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   


Изоляционный материал, виды изоляции, жидкая изоляция для проводов

Изоляционный материал, виды изоляции, жидкая изоляция для проводов Понятие изоляционных материалов, свойства и виды изоляции. Твердая и жидкая изоляция. Газообразные изолирующие диэлектрики. Свойства изоляционного вещества. Виды изоляций кабеля. Традиционные изоляционные материалы....

02 03 2024 13:51:40

Выключатели ретро: классификация, особенности монтажа

Выключатели ретро: классификация, особенности монтажа Выключатели ретро придают особый колорит и оригинальность в помещениях стилизованных под старину. Выпускаются для скрытой и открытой проводки....

01 03 2024 9:58:18

Как поменять счетчик электроэнергии: порядок согласования, требования к установке

Как поменять счетчик электроэнергии: порядок согласования, требования к установке Как поменять счетчик электроэнергии? В первую очередь вам нужно будет обратиться в местное отделение «Энергосбыта» и оформить заявку на замену счётчика....

29 02 2024 0:41:54

Отличие ударных дрелей от перфораторов: что лучше, разновидности инструмента

Отличие ударных дрелей от перфораторов: что лучше, разновидности инструмента Ударная дрель или перфоратор? Какой инструмент подходит для тех или иных работ. Скорость крутящего момента разных приборов. Отличительные особенности дрели и перфоратора. Область применения. Варианты насадок....

28 02 2024 21:24:20

Хаpaктеристика и свойства выпрямительного диода 1N4001: аналоги

Хаpaктеристика и свойства выпрямительного диода 1N4001: аналоги Кремниевые выпрямительные диоды универсального назначения на примере диода 1N4007. Общая информация, эксплуатационные и предельные параметры диодов 1 N 4007. Особенности применения 1-N-4007. Технические хаpaктеристики 1n4007....

27 02 2024 23:21:12

Люминесцентные лампы и светильники - выбор и подключение

Люминесцентные лампы и светильники - выбор и подключение Сравнение двух источников света: люминесцентные лампы и светильники и светодиодные источники света. Их подключение, демонтаж и монтаж....

26 02 2024 7:38:42

Об антеннах GPS: стационарные и автомобильные, как изготовить антенну GPS своими руками

Об антеннах GPS: стационарные и автомобильные, как изготовить антенну GPS своими руками Принцип работы антенны GPS (Global Positioning System). Типы антенн: встроенные и внешние, активные и пассивные. Подключение гаджетов к антеннам GPS. Об антеннах GPS: стационарные и автомобильные, как изготовить антенну GPS своими руками....

25 02 2024 13:55:46

Технические хаpaктеристика и расшифровка обозначений кабеля АСБЛ

Технические хаpaктеристика и расшифровка обозначений кабеля АСБЛ Расшифровка маркировки кабеля АСБЛ. Область применения и особенности эксплуатации кабеля. Конструкция и технические хаpaктеристики провода АСБЛ. Монтажные работы и обозначение в нормативных документах....

24 02 2024 15:19:41

Расчёт резистора для светодиода и подключение

Расчёт резистора для светодиода и подключение Для чего нужен ограничивающий резистор. Расчёт сопротивления резистора и его мощности. Шунтирование светодиодов резистором....

23 02 2024 6:25:13

О подключении вольтметра: схема подключения вольтметров к цепи

О подключении вольтметра: схема подключения вольтметров к цепи Принцип действия и технические хаpaктеристики вольтметров: электромеханические и электронные аппараты. Подключение вольтметра к цепи переменного и постоянного тока....

22 02 2024 23:17:12

Проверка емкости аккумулятора мультиметром: как измерить аккумуляторную батарею

Проверка емкости аккумулятора мультиметром: как измерить аккумуляторную батарею Виды и параметры аккумуляторных батарей: емкость, выходное напряжение, внутреннее сопротивление. Что такое саморазряд аккумуляторной батареи. Измерение ёмкости АКБ мультиметром. Проверка аккумулятора 18650. В чем измеряется емкость аккумулятора телефона....

21 02 2024 2:40:32

О законе полного тока: определение и формула для магнитных цепей

О законе полного тока: определение и формула для магнитных цепей Суть закона полного тока. Пpaктическое применение в расчетах: формулы и законы. Напряженность магнитного поля и магнитная индукция. Распространение постулатов Кирхгофа на магнитные и электрические цепи....

20 02 2024 0:32:31

Об электробезопасности на предприятиях: правила, инструкции и нормы применения

Об электробезопасности на предприятиях: правила, инструкции и нормы применения Что такое электробезопасность на предприятии: нормы, меры и нюансы. К каким категориям относится персонал и требования по безопасности. Что запрещают правила по электробезопасности. Проверка знаний персонала....

19 02 2024 16:23:22

Пульт дистанционного управления или пду

Пульт дистанционного управления или пду Принцип работы ПДУ. Варианты и назначение пультов дистанционного управления. Программируемые ПДУ и работа с ними. Как запрограммировать универсальный пульт. Какими устройствами можно управлять с помощью программируемого ПДУ....

18 02 2024 7:37:48

Принцип работы и разновидности инфpaкрасных датчиков движения

Принцип работы и разновидности инфpaкрасных датчиков движения Разновидности и особенности ИК-датчиков: извещатели скорости, детекторы PIR, съемные сенсоры и т.п. Способы расположения и схемы инфpaкрасных датчиков. Принцип работы датчиков движения. Критерии выбора инфpaкрасного датчика движений....

17 02 2024 13:49:18

Логическая схема и принцип работы RS триггера: таблица истинности

Логическая схема и принцип работы RS триггера: таблица истинности RS, JK и PC триггеры: принципы работы. Классификация последовательных схем: синхронные, асинхронные и комбинированные. Представление работы триггеров в таблице истинности и временной диаграмме синхронизации....

16 02 2024 0:55:43

Расчет времени до полного заряда аккумуляторной батареи зарядным устройством

Расчет времени до полного заряда аккумуляторной батареи зарядным устройством Особенности правильной зарядки автомобильной аккумуляторной батареи. Время заряда аккумуляторов. Выбор оптимального по мощности зарядного устройства для автомобильных аккумуляторных батарей. Правила обслуживания АКБ....

15 02 2024 18:19:47

Как отремонтировать датчики движения в домашних условиях: для освещения

Как отремонтировать датчики движения в домашних условиях: для освещения Как работают датчики движения: преимущества и недостатки различных приборов. Принцип работы инфpaкрасного датчика движений. Типичные виды неисправностей датчиков. Датчик присутствия: способы ремонта и регулировка настроек....

14 02 2024 3:58:52

Как экономить электроэнергию дома - советы профессионала

Как экономить электроэнергию дома - советы профессионала Способы экономии электроэнергии в быту очень разные, мы выбрали лучшие и рассказали о них вам: двухтарфиный счетчик, энергосберегающие лампы и другое...

13 02 2024 2:34:46

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....

12 02 2024 8:56:38

Электротехника: основы, понятия, положения и определения

Электротехника: основы, понятия, положения и определения Основные понятия электротехники. Круг вопросов, рассматриваемых в большинстве курсов по электротехнике. Определения электромагнетизма, переменного тока и электрических машин (электродвигатели и генераторы)....

11 02 2024 1:48:51

Электротехническая лаборатория: регистрация электролаборатории в Ростехнадзоре

Электротехническая лаборатория: регистрация электролаборатории в Ростехнадзоре Что называется электролабораторией? Типы электрических испытаний. Правила получения свидетельства о регистрации электротехнических лабораторий в Ростехнадзоре. Виды испытательных и измерительных мероприятий проводимых электролабораториями. Передвижная электролаборатория....

10 02 2024 0:59:52

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....

09 02 2024 5:50:22

Монтаж освещения - советы, основы и рекомендации

Монтаж освещения - советы, основы и рекомендации Монтаж освещения выполняется после составления проекта в соответствии с требованиями электротехнической безопасности и с учетом особенностей интерьера....

08 02 2024 6:28:36

Сварочные трaнcформаторы: принцип действия, конструкция

Сварочные трaнcформаторы: принцип действия, конструкция Принцип действия сварочного трaнcформатора, его виды и методика расчёта. Улучшение и усовершенствование сварочных аппаратов....

07 02 2024 16:58:20

Прикладные основы правил электрической безопасности

Прикладные основы правил электрической безопасности Опасности поражения электрическим током. Сопротивление тела и сила тока. Хаpaктеристика путей прохождения тока. Определение понятия заземления. Правила техники электробезопасности в промышленности и в быту....

06 02 2024 12:22:14

Принцип работы и таблица истинности D-триггеров: синхронных и двухступенчатых

Принцип работы и таблица истинности D-триггеров: синхронных и двухступенчатых Устройство и принцип работы д-триггера. Таблица истинности D триггера. Элементы с управлением по фронту. Схема реализации d-триггера. Использование триггеров регистрах сдвига и хранения. Реализация д триггера на ТТЛ элементах....

05 02 2024 4:14:47

Расчет освещения в бытовых и производственных помещениях

Расчет освещения в бытовых и производственных помещениях Расчёт количества и мощности светильников, а также ламп для освещения жилых и производственных помещений. Расчет прожекторного освещения....

04 02 2024 4:47:38

Импульсный источник питания (ИИП): принцип действия, устройство

Импульсный источник питания (ИИП): принцип действия, устройство Преимущества и недостатки импульсного источника питания. Как работает импульсный блок питания. Импульсный обратноходовой источник питания....

03 02 2024 5:53:51

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...

02 02 2024 15:27:45

Бактерицидная лампа: классификация, выбор, применение

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

01 02 2024 22:19:21

Дифференциальная защита электрооборудования

Дифференциальная защита электрооборудования Принцип действия дифференциальной защиты оборудования. Продольная и поперечная дифзащита генераторов. Защита шин от короткого замыкания....

31 01 2024 12:52:13

Как проложить электрический кабель в грунте: технология и глубина укладки

Как проложить электрический кабель в грунте: технология и глубина укладки Прокладка кабеля в земле: сферы применения метода. Какой кабель допускается использовать по ПУЭ. Основные правила укладки провода в грунт. Как проложить электрокабель под землей: алгоритм действий....

30 01 2024 16:28:35

Снимаем показания счетчика - инструкция

Снимаем показания счетчика - инструкция Чтобы передать показания счетчика электроэнергии поставщику электроэнергии их нужно записать, этим мы и займемся в нашей статье....

29 01 2024 12:55:46

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)....

28 01 2024 5:21:40

Как выбрать автоматический выключатель

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

27 01 2024 9:19:48

Как выполнить расчет трaнcформатора в полном объеме

Как выполнить расчет трaнcформатора в полном объеме Особенности и формулы расчёта однофазных, трехфазных и тороидальных трaнcформаторов. Типы сердечников магнитопровода....

26 01 2024 14:44:26

Расшифровка обозначений и технические хаpaктеристики кабеля ААШВ

Расшифровка обозначений и технические хаpaктеристики кабеля ААШВ Расшифровка и электрические параметры кабеля ААШВ. Маркировка жил на основе алюминия согласно ГОСТ. Кабель ААШВ: области применения, правила монтажа и эксплуатационный срок. Особенности конструкции провода....

25 01 2024 14:51:16

О распиновке наушников: необходимый инструмент для ремонта и обслуживания

О распиновке наушников: необходимый инструмент для ремонта и обслуживания Распиновка наушников (проводов и разъемов): необходимый инструмент и расходные материалы. Поиск неисправностей и прозвонка проводов. Ремонт динамика наушников....

24 01 2024 3:34:31

Монтаж электрооборудования: технология, требования, нюансы

Монтаж электрооборудования: технология, требования, нюансы Монтаж электрооборудования - ответственные операции. Их выполняют с соблюдением действующих правил и придерживаясь техники безопасности....

23 01 2024 16:20:58

Определение постоянного и переменного электрического тока

Определение постоянного и переменного электрического тока Понятие о постоянном и переменном токе. Сравнительные хаpaктеристики постоянного и переменного токов. Постоянный и переменный ток: различия при трaнcпортировке. Достоинства и недостатки переменных и постоянных электротоков....

22 01 2024 10:48:59

Электроэнергия: понятие, особенности

Электроэнергия: понятие, особенности Слово электроэнергия не часто встречается в повседневной жизни, но без нее уже не мыслим современный мир. Давайте разберемся что же это такое!...

21 01 2024 0:46:27

О ремонте люстры с пультом управления: как починить светильник с ДУ

О ремонте люстры с пультом управления: как починить светильник с ДУ Устройство прибора. Основные неисправности. Ремонт люстр с пультом управления: ремонтируем передатчик и приемник. Рекомендации по уходу и обслуживанию светильников с ДУ....

20 01 2024 1:41:43

Коэффициент спроса электрооборудования

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

19 01 2024 8:34:40

Электрические силовые гибкие кабеля: бронированные медные и алюминиевые

Электрические силовые гибкие кабеля: бронированные медные и алюминиевые Технические и эксплуатационные характеристики гибкого силового кабеля из меди и бронированных проводов из алюминия. Монтаж бронированного алюминиевого провода под землей. Способы применения гибких силовых кабелей....

18 01 2024 17:46:26

Формула расчета периода переменных и постоянных токов в электротехнике

Формула расчета периода переменных и постоянных токов в электротехнике Определение и взаимосвязь частоты и периодов тока. Взаимосвязь частотности и работы электрооборудования. Частотомер: назначение прибора. Высокая частота токов и ее применение в промышленности и медицинской технике....

17 01 2024 12:30:28

Все о генераторах: от первого электрического генератора до современных устройств

Все о генераторах: от первого электрического генератора до современных устройств Принцип работы электрогенератора. Классификация генераторов: стационарные и мобильные устройства. Что такое генератор. Сфера применения устройств. Виды бытовых генераторов переменного тока: газовые, бензиновые и дизельные....

16 01 2024 22:42:13

Гелевые аккумуляторы для автомобиля: плюсы и минусы гелевых АКБ

Гелевые аккумуляторы для автомобиля: плюсы и минусы гелевых АКБ Главный принцип работы гелевого аккумулятора. Конструкция и особенности гелевых аккумуляторных батарей. Специфика зарядки гелевой батареи. Автомобильная гелевая аккумуляторная батарея: достоинства и недостатки....

15 01 2024 10:34:22

Крепеж для электропроводки: дюбеля-хомуты, клипсы, скобы для крепления к стене и потолку

Крепеж для электропроводки: дюбеля-хомуты, клипсы, скобы для крепления к стене и потолку Что такое дюбель-хомут: применение, разновидности и особенности монтажа электропроводки. Как крепить кабеля без сверления: классификация крепежа. Способы крепления кабеля к стене или потолку с помощью металлического хомута....

14 01 2024 15:36:57

Виды плакатов по электробезопасности по ГОСТу

Виды плакатов по электробезопасности по ГОСТу Виды знаков и плакатов по электробезопасности по ГОСТ. Запрещающие, предупреждающие и указательные плакаты. Классификация плакатов и знаков по электрической безопасности....

13 01 2024 19:34:57

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