 0,004 m
Bây giờ mình thay thế sửa chữa những giá trị này trong phương trình trên ,
C = 8,854 X 10-12 * ( 0,02 mét vuông / 0,004 m ) = 44,27 pF
Ở đây điện dung của một tụ điện bản song song là 44,27 pF

Sạc & Xả tụ điện

Đoạn mạch dưới đây được sử dụng để giải thích các đặc tính sạc và xả của tụ điện. Giả sử rằng tụ điện, được hiển thị trong mạch, đã được phóng điện hoàn toàn. Trong đoạn mạch này giá trị của tụ điện là 100uF và hiệu điện thế đặt vào đoạn mạch này là 12V.

Xem thêm: Bảng giá

Bây giờ công tắc nguồn được nối với tụ điện trong mạch được chuyển đến điểm A. Sau đó tụ điện khởi đầu sạc với dòng điện ( i ) và tụ điện này cũng được sạc đầy. Điện áp nạp trên tụ bằng điện áp phân phối khi tụ được nạp đầy tức là VS = VC = 12V. Khi tụ điện được sạc đầy nghĩa là tụ điện duy trì điện áp không đổi ngay cả khi ngắt điện áp nguồn ra khỏi mạch .
Trong trường hợp tụ điện lý tưởng, điện tích trên tụ điện không đổi nhưng trong trường hợp tụ điện thường thì, tụ điện tích điện đầy thì tụ điện phóng điện chậm vì có dòng điện rò .

Hình : Mạch sạc và xả tụ
Khi chuyển công tắc nguồn đến vị trí B thì tụ điện phóng điện từ từ bằng cách bật đèn mắc tiếp nối đuôi nhau trong mạch điện. Cuối cùng nó được xả trọn vẹn về không. Đèn phát sáng bắt đầu khi tích điện đầy tụ, nhưng độ sáng của đèn giảm dần khi điện tích trong tụ giảm .

Ví dụ về phí tụ điện số 2

Bây giờ mình hãy tính điện tích của một tụ điện trong đoạn mạch trên, mình biết rằng, phương trình điện tích của một tụ điện là
Q = CV
Ở đây, C = 100 uF
V = 12V
Bây giờ mình thay thế sửa chữa những giá trị này trong phương trình trên ,
Q = 100 uF * 12V = 1,2 mC
Do đó điện tích của tụ điện trong đoạn mạch trên là 1,2 mC .

Dòng điện qua tụ điện

Dòng điện ( i ) chạy qua những mạch điện nào là vận tốc của điện tích ( Q. ) chạy qua nó theo thời hạn. Nhưng điện tích của tụ điện tỷ suất thuận với hiệu điện thế đặt qua nó. Mối quan hệ giữa điện tích, dòng điện và hiệu điện thế của tụ điện được cho trong phương trình dưới đây .
I ( t ) = d Q. ( t ) / dt = C dV ( t ) / dt
mình biết rằng
Q = CV
V = Q. / C
V ( t ) = Q ( t ) / C
Q. ( t ) = CV ( t )
Mối quan hệ giữa dòng điện với điện áp được cho bởi, I ( t ) = C dV ( t ) / dt
Từ quan hệ này, mình nhận thấy rằng dòng điện chạy qua tụ điện trong mạch là tích của điện dung và vận tốc biến hóa của điện áp đặt vào mạch. Cường độ dòng điện chạy qua tụ điện tỉ lệ thuận với điện dung của tụ điện và vận tốc của hiệu điện thế .
Dòng điện càng lớn thì điện dung của mạch càng cao và hiệu điện thế đặt vào càng cao thì cường độ dòng điện chạy qua mạch càng lớn. Nếu hiệu điện thế không đổi thì điện tích cũng không đổi, do đó không có dòng điện tích. Do đó dòng điện chạy qua mạch sẽ trở thành không .

Đơn vị điện dung (Farad)

Josiah Latimer Clark vào năm 1861 lần tiên phong sử dụng thuật ngữFarad. Farad là một đơn vị chức năng tiêu chuẩn của điện dung. Đây là một đơn vị chức năng cực kỳ lớn cho điện dung .
Điện dung một farad được định nghĩa là điện dung có một tụ điện hoạt động giải trí ở hiệu điện thế một vôn .
C = Q. / V
1F arad = 1C oluomb / 1V olt
Bây giờ những tụ điện có sẵn với giá trị điện dung lớn hàng trăm farads. Những tụ điện có giá trị điện dung cao này được gọi là “ siêu tụ điện ”. Các tụ điện này đang sử dụng diện tích quy hoạnh mặt phẳng lớn để phân phối nguồn năng lượng cao vì chúng có giá trị điện dung cao .
Ở điện áp thấp, siêu tụ có năng lực tích trữ nguồn năng lượng lớn với giá trị điện dung lớn. Các siêu tụ điện nguồn năng lượng cao này được sử dụng trong những thiết bị di động cầm tay để thay thế sửa chữa những loại tụ điện lithium loại lớn, nặng và đắt tiền, vì chúng tích trữ nguồn năng lượng cao, giống như pin. Các tụ điện này cũng được sử dụng trong mạng lưới hệ thống âm thanh và hình ảnh trên xe bằng cách thay thế sửa chữa pin cao .

Các đơn vị con của Farad

Đơn vị tiêu chuẩn của điện dung là farad. Nhưng đây thường là một đơn vị chức năng lớn để đo điện dung. Farad này có một số ít đơn vị chức năng con ; chúng là micro-farads ( uF ), nano-farads ( nF ) và pico-farads ( pF ) .
Mối quan hệ giữa tổng thể những đơn vị chức năng con này với farad là
1 micro – Farad ( uF ) = ( 1/1000 000 ) F = 10-6 F
1 nano – Farad ( uF ) = ( 1/1000 000000 ) F = 10-9 F
1 pico – Farad ( uF ) = ( 1/1000 000000000 ) F = 10-12 F
Bây giờ mình sẽ thấy 1 số ít quy đổi giữa những đơn vị chức năng phụ của điện dung ,
( i ) quy đổi 33 pF thành nF => 33 pF = 0,033 nF
( ii ) quy đổi 22 nF thành uF => 22 nF = 0,022 uF
( iii ) quy đổi 11 uF thành F => 11 uF = 0,11 F

Năng lượng trong tụ điện

Năng lượng là lượng của một số ít tính năng chống lại trường điện tĩnh để sạc đầy tụ điện. Trong tụ điện lúc đầu tích điện, điện tích Q truyền giữa những bản từ bản này sang bản khác. Điện tích + Q hoặc – Q được hoán đổi cho nhau giữa hai bản tụ điện. Sau khi biến hóa một số ít điện tích, một điện trường được hình thành giữa những bản tụ, trong trường hợp đó mình cần thêm 1 số ít việc làm để sạc đầy tụ điện. Công thêm này được gọi là nguồn năng lượng tích trữ trong tụ điện. Năng lượng được đo bằng đơn vị chức năng Joules ( J ). Bây giờ mình thấy những phương trình cho nguồn năng lượng này và hoạt động giải trí .
dW = V dQ
dW = ( Q. / C ) dQ
Sau khi tích phân của phương trình trên là ,
W = Q. 2 / 2C
W = ( CV ) 2 / 2C
W = CV 2 / 2 Joules
Cuối cùng, mình thấy nguồn năng lượng được tàng trữ trong một tụ điện là
Năng lượng ( W ) = CV 2 / 2 Joules

Bây giờ mình tính năng lượng được lưu trữ trong một tụ điện có điện dung 200 uF hoạt động với hiệu điện thế 12V.

TRUNG TÂM SỬA CHỮA ĐIỆN TỬ QUẢNG BÌNH
MR. XÔ – 0901.679.359 – 80 Võ Thị Sáu, Phường Quảng Thuận, tx Ba Đồn, tỉnh Quảng Bình

W = CV 2 / 2
W = ( 200 × 10 – 6 × 12 2 ) / 2 = 14,4 m J

Source: https://dichvubachkhoa.vn
Category : Linh Kiện Và Vật Tư