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   


Технические хаpaктеристики и свойства конденсатора 2A-104-J

Технические хаpaктеристики и свойства конденсатора 2A-104-J Конденсатор 2A-104-J. Общая информация, эксплуатационные и предельные параметры конденсаторов 2A104J. Особенности применения конденсатора 2A 104 J. Плёночные конденсаторы с диэлектриком из полиэтилентерефталата....

05 12 2022 3:22:47

Инструкция по применению мультиметра dt830b: что можно измерить с помощью устройства

Инструкция по применению мультиметра dt830b: что можно измерить с помощью устройства Основные хаpaктеристики цифровых мультиметров серии DT-830b. Пределы измерений различных параметров с помощью прибора. Режимы работы мультиметра. Прозвонка участков цепи, измерения силы тока, напряжения, сопротивления....

04 12 2022 22:26:42

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....

03 12 2022 22:22:56

Выбор паяльной станции для работы и дома - какая лучше, на что обратить внимание

Выбор паяльной станции для работы и дома - какая лучше, на что обратить внимание Для чего нужна паяльная станция. Правильный выбор прибора. Правила работы, температурные режимы, принцип действия. Разновидности, типы нагревательных элементов паяльников. Дополнительные возможности устройства....

02 12 2022 14:56:49

Неполярные электролитические конденсаторы: отличия от полярных

Неполярные электролитические конденсаторы: отличия от полярных Особенности полярных изделий. Проводящие материалы, используемые в конденсаторах: алюминиевые и танталовые электролиты и изделия из полимеров. Особенности конструкции и включения НЭК....

01 12 2022 0:56:20

О комиссиях по проверке знаний по электробезопасности на предприятиях

О комиссиях по проверке знаний по электробезопасности на предприятиях Формирование аттестационных комиссий при образовательных центрах и на предприятиях с энергоустановками. Состав аттестационной комиссии по проверке знаний по электробезопасности на предприятии....

30 11 2022 4:53:24

Выбор мощного и надежного аккумуляторного шуруповерта для работы дома

Выбор мощного и надежного аккумуляторного шуруповерта для работы дома Как правильно выбрать аккумуляторный шуруповерт. Виды акб шуруповертов: какой аккумулятор лучше. Основные технические хаpaктеристики шуруповерта: мощность, вид патрона, типы аккумуляторов, совместимость. Самый маленький профессиональный шуруповерт....

29 11 2022 16:31:16

Современные лампы дневного освещения – альтернатива лампам накаливания

Современные лампы дневного освещения – альтернатива лампам накаливания Среди источников искусственного освещения чаще всего выбирают лампы дневного освещения люминесцентного и светодиодного типов....

28 11 2022 11:43:14

Подключение люстр с пультом управления: сборка и монтаж

Подключение люстр с пультом управления: сборка и монтаж Система дистанционного управления для потолочных светильников. Принцип дистанционного управления: радиус действия, защита от помех и посторонних сигналов. Места установки контроллеров ДУ....

27 11 2022 4:36:34

Разница фазы и ноля в электрических цепях: как определить фазу

Разница фазы и ноля в электрических цепях: как определить фазу Что такое фаза в электрических сетях. Структура электросети, основные элементы. Определение фазы в электросетях. Маркировки фаз. Схемы подключения к трехфазной цепи. Ищем фазу: инструменты для определения....

26 11 2022 4:32:26

Как сделать антенну для роутера WiFi своими руками в домашних условиях

Как сделать антенну для роутера WiFi своими руками в домашних условиях Как антенна усиливает сигнал. Виды WiFi антенн. Как устанавливается внешняя антенна для роутера. Как сделать антенну для роутера WiFi своими руками в домашних условиях. Что советуют специалисты: способы достижения наилучших результатов....

25 11 2022 13:37:16

Скрытая проводка: детектор (индикатор) скрытой электропроводки своими руками

Скрытая проводка: детектор (индикатор) скрытой электропроводки своими руками Какие бывают искатели проводки, и как они работают. Бесконтактный индикатор напряжения: преимущества и недостатки. Как правильно выбрать искатель электропроводки в магазине. Изготовление простейшего детектора своими руками....

24 11 2022 18:42:39

Диммер с пультом ду: принцип работы, видео

Диммер с пультом ду: принцип работы, видео Диммер с пультом ду служит для дистанционного управления освещением и является популярным решением при освещении многих объектов, позволяющим создать уют....

23 11 2022 7:58:47

Сравниваем конвекторы и тепловентиляторы: какой нагреватель выбрать

Сравниваем конвекторы и тепловентиляторы: какой нагреватель выбрать Что лучше: конвектор или тепловентилятор - особенности выбора. Достоинства и недостатки конвекторов и тепловентиляторов. Конвекторы и тепловентиляторы: особенности выбора, рейтинг производителей, какой прибор лучше выбрать....

22 11 2022 16:39:34

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....

21 11 2022 5:29:16

Об охране труда на производстве: электробезопасность как основа отсутствия травматизма

Об охране труда на производстве: электробезопасность как основа отсутствия травматизма Электробезопасность, как система мероприятий, правил и средств, призванная обеспечивать безопасность людей на производстве и в быту. Об охране труда на производстве: электробезопасность как основа отсутствия травматизма....

20 11 2022 6:53:38

Конструкция и маркировка кабеля КГ: достоинства и недостатки, особенности монтажа

Конструкция и маркировка кабеля КГ: достоинства и недостатки, особенности монтажа Расшифровка и технические характеристики кабеля К Г. Размерные и температурные показатели провода К Г. Область применения и способы прокладки кабелей К Г. Описание электрических параметров проводов К Г....

19 11 2022 8:56:26

Детские светильники - особенности выбора и правила освещения

Детские светильники - особенности выбора и правила освещения Детские светильники выполнены с применением источников света специально созданных для детей и позволяют подобрать модели для общего и локального освещения....

18 11 2022 8:21:17

Плинтус с кабель каналом: преимущества, разновидности, установка

Плинтус с кабель каналом: преимущества, разновидности, установка Преимущества прокладки кабеля в плинтус очевидны. Но правильный монтаж кабеля залог долговечной работы и избежания неполадок....

17 11 2022 7:18:56

Автомобильный паяльник 12В: как переделать старое устройство для работы от прикуривателя

Автомобильный паяльник 12В: как переделать старое устройство для работы от прикуривателя Выбор низковольтового паяльника 12в. Диапазон использования инструмента. Изготовление паяльника 12 вольт своими руками. Ограничения по мощности автомобильного паяльника. Подключение паяльника к сети автомобиля....

16 11 2022 14:48:45

Настенные светильники: классификация, как правильно выбрать

Настенные светильники: классификация, как правильно выбрать С помощью светильников настенного типа создается основное и локальное освещение. Они имеют современный дизайн, легко монтируются и долго служат....

15 11 2022 14:57:35

Электромонтажные лазы электрика по бетонным опорам и стволам деревьев

Электромонтажные лазы электрика по бетонным опорам и стволам деревьев Назначение лазов электромонтажных. Виды когтей монтерских КМ. Когти электрика: правила использования, техника безопасности. Что такое КЛМ2. Серповидные лазы. Когтить по опорам: жаргон электриков....

14 11 2022 18:24:52

Сварочный инвертор: обзор инверторов, параметры, классификация

Сварочный инвертор: обзор инверторов, параметры, классификация Важнейшей хаpaктеристикой сварочного инвертора является максимальный ток сваривания или мощность - это определяющая способность устройства...

13 11 2022 2:24:18

О полуавтоматах из инверторов своими руками: схема самодельного трaнcформатора

О полуавтоматах из инверторов своими руками: схема самодельного трaнcформатора Что нужно для переделки инвертора. Устройство агрегата: узел подачи расходного материала и горелка. Электронный управляющий модуль. Изготовление полуавтомата из инвертора своими руками. Опробование полуавтомата в работе....

12 11 2022 20:27:17

Импульсные преобразователи напряжения: принцип работы, выбор

Импульсные преобразователи напряжения: принцип работы, выбор Виды преобразователей напряжения и свойства. Основные принципиальные схемы. Советы по выбору импульсных преобразователей и стабилизаторов....

11 11 2022 17:27:19

Защита IP: стандарт по ГОСТ (степени защит)

Защита IP: стандарт по ГОСТ (степени защит) От чего защищается электрооборудование. Государственный стандарт (ГОСТ) степеней защиты IP. Интерпретация кодов. Применение устройств с конкретными индексами. Расшифровка дополнительных букв в кодах. Особенности использования IP-кодировки...

10 11 2022 7:33:56

Индукционный паяльник своими руками

Индукционный паяльник своими руками Что такое индукционная пайка. Принцип работы индукционной паяльной станции. Принцип работы нагревательного элемента. Изготовление индукционного паяльника своими руками в домашних условиях. Выбор материала для изготовления жала индукционной паяльной станции....

09 11 2022 12:29:20

Электроизмерительные приборы: амперметр, вольтметр, омметр

Электроизмерительные приборы: амперметр, вольтметр, омметр Как подключить вольтметр? Как пользоваться амперметром? Принцип действия электроизмерительных приборов с примерами, и советами....

08 11 2022 14:37:25

О кабеле греющем для кровли: саморегулирующий кабель и монтаж в водостоках

О кабеле греющем для кровли: саморегулирующий кабель и монтаж в водостоках Причины образования льда на крыше. Достоинства и недостатки кабеля греющего для кровли и водостоков. Что такое саморегулирующийся (резистивный) кабель. Виды греющих кабелей для кровель и водостока....

07 11 2022 10:12:18

Электрический потенциал и правила их выравнивания в электроустановках: коробка и шина

Электрический потенциал и правила их выравнивания в электроустановках: коробка и шина Что такое электрический потенциал и его уравнивание. Отличия уравнивания от выравнивания. Системы уравнивания и что в них входит. Конструкция и подключение коробки уравнивания потенциалов (КУП). Модели коробок: ШДУП, ДСУП....

06 11 2022 21:51:40

Расчет расхода электроэнергии: считаем потрeбление и затраты на электричество

Расчет расхода электроэнергии: считаем потрeбление и затраты на электричество Учёт расхода электроэнергии по мощности электрооборудования. Влияние на расход электрической энергии применения ламп накаливания, светодиодных или энергосберегающих источников освещения. Как провести расчёт потрeбления электроэнергии бытовыми приборами....

05 11 2022 4:40:29

О скважности импульсов сигнала: отношение периода следования к длительности импульса

О скважности импульсов сигнала: отношение периода следования к длительности импульса Общая информация о последовательности импульса. Формулы расчета. Управление скважностью импульсов. Жестокие требования по стабильности параметров импульсных сигналов....

04 11 2022 21:58:41

Лотки: основные виды, монтаж кабельных лотков и каналов

Пластиковые каналы, особенности металлических, железобетонных лотков их назначение. Перфорированные и неперфорированные лотки, удобство их прокладки....

03 11 2022 3:17:34

Прокладка и монтаж кабеля - советы эквпертов

Прокладка и монтаж кабеля - советы эквпертов Способов прокладки кабеля очень много, мы расскажем как справиться с любым из них. Качественный монтаж, залог безопасности!...

02 11 2022 12:44:36

Все об индексе цветопередачи (CRI): определение и порядок расчета

Все об индексе цветопередачи (CRI): определение и порядок расчета Оценка качества светопередачи и определение индекса. Порядок проведения измерений параметра CRI. Проблемы с индексом, поиски новых стандартов. Современность и подбор по световым хаpaктеристикам....

01 11 2022 20:29:32

Технические хаpaктеристики и принцип работы магнитных пускателей

Технические хаpaктеристики и принцип работы магнитных пускателей Целевое назначение магнитного пускателя. Конструкция и технические параметры различных магнитных пускателей. Магнитные пускатели: принцип работы и различные типы устройств. Монтаж и подключение электромагнитного пускателя....

31 10 2022 8:10:33

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....

30 10 2022 18:49:34

Суперконденсаторы: конденсатор большой емкости вместо аккумулятора

Суперконденсаторы: конденсатор большой емкости вместо аккумулятора Суперконденсатор как устройство для накопления электрической энергии. Особенности конструкции и производители суперконденсаторов. Виды суперэлектролитов. Области применения. Достоинства и недостатки конденсаторных изделий....

29 10 2022 10:48:13

Вычисляем мощность переменного и постоянного электрического тока по формуле

Вычисляем мощность переменного и постоянного электрического тока по формуле Определение мощности как основной хаpaктеристики электрооборудования. Мощность: определение с помощью закона Ома. Расчёт мощностей электрического тока в сетях переменного и постоянного напряжения. Однофазные нагрузки....

28 10 2022 15:32:48

О блоках питания для антенн: выбор оптимального напряжения и мощности.

О блоках питания для антенн: выбор оптимального напряжения и мощности. Принцип работы блока питания для антенны. Как правильно подключить БП. Возможные неисправности блоков питания для антенн. Выбор оптимального напряжения и мощности. Обзор китайских устройств....

27 10 2022 20:56:37

Изготовление самодельной антенны для радио своими руками в домашних условиях

Изготовление самодельной антенны для радио своими руками в домашних условиях Как изготовить самодельную антенну для радио в домашних условиях. Разновидности антенн: стержневые, проволковые, телескопические. Конструкция FM антенны для приемника. Подключение антенны....

26 10 2022 11:39:35

Нормы освещения многоквартирных домов, подъездов и придомовых территорий

Нормы освещения многоквартирных домов, подъездов и придомовых территорий Какие требования должны быть учтены при оформлении и организации освещения подъездов, подвалов и придомовых территорий многоквартирных зданий....

25 10 2022 14:18:37

Как сделать внешнюю антенну для 4G модема: разновидности и хаpaктеристики

Как сделать внешнюю антенну для 4G модема: разновидности и хаpaктеристики Для чего LTE модему нужна внешняя антенна 4G. Технические хаpaктеристики самодельных 4G антенн для мобильных модемов. Как сделать выносную 4G своими руками: схема и инструменты....

24 10 2022 3:15:48

Устройство плавного пуска для электроинструмента: изготовление своими руками

Устройство плавного пуска для электроинструмента: изготовление своими руками Устройство плавного пуска и регулятор оборотов в электроинструменте: принцип действия и назначение устройства. Самостоятельное изготовление УПП в домашних условиях. Электрическая схема для создания блока ПП двигателя электроинструмента....

23 10 2022 2:26:14

Как заменить проводку в панельном доме своими руками: расчет длинны и сечения проводников

Как заменить проводку в панельном доме своими руками: расчет длинны и сечения проводников Возможные способы прокладки при замене проводки в панельном доме своими руками: от простейших вариантов, до прокладки кабель-каналов. Подготовительные работы. Штробление, изъятие и монтаж....

22 10 2022 21:38:54

Сколько стоить опломбирование счетчиков электрической энергии

Сколько стоить опломбирование счетчиков электрической энергии Опломбировка электросчетчиков. Виды пломб. Процесс пломбировки счетчика. Как выглядит специализированная заводская пломба, гарантирующая полную исправность и бесперебойную работоспособность электросчетчика....

21 10 2022 1:55:20

Подключение датчиков движения с сенсором к прожектору: схемы подсоединения

Подключение датчиков движения с сенсором к прожектору: схемы подсоединения Особенности датчиков движения. Как правильно подключить датчик. Как правильно установить приборы: что нужно учесть при монтаже датчика с прожектором. Регулировка датчиков движения в зависимости от освещения....

20 10 2022 17:47:10

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....

19 10 2022 13:30:35

Изготовление осциллографа в домашних условиях из планшета или ноутбука

Изготовление осциллографа в домашних условиях из планшета или ноутбука Изготовление осциллографа своими руками в домашних условиях. USB-осциллограф. Осциллографы из звуковых плат компьютера или ноутбука. Модернизация (доработка) планшета. Программа для получения осциллограмм....

18 10 2022 1:33:59

Расшифровка и технические хаpaктеристики телефонного провода ТППЭП

Расшифровка и технические хаpaктеристики телефонного провода ТППЭП Расшифровка и технические хаpaктеристики кабеля ТППЭП. Маркировка жил на основе алюминия согласно ГОСТ. ТППЭП-кабель: области применения, правила монтажа и эксплуатационный срок....

17 10 2022 13:17:32

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