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   




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....

26 01 2022 23:29:27

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....

25 01 2022 4:25:39

Бактерицидная лампа: классификация, выбор, применение

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

24 01 2022 9:27:46

О переделке шуруповертов на питание от сети 220в в домашних условиях своими руками

Устройство механизма шуруповерта и принцип действия прибора. Конструкция аккумулятора и типы аккумуляторных батарей. Переделка шуруповерта на питание от сети 220В. Использование внешнего блока питания....

23 01 2022 16:47:22

Все о коаксиальных кабелях: технические хаpaктеристики телевизионного кабеля

Коаксиальный провод и его устройство: общая структура коаксиального кабеля. Виды и сферы применения коаксиальных проводов. Все о коаксиальных кабелях: технические хаpaктеристики телевизионного кабеля....

22 01 2022 12:19:25

Физическая формула расчета эквивалентного сопротивления в цепи

Определение эквивалентного сопротивления. Разница в методике определения эквивалентного сопротивления в цепях с последовательным и параллельным соединением элементов. Расчёт при смешанном соединении устройств. Физические формулы, примеры вычислений....

21 01 2022 9:49:15

Должностные обязанности электромонтера: общая инструкция

Рабочая категория электромонтера. Основные функции, права и обязанности по ремонту. За что он ответственен и с какими службами взаимодействует. Фото, видео....

20 01 2022 15:52:19

Сенсорный выключатель: принцип действия, схема подключения

Принцип действия сенсорных выключателей, их применение и типы. Схемы на полупроводниковых приборах. Преимущество эксплуатации таких выключателей....

19 01 2022 14:38:53

Диммер для паяльника: схема, принцип действия

Устройство диммера для паяльника и особенности его работы. Простейшие способы регулировки мощности и нагрева паяльника от наших экспертов....

18 01 2022 6:42:38

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....

17 01 2022 17:30:14

Сравнение аккумуляторных батарей для источников бесперебойного питания

Как выбрать аккумуляторную батарею для источника бесперебойного питания. Конструкция и особенности аккумуляторов для ИБП. Рекомендации по эксплуатации аккумулятора для источников БП....

16 01 2022 20:19:19

Масляный выключатель: устройство, принцип действия, все виды

Применение масляных выключателей, их основные типы. Принцип работы и устройство масляного выключателя в промышленной энергетике....

15 01 2022 7:54:26

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....

14 01 2022 21:50:40

Правильная зарядка литий-ионных аккумуляторов: правила зарядки li-ion АКБ

Особенности работы Li-Ion аккумуляторной батареи. От чего зависит зарядка аккумулятора. Общие правила зарядки литий ионных аккумуляторов. Выделим основные принципы того, как правильно и без вреда для работы заряжать и использовать литий-ионные аккумуляторы....

13 01 2022 7:55:32

Формула нахождения потенциальной разницы между точками в электромагнитном поле

Сущность понятия потенциальной разницы. Формула нахождения ускоряющей разности потенциалов. Что измеряют единицей Кулон. Порядок возникновения заряженных частиц, электростатического поля и их поведение по отношению друг к другу....

12 01 2022 2:53:37

Уличные светильники: виды, способы применения, выбор

Основные хаpaктеристики уличных светильников – мощность светового потока, экономичность и срок службы. В последнее время популярны светодиодные приборы....

11 01 2022 14:34:55

Умные розетки: c таймером, дистанционные, wi-fi

Новые розетки с дополнительными функциями все больше приходят в наш дом для повышения удобства жизни, такие розетки уже не роскошь, а необходимость!...

10 01 2022 19:15:59

Схема простого терморегулятора для сборки в домашних условиях

Механический терморегулятор: схема работы простого терморегулятора. Терморегуляторы на трех элементах. Термостат для котлов отопления. Цифровой термостат с точной калибровкой на микроконтроллерах....

09 01 2022 21:48:10

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....

08 01 2022 13:55:41

О проводе СИП 3: технические хаpaктеристики самонесущего изолированного провода

Применение и преимущества провода СИП 3. Конструктивные особенности и хаpaктеристики СИП3-кабелей (таблица). Особенности монтажа и соединения проводов СИП3. Эксплуатация самонесущего изолированного кабеля....

07 01 2022 22:38:35

Электрический двигатель: основные принципы действия электродвигателей

Принцип работы электродвигателя. Электродвигатели постоянного и переменного тока. Линейный электродвигатель. Использование электромоторов переменных токов в однофазной сети. Упрощения запуска электрического двигателя. Формула мощности трехфазного двигателя....

06 01 2022 10:23:53

Таблица билетов с ответами по электробезопасности в зависимости от группы допуска

Составление билетов с типовыми вопросами. Таблица билетов с ответами по электробезопасности. Порядок сдачи экзамена по электробезопасности в зависимости от группы....

05 01 2022 4:30:21

О споттере из сварочного аппарата своими руками: как сделать точечную сварку

Свойства точечной сварки. Особенности переделки споттера из сварочного аппарата своими руками. Типы сердечников. Выбор параметров вторичной обмотки, схемы и размещение обмоток. Схема управления....

04 01 2022 11:47:35

Таблица обозначений и расшифровки цветовой маркировки светодиодов

Виды маркировки и типы отечественных и импортных диодов и светодиодов. SDM-диод: особенности маркировок в зависимости от полярности. обозначение размера диодного элемента. Индекс цветопередачи CRI....

03 01 2022 8:11:33

Импульсный источник питания (ИИП): принцип действия, устройство

Преимущества и недостатки импульсного источника питания. Как работает импульсный блок питания. Импульсный обратноходовой источник питания....

02 01 2022 13:28:17

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....

01 01 2022 14:59:35

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....

31 12 2021 0:54:14

Термоусаживаемые трубки для проводов: использование термоусадок при монтаже кабелей

Хаpaктеристики и виды термоусадочных трубок. Материалы применяемые при изготовлении термоусадочных трубок. Области и технология применения термоусаживаемой трубки. Как правильно пользоваться термоусадкой для кабеля....

30 12 2021 16:26:50

Расчет освещения - для экономии средств и создания нормальной освещенности

Расчет освещения - для экономии средств и создания нормальной освещенности При расчете освещения учитываются особенности помещения, условия труда и другие параметры. Вычислениями определяется необходимое количество светильников....

29 12 2021 15:59:32

Формулировка закона Ома для полных замкнутых цепей и электрических контурах

Закон Ома для полной замкнутой цепи. Принцип пропорциональности. Особенности сопротивлений в источниках питания. Как вычислить сопротивление ЭДС. Что такое теория электро- радиотехнических цепей....

28 12 2021 14:39:15

Об автоматическом выключателе: что такое автомат, места установки и правила монтажа

Виды и классификация автоматических выключателей. Приборы для работы со сверхвысокой нагрузкой. Назначение автоматического выключателя. Процесс монтажа автомата для постоянного и переменного тока....

27 12 2021 8:14:57

Катоды и аноды: отрицательно и положительно заряженные электроды

Определение положительно и отрицательно заряженного электрода. Применение катода и анода в теории и пpaктике. Применение в электрохимии. Использование катодов и анодов в вакуумных электронных приборах. Маркировки....

26 12 2021 21:28:58

Галогеновые лампы: классификация, преимущества, виды

Галогеновые лампы обладают высокой яркостью и цветопередачей, что позволяет выполнять освещение в быту, промышленности и медицине....

25 12 2021 5:16:56

Добро пожаловать!

Сайт Amperof.ru это ваш помощник по электротехнике, электрооборудованию и электроснабжению! Портал для любителей нашей тематики....

24 12 2021 14:40:58

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....

23 12 2021 16:57:55

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....

22 12 2021 18:13:46

Как рассчитать мощность трехфазной сети: формулы для расчета показателей

Как узнать свою схему: трёхфазное или однофазное подключение. Как рассчитать мощность трехфазной сети электрического тока: формулы для расчета мощностных показателей. Расчет тока по мощности в трехфазной сети....

21 12 2021 7:58:16

Светодиодное освещение дома: особенности, правила, фото

Способы освещения светодиодными источниками света загородных домов, частных домов из дерева, придомовой территории, а также многоквартирных домов....

20 12 2021 3:35:44

Виды клеммников и клеммных колодок для DIN рейки: маркировка и пломбировка клемм

Что такое дин-рейка. Клеммы (клемники) и клеммные колодки для DIN реек. Какими бывают клеммные зажимы: проходной с зажимом пружиной, клеммы с размыкающим приспособлением и пр....

19 12 2021 11:56:59

О магнитных антеннах из коаксиального кабеля: изготовление рамочной антенны своими руками

Как изготовить рамочную магнитную антенну из коаксиального кабеля своими руками в домашних условиях. Устройство рамочной магнитной антенны. Особенности эксплуатации и расположения устройства....

18 12 2021 7:35:49

Лампа накаливания: устройство, классификация, мощность, обозначение

Лампа накаливания: устройство, классификация, мощность, обозначение Лампы накаливания широко используемые в быту и промышленности. Они различаются по конструкции, мощности, световой отдаче и дизайну....

17 12 2021 8:36:55

Тепловизионный контроль электрооборудования

Что такое тепловизор, его классификация и где он применяется. Особенности тепловизионного контроля за нагревом дефектных частей электрооборудования....

16 12 2021 13:55:22

Схема подключения электромагнитных пускателей на 220В и 380В: через кнопочный пост

Разница между контактором и пускателем. Виды магнитных пускателей: классификация приборов по способу размещения и защищённости от вредных воздействий. Схема подключения электромагнитного контактора....

15 12 2021 22:51:11

Устройство светодиодного индикатора зарядки аккумуляторной батареи

Виды индикаторов заряда аккумуляторной батареи: встроенные и внешние. Заводские индикаторы зарядки АКБ в виде панелей. Как собрать светодиодный индикатор самостоятельно: схема изготовления светодиодного индикатора....

14 12 2021 0:37:47

Tрaнcформаторы для галогенных ламп - выбор и подключние

Tрaнcформаторы для галогенных ламп, их виды и питание, а также способы и схемы их подключения и использование в различных сферах....

13 12 2021 11:17:54

О термоэлектрическом генераторе: изготовление термоэлектрогенератора своими руками

Определение и физическое объяснение эффекта Пельтье. Особенности функционирования, принцип действия и конструкция термоэлектрического генератора. Достоинства и недостатки ТЭМ. Самостоятельное изготовление термоэлектрогенератора своими руками....

12 12 2021 15:41:50

Как выбрать автоматический выключатель

Принцип их действия и отличие друг от друга. Высоковольтные выключатели их типы и критерии выбора, а также советы опытного эксперта....

11 12 2021 6:32:37

Тест на допуск электробезопасности (4 группа)

Экзаменационные тесты для проверки знаний норм и правил работы в электроустановках в объеме группы lV по электробезопасности...

10 12 2021 4:25:16

О новых генераторах энергии: трaнcгенераторы и другие новинки отрасли

Источники свободной энергии. Типы радиантных генераторов: трaнcмиттер-усилитель Тесла. Вихревые устройства и ХЯС. О новых генераторах энергии: трaнcгенераторы и другие новинки отрасли...

09 12 2021 15:36:46

Технические хаpaктеристики и расшифровка провода ПВ 3 1х6

Провод ПВ 3 1х6: область применения монтажного кабеля. Технические хаpaктеристики провода ПВЗ 1Х6. Таблица основных параметров проводов ПВ-З. Маркировка и расшифровка аббревиатуры....

08 12 2021 18:18:19

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