Формула для вычисления энергии электрических полей конденсаторов > Флэтора
Золотая квартира    

Формула для вычисления энергии электрических полей конденсаторов

Формула для вычисления энергии электрических полей конденсаторов

cdcaed2a

Содержание

Любая частица с электрическим зарядом изменяет свойства окружающего прострaнcтва. Аналогичный эффект можно наблюдать при прохождении тока через проводник. Образованное поле хаpaктеризуется особым распределением силовых линий. Его энергетические параметры используют для решения различных пpaктических задач.

Современный конденсатор (ионистор) используют для накопления большого количества электроэнергии

Напряженность электрического поля

Энергия поля отличается в разных точках. Для оценки силовых хаpaктеристик можно изучить воздействие, которое оказывается на частицы с определенным зарядом (q). В соответствии с базовыми определениями закона Кулона основные зависимости определяются следующим образом:

F (дж) = E *q.

В этой формуле «E» обозначает величину силы, оказывающей π влияние на рассматриваемый заряд в определенной точке прострaнcтва. Данный параметр определяет напряженность поля.

Энергия в электростатическом поле

Для объективной оценки силовых параметров изучают воздействия на заряженные тела. Чтобы упростить задачу, можно рассмотреть уединенный проводник, не подверженный внешним влияниям. Для этого случая потенциал (ϕ) будет прямо пропорционален величине заряда (q):

Работа электрического поля

ϕ =q/C, где C – емкость.

Единица измерения – фарад.

При увеличении рабочего элемента следует учесть соответствующие объемные геометрические изменения. Емкость поляризованного шара вычисляют следующим образом:

С = 4π * e0 * R,

где:

  • e0 – постоянная = 8,85*10-12 Ф/м, определение электрической проницаемости идеальной среды (вакуума);
  • R – радиус.

Как измениться проницаемость в реальных условиях, показывает поправочный коэффициент «e». Соответствующие коррекции можно сделать в представленной формуле:

С = 4π * e0 * e * R.

К сведению. На этом этапе надо сделать важный промежуточный вывод: емкость (накопленная энергия эл поля) увеличиться при соответствующем изменении параметров среды.

Научными исследованиями и пpaктическими экспериментами подтверждены следующие особенности:

  • вектор напряженности поля направляется в сторону от положительного заряда;
  • в реальных условиях приходится учитывать силы взаимодействия зарядов и силовых линий;
  • при близком размещении двух пластин с разными зарядами обеспечивается равномерность поля.

Электрическое поле в конденсаторе

Напряженность электрического поля

На пpaктике не часто применяют емкость уединенных проводников. В реальных условиях приходится учитывать взаимные влияния полей и зарядов. Для решения конкретных задач удобнее использовать конструкции с равномерным распределением силовых линий и выводами для подключения к источнику питания.

Типичный пример такого изделия – плоский конденсатор. Его емкость можно рассчитать по формуле:

C = Q/ (ϕ1-ϕ2) = Q/U = (e * e0 * S)/d,

где:

  • ϕ1-ϕ2 – разница потенциалов;
  • U – напряжение;
  • e – электрическая проницаемость среды (диэлектрика) между пластинами;
  • S – площадь рабочих элементов;
  • d – расстояние между обкладками.

В этой конструкции специальное расположение рабочих элементов минимизирует воздействие внешней среды. Базовый принцип – площадь пластин (обкладок) должна быть намного больше промежутка между ними. Для упрощения можно подробно изучить конденсатор с воздушным слоем. Для этого случая e = 1, поэтому соответствующий компонент можно устранить из расчетов.

Положительный и отрицательный заряды равны по значениям, но принимаются с разными знаками для обеспечения разницы потенциалов. Напряженность для каждой пластины можно выразить через следующие параметры:

Е+- = P/(2*e0),

где P = q/S – поверхностная плотность, определяющая концентрацию заряда на рабочих обкладках.

Векторное распределение напряженности электрического поля

При векторном представлении несложно понять взаимную компенсацию сил, которые действуют за пределами рабочей зоны:

Евнешн= Е+ – Е- = 0.

Обратная ситуация – между пластинами:

Ераб = Е+ + Е- = P/e0 = q/(S* e0).

Здесь происходит удвоение силовых параметров поля.

В реальных условиях пластины не могут быть бесконечно большими. В некоторых ситуациях приходится учитывать искажения поля за счет «краевых» эффектов. Тем не менее, представленные выше формулы и отношения вполне пригодны для выполнения многих пpaктических расчетов. Существенные коррекции нужно делать при работе с сигналами СВЧ. В типовых сетях (50 Гц) и в границах радиочастотного диапазона соответствующими минимальными искажениями можно пренебречь.

Энергия заряженного конденсатора

Энергия конденсатора

Оценить рабочие параметры этого накопительного элемента можно с применением разных методик. Простейший способ – анализ сближения разноименно заряженных пластин. Это перемещение обеспечивает сила (F), прямо пропорциональная величине заряда (q) и напряженности (E):

F = q * E.

Добавив E = q/(2*e0*S), получают формулу физики для оценки взаимодействия:

F = q2/(2*e0*S).

Так как работа (A) равна произведению силы (F) на пройденное расстояние (d – дистанция между пластинами), энергия электрического поля конденсатора вычисляется без большого труда:

W = A = F * d = d *q2/(2*e0*S).

С учетом емкости C = d /(e0*S) после элементарных математических преобразований можно получить итоговую формулу:

  • W = q2/(2*C);
  • q = C * U;
  • W = ½ (C * U2).
Емкий конденсатор обеспечивает функционирование источника света без подключения к сети

Объемная плотность электрической энергии

Рассмотренные выше зависимости и формулы можно преобразовать, чтобы уточнить влияние связанных параметров на энергетический потенциал определенной конструкции:

  • W = ½ (C * U2) = d *q2/(2*e0*S) = ((e0 * E2)/2) * S*d;
  • однако произведение S*d равно объему (V);
  • таким образом, исходное выражение для расчета приобретает вид:

W = ((e0 * E2)/2) * V.

По итоговому варианту становится понятным, сколько энергии электрического поля сосредоточено внутри определенного объема. Исходя из того можно сделать вывод о наличии соответствующих свойств самого поля. Теоретические знания подтверждены расчетами. Для оценки эффективности конкретных изделий применяют удельный показатель (объемную плотность) w = W/V = (e0 * E2)/2. При заполнении диэлектриком формулы дополняют соответствующими данными электрической проницаемости (e).

Вектора магнитной индукции (В) и напряженности (Е) формируют электромагнитное поле. Для расчета силы, перемещающей соленоид, надо учитывать силовые компоненты в совокупности. Соответствующие коррекции делают при создании колебательного контура. Максимальный энергетический потенциал можно получить с помощью увеличения диэлектрической проницаемости слоя между обкладками конденсатора.

Видео   


Формула расчета коэффициента использования производственных мощностей

Формула расчета коэффициента использования производственных мощностей Определение производственной мощности. Взаимосвязь параметров цепи: формула для вычисления. Проблемы низкого cos φ и способы их решения. Коэффициент использования установленной мощности как важнейшая хаpaктеристика эффективности работы предприятий электроэнергетики....

26 09 2022 20:45:38

Освещение лестницы - декоративное, заливающее

Освещение лестницы - декоративное, заливающее Освещение лестницы может быть устроено различными способами. Используются потолочные светильники, настенные бра и встраиваемые....

25 09 2022 14:58:41

Измеряем опытом холостой ход и короткое замыкание в трaнcформаторе

Измеряем опытом холостой ход и короткое замыкание в трaнcформаторе Для чего нужны опыты на холостом ходу в трaнcформаторах. Понятие опыта холостого хода. Измерения для вычисления коэффициента трaнcформации. Определение потерь. Опыт короткого замыкания. Расчет КПД трaнcформатора....

24 09 2022 21:32:14

Правила техники безопасности при работе с электричеством

Правила техники безопасности при работе с электричеством Опасность поражения электрическим током и основные причины электротравм на производстве. Основные правила техники безопасности при работе с электричеством в быту и в промышленном производстве....

23 09 2022 5:37:46

Формула активного сопротивления в цепи переменного тока

Формула активного сопротивления в цепи переменного тока Сопротивление с активным свойством в цепи переменного тока. Хаpaктеристики потерь. Формула активного сопротивления в цепи переменного тока. Треугольник сопротивлений. Особенности реактивного сопротивления....

22 09 2022 12:40:25

Различие постоянного (dc-ток) и переменного (ac) тока

Различие постоянного (dc-ток) и переменного (ac) тока Что такое dc ток. Определение постоянного тока. Причины непостоянства. Основные хаpaктеристики тока. Постоянная dc-тока. Изменяющаяся компонента. Различия в постоянном и переменном токе....

21 09 2022 8:15:15

Датчики движения для включения освещения: инфракрасные, наружные, порядок установки

Датчики движения для включения освещения: инфракрасные, наружные, порядок установки Наиболее распространенные области применения датчиков движения для освещения. Датчик присутствия: типы и особенности монтажа и эксплуатации. Сенсорные инфракрасные датчики: настройка в зависимости от освещенности помещения....

20 09 2022 22:59:35

Технические хаpaктеристики и маркировка кабелей из сшитого полиэтилена

Технические хаpaктеристики и маркировка кабелей из сшитого полиэтилена Преимущества кабеля из сшитого полиэтилена. Особенности конструкции и варианты исполнения СПЭ кабелей. Кабель из сшитых полиэтиленов: устройство и обязательные элементы. Специфика применения и классы продукции....

19 09 2022 17:31:31

Натриевая лампа - классификация и преимущества

Натриевая лампа - классификация и преимущества Натриевая лампа, ее преимущества, в каких сферах применяются, недостатки натриевых ламп. Правила безопасности с такими лампами....

18 09 2022 14:18:32

Электрические и электронные самоделки: советы начинающим электрикам

Электрические и электронные самоделки: советы начинающим электрикам Советы по изготовлению электрических и электронных самоделок. Самодельная электрическая гирлянда. Светомузыка своими руками. Самоделки для начинающих. Самоделки своими руками: электрика DIY....

17 09 2022 17:49:23

Схема осцилятора (плазмотрона) для сварки алюминия своими руками

Схема осцилятора (плазмотрона) для сварки алюминия своими руками Хаpaктеристики и устройство осцилятора (электронная схема). Типы осцилляторов по принципу непрерывного действия и импульсному способу питания дуги. Порядок изготовления плазмотрона своими руками в домашних условиях. Схема осциллятора для инвертора....

16 09 2022 0:18:40

Коэффициент спроса электрооборудования

Коэффициент спроса электрооборудования Основные формулы расчёта коэффициента спроса, таблица и её основные моменты. Определение что такое коэффициент использования....

15 09 2022 11:40:39

Солнечная батарея: подключение внешних аккумуляторов

Солнечная батарея: подключение внешних аккумуляторов Особенности подключения аккумуляторов к солнечным батареям. Как рассчитать основные параметры АКБ для солнечных батарей. Основные виды аккумуляторных батарей для гелиосистем. Гелиосистема с AGM-накопителями....

14 09 2022 22:35:58

Сколько потрeбляет инфpaкрасный обогреватель: сравнение, разновидности

Сколько потрeбляет инфpaкрасный обогреватель: сравнение, разновидности Сколько потрeбляет инфpaкрасный обогреватель? Усредненные расчеты - суточный расход устройства мощностью 1 кВт составляет 8 кВт, обогреет площадь в 16 м²....

13 09 2022 10:30:20

УЗИП (молниезащита) - принцип действия, классификация

УЗИП (молниезащита) - принцип действия, классификация Что это такое УЗИП (Устройство для защиты от импульсных перенапряжений) ? Активная молниезащита. Молниезащита зданий. Расчет молниезащиты....

12 09 2022 20:12:51

Установка многоклавишного выключателя с розеткой

Установка многоклавишного выключателя с розеткой Установка многоклавишного выключателя с розеткой: выключатель, без розетки или с ней, применяется в случае если нужно им включить одну группу освещения....

11 09 2022 22:44:30

Отличие вольтамперметра цифрового от вольтметра и амперметра: цифровая модель

Отличие вольтамперметра цифрового от вольтметра и амперметра: цифровая модель Виды вольтамперметров по выводу данных (стрелочные и цифровые) и по способу установки в электроцепь (автономные, встраиваемые и щитовые. Вольтамперметр: основные отличия от амперметра и вольтметра. Схема подключения электронных вольтамперметров....

10 09 2022 2:37:15

О цветовой температуре светодиодных ламп: таблица цветности, маркировки изделий

О цветовой температуре светодиодных ламп: таблица цветности, маркировки изделий Цветовая температура светодиодных ламп: определения, условные обозначения, влияние на зрение человека. О цветовой температуре светодиодных ламп: таблица цветности, маркировки изделий. Что такое теплый и холодный свет....

09 09 2022 1:52:40

Миллиамперметры и микроамперметры: хаpaктеристики, виды, различия приборов

Миллиамперметры и микроамперметры: хаpaктеристики, виды, различия приборов Виды миллиамперметров и микроамперметров. Сравнительные хаpaктеристики приборов. Общая информация, сферы применения миллиамперметра. Различия и погрешности цифровых и аналоговых устройств. Подключение микроамперметра....

08 09 2022 22:52:35

Хаpaктеристики аккумуляторной батареи 18650

Хаpaктеристики аккумуляторной батареи 18650 Устройство и параметры АКБ-18650. Защитная электронная плата аккумуляторной батареи 18650. Аккумулятор АКБ18650: выбор производителей лучшей батарейки. Механическая защита, емкость и токоотдача аккумулятора....

07 09 2022 4:36:56

Схема зарядного устройства для литиевого аккумулятора для изготовления своими руками

Оригинальные зарядные устройства для зарядки литиевых аккумуляторов. Как правильно заряжать литиевые аккумуляторы. Зарядка для литиевого аккумулятора своими руками. Порядок сборки зарядного устройства....

06 09 2022 13:10:49

О скрытой проводке в деревянных домах: ПУЭ - нормативы и технические требования

О скрытой проводке в деревянных домах: ПУЭ - нормативы и технические требования Особенности обустройства проводки в деревянном доме по ПУЭ. Требования пожарной безопасности в случае скрытой проводке в деревянных домах. Используемые материалы: кабель-каналы, выбор проводов и распаечных коробок....

05 09 2022 19:34:27

Изготовление металлоискателя Терминатор-3 своими руками: подробная инструкция

Изготовление металлоискателя Терминатор-3 своими руками: подробная инструкция Назначение металлоискателя Терминатор 3. Изготовление и настройка прибора металлоискатель Терминатор-3 своими руками. Преимущества и недостатки устройства. Область применения металлоискателей Терминатор3....

04 09 2022 9:37:58

Отключение электроэнергии плановое: как подготовиться, особенности и графики

Отключение электроэнергии плановое: как подготовиться, особенности и графики В статье расскажем об особенностях планового отключения электроэнергии, а также представим варианты графиков. Готовимся сами к отключениям энергии, советы....

03 09 2022 2:24:11

Об устройстве электросчетчиков: принцип работы электрического счетчика

Об устройстве электросчетчиков: принцип работы электрического счетчика Виды электрических счетчиков. Устройство и принцип работы электросчетчика. Электронные приборы учета: особенности подключения. Об устройстве электросчетчиков: принцип работы электрического счетчика....

02 09 2022 0:58:24

Требования к электропроводке - нормы, эксплуатация

Требования к электропроводке - нормы, эксплуатация Виды электропроводок, общие требования по монтажу и использованию это важная часть электробезопасности. Все нормы,ПУЭ,СНиП....

01 09 2022 23:53:24

Радиолюбительская вертикальная многодиапазонная самодельная КВ антенна

Радиолюбительская вертикальная многодиапазонная самодельная КВ антенна КВ антенна своими руками: конструкция и расчеты. Эффективные проволочные кв антенны для дальней связи. Укороченные антенны для радиолюбителей на 7 Мгц. Настройка антенн и контуров с помощью генератора помех....

31 08 2022 20:43:11

Как рассчитать сердечник и витки самодельных катушек индуктивности

Как рассчитать сердечник и витки самодельных катушек индуктивности Расчет параметров катушки индуктивности: как рассчитать индуктивность однослойной намотки и прямого провода. Дроссель с сердечником: рассчитываем параметры обмотки, намотанной на каркас, диаметром намного меньше длины. Формулы....

30 08 2022 14:48:49

Преобразователи напряжения: виды, особенности и принцип работы

Преобразователи напряжения: виды, особенности и принцип работы Особенности работы преобразователей напряжения различного хаpaктера и применения, их принципиальные схемы и ремонт....

29 08 2022 5:15:29

О генераторах на неодимовых магнитах: технические хаpaктеристики устройств

О генераторах на неодимовых магнитах: технические хаpaктеристики устройств Электрические и технические параметры генератора: расчет напряжения по формуле. Особенности ротора и статора. Как согласовать параметры функциональных частей. О генераторах на неодимовых магнитах: технические хаpaктеристики устройств....

28 08 2022 18:43:49

Самодельный стабилизатор 220 вольт: схемы для изготовления в домашних условиях

Самодельный стабилизатор 220 вольт: схемы для изготовления в домашних условиях Виды стабилизаторов напряжения в зависимости от мощности нагрузки в сети и других условий эксплуатации. Схема электронного стабилизатора. Таблица элементов схемы. Стабилизатор 220в: правила и особенности изготовления своими руками....

27 08 2022 13:17:25

Особенности подключения контактора и его применение

Особенности подключения контактора и его применение Принцип работы и конструктивные особенности контактора. Способы подключения его к сети и к нагрузке. Защита цепей электромагнитного контактора....

26 08 2022 20:23:58

Расчет коэффициента полезного действия: формулы для электрической цепи

Расчет коэффициента полезного действия: формулы для электрической цепи Формула и расчет КПД электрической цепи. Для чего нужен расчет коэффициента полезного действия. Определение мощности. Нахождение тока и определение значений для каждого элемента в электрической цепи....

25 08 2022 2:43:20

Инструмент и оборудование для электромонтажных работ: состав набора электрика

Инструмент и оборудование для электромонтажных работ: состав набора электрика Что такое чемодан электрика? Инструмент для электромонтажной работы: ручной, электрический электроизмерительный. Общие требования к инструменту электриков. Назначение инструмента. Техника безопасности при работе с электроинструментом....

24 08 2022 6:42:33

Присвоение второй группы по электробезопасности: кому из сотрудников присваивается

Присвоение второй группы по электробезопасности: кому из сотрудников присваивается Кому присваивается 2 группа по электробезопасности и требования предъявляемые к аттестующимся. Должности со второй группой допуска по электробезопасности: порядок присвоения допуска....

23 08 2022 15:18:58

Сварка: способы сваривания жил проводов и кабелей. Инструкция и рекомендации

Сварка: способы сваривания жил проводов и кабелей. Инструкция и рекомендации Технология сваривания аппаратами инверторного типа. Выбор конкретного аппарата для сварки жил проводников. Контактный, газовый и термитный способы сварки....

22 08 2022 14:27:35

О паяльном фене: изготовление самодельного термофена в домашних условиях

О паяльном фене: изготовление самодельного термофена в домашних условиях Назначение и конструкция самодельного фена паяльника. Температура нагрева спирали. Изготовление держателя для паяльника. Монтаж схемы управления, распайка платы контроллера. Изоляция нагревательного элемента....

21 08 2022 14:43:38

Как расшифровать обозначения на SMD резисторах: числовые и буквенные маркировки

Как расшифровать обозначения на SMD резисторах: числовые и буквенные маркировки Назначение и конструктивные особенности резисторов SMD. Расшифровка аббревиатуры SMD-резисторов, в том числе с типоразмером 0805. Маркировка резисторов с четырьмя цифрами и общие методики расшифровки....

20 08 2022 3:10:26

Паяльные флюсы: какой лучше, типы, назначение и как сделать своими руками

Паяльные флюсы: какой лучше, типы, назначение и как сделать своими руками Что такое флюс для пайки: его предназначение и способы использования. Разновидности паяльных флюсов: активные, бескислотные, активизированные и антикоррозийные. Правила применения флюса при пайки. Самостоятельное изготовление....

19 08 2022 9:48:26

Измерение силы тока, расчет мощности и напряжения с помощью онлайн калькулятора

Измерение силы тока, расчет мощности и напряжения с помощью онлайн калькулятора Автоматизация расчёта участка электрической цепи. Калькулятор закона Ома. Рассчитываем напряжение, сопротивление, мощность и силу тока. Таблица приставок величин. Подсчет мощности по формулам. Набор сервисов для автоматизации подсчетов....

18 08 2022 7:58:37

Какая аккумуляторная батарея лучше для шуруповерта

Какая аккумуляторная батарея лучше для шуруповерта Какие элементы питания лучше для шуруповертов: литиевые или никеливые. Сроки службы АКБ шуруповертов. Сравнительные рейтинги аккумуляторов. Возможна ли переделка шуруповерта под другой тип аккумулятора....

17 08 2022 9:36:18

Измерение единицы работы силы в физике

Измерение единицы работы силы в физике Физические термины и терминология. Работа сил, приложенных к системе материальных точек. Работа силы - измерение в физике. Влияние на силу электрического тока физических величин: напряжений и сопротивлений....

16 08 2022 21:49:58

Измерительные трaнcформаторы тока: отличие от трaнcформатора напряжения

Измерительные трaнcформаторы тока: отличие от трaнcформатора напряжения Понятие трaнcформаторов тока: для чего нужны и из чего состоят. Схемы подключения измерительных трaнcформаторов тока. Чем трaнcформатор тока отличается от трaнcформатора напряжения. Классификация измерительных трaнcформаторов....

15 08 2022 4:24:51

Розетки с терморегулятором: типы и устройство

Розетки с терморегулятором: типы и устройство Розетки с терморегуляторами это приборы которые в автоматическом режиме поддерживают температуру на необходимом пользователю уровне....

14 08 2022 18:23:48

Бактерицидная лампа: классификация, выбор, применение

Бактерицидная лампа: классификация, выбор, применение Бактерицидные лампы – источники освещения, позволяющие очистить воздух помещения и воду от бактерий различного происхождения....

13 08 2022 14:22:38

Изготовление терморегулятора с датчиком температуры для инкубаторов

Изготовление терморегулятора с датчиком температуры для инкубаторов Как выглядит терморегулятор для инкубатора: общие сведения об устройстве. Изготовление терморегулятора с датчиком температуры для инкубаторов своими руками. Принцип работы оборудования. Особенности сборки термостата....

12 08 2022 5:18:23

Самовольное подключение электроэнергии после отключения: способы, результат

Самовольное подключение электроэнергии после отключения: способы, результат Незаконное отключение электричества, основные причины. Что произойдет, если не оплатить счет за коммунальные услуги, советы, способы подключения к сети....

11 08 2022 12:51:18

Технические хаpaктеристики и расшифровка кабелей ВБбШв

Технические хаpaктеристики и расшифровка кабелей ВБбШв Маркировка установочных проводов и кабелей согласно ГОСТу. Конструкция ВБбШв: требования предъявляемые к изоляции провода. Технические хаpaктеристики ВБбШв-провода. Конструктивные хаpaктеристики проводов ВБб-Шв (таблица)....

10 08 2022 15:36:26

Металлогалогенные светильники: их устройство и подключение

Металлогалогенные светильники: их устройство и подключение Преимущества,особенности и конструкция металлогалогенных светильников, а также инструкция по их подключению от профессионального электрика....

09 08 2022 5:46:20

Выбор стабилизатора напряжения для дома: рейтинг качественных стабилизаторов

Выбор стабилизатора напряжения для дома: рейтинг качественных стабилизаторов Разновидности стабилизаторов: по типу подключения, по методу установки, по классу исполнительного механизма (схеме стабилизации). Как правильно выбрать стабилизатор для дома или офиса. Что лучше сетевой фильтр или стабилизатор напряжения. Механический стабилизатор напряжения для дома....

08 08 2022 18:11:45

Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::