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   


Об инструктаже по электробезопасности на 1 группу: инструкции и правила

Об инструктаже по электробезопасности на 1 группу: инструкции и правила Кому присваивается 1 группа ЭБ. Таблица видов проводимых инструктажей. Программа инструктажа по электробезопасности на 1 группу. Требования по электробезопасности в процессе работы. Классификация травм....

01 07 2022 0:29:57

Кронштейн для спутниковой антенны на стену дома или для дачи

Кронштейн для спутниковой антенны на стену дома или для дачи Внешний кронштейн для антенны на дачу или для стены дома. Крепеж для тв антенны на крышу...

30 06 2022 7:53:27

Amperof.ru - ваш личный электрик и помощник в мире электротехники и электромонтажа!

Amperof.ru - ваш личный электрик и помощник в мире электротехники и электромонтажа! ваш личный электрик и помощник в мире электротехники и электромонтажа!...

29 06 2022 8:51:50

Правила буравчика и правого винта: закон правой руки для соленоида

Правила буравчика и правого винта: закон правой руки для соленоида Принцип буравчика (правило правого винта) с точки зрения физики. Формулировка закона правой руки для соленоида с током. Закон левой руки как основа законов Ампера. Расчет индуктивности катушек и формирование противотоков....

28 06 2022 18:34:58

Как паять алюминий в домашних условиях: флюс и припой для пайки

Как паять алюминий в домашних условиях: флюс и припой для пайки Сложности пайки и лужения алюминия в домашних условиях из-за хаpaктерного металлического налета. Виды высокотемпературного припоя и флюсовая компонента для спаивания алюминиевой проводки. Пайка алюминиевых соединений газовой горелкой....

27 06 2022 10:37:42

Ремонт электрооборудования залог его длительной эксплуатации

Ремонт электрооборудования залог его длительной эксплуатации Ремонт электрического оборудования важная функция. Правильная организация поможет обеспечить работоспособность и продлить срок службы....

26 06 2022 5:47:46

Формула и определение электрического напряжения в цепи в физике

Формула и определение электрического напряжения в цепи в физике Что такое электрическое напряжение: формула для вычисления. Основные факторы, влияющие на норматив напряжения электрических токов. Меры предосторожности при измерении напряжений электротоков....

25 06 2022 5:26:39

Бездоговорное потрeбление элетроэнергии

Бездоговорное потрeбление элетроэнергии Использование безучетной электроэнергии это незаконно, за такое использование энергии существует ответственность и последствия для потребителя....

24 06 2022 2:36:12

Расчет коэффициента трaнcформации для трaнcформаторов: формула

Расчет коэффициента трaнcформации для трaнcформаторов: формула Свойства различных трaнcформаторов. Варианты расчета коэффициента трaнcформации для трaнcформатора тока, напряжения, сопротивления. Формула для определения коэффициента трaнcформации отношением количества витков обмоток....

23 06 2022 22:34:22

Есть ли в поездах розетки, какой они мощности и где расположены в плацкартных вагонах

Есть ли в поездах розетки, какой они мощности и где расположены в плацкартных вагонах Есть ли в поезде розетки: можно ли в вагоне подключить зарядное устройство? Предпочтительные места в купе вагоне и плацкарте. Недостатки расположения розеток. Электрификация салонов скоростных поездов....

22 06 2022 1:47:50

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....

21 06 2022 4:54:20

О дециметровой антенне: конструкция антенны дециметрового диапазона для телевизора

О дециметровой антенне: конструкция антенны дециметрового диапазона для телевизора Современное цифровое телевещание и преимущества диапазона ДМВ. Самодельные дециметровые антенны. Параметры самодельных дециметровых антенн. Особенности самостоятельного изготовления и последующего подключения к телевизору.....

20 06 2022 6:16:17

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

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....

19 06 2022 21:47:15

О маркировке конденсаторов в т.ч. керамических и импортных: расшифровки обозначений

О маркировке конденсаторов в т.ч. керамических и импортных: расшифровки обозначений Особенности и виды и типы маркировок конденсаторов. Различия в маркировке конденсаторов по типу: из бумаги или металлобумаги, электролитических, полимерных, пленочных и керамических....

18 06 2022 9:39:45

Электропроводка в гараже своими руками - типовая схема

Электропроводка в гараже своими руками - типовая схема Мы представляем вам схему проводки и расскажем как выбрать питающий кабель, и произвести монтаж электропроводки и аппаратов защиты в гараже....

17 06 2022 2:18:16

Расчеты мощности энергопотрeбления: что такое квт часы и как их перевести

Расчеты мощности энергопотрeбления: что такое квт часы и как их перевести От джоуля к киловатту: понятие и перевод единиц. Изменение размерности единиц мощности. Примеры обсчёта энергопотрeбления. Сколько киловатт в час расходуют мощные электроприборы. Расчет стоимости кВт часа для лампы накаливания....

16 06 2022 9:31:24

Инструмент для монтажа и ремонта электрики - собираем сумку электрика

Инструмент для монтажа и ремонта электрики - собираем сумку электрика Любая работа требует высококачественного инструмента. Мы расскажем вам о лучших инструментах для электрика, которые помогут вам в самой сложной ситуации!...

15 06 2022 20:50:22

Удельное сопротивление меди, стали, аллюминия, железа и других металлов

Удельное сопротивление меди, стали, аллюминия, железа и других металлов Определение и формулы для расчета удельных сопротивлений материалов. Проводимость и электросопротивление проводов. Выбор сечения кабеля: по допустимому нагреву, по допустимым потерям напряжения. Удельное сопротивление меди....

14 06 2022 20:25:22

Светодиодные светильники для офиса потолочные: типы, приемущества

Светодиодные светильники для офиса потолочные: типы, приемущества Светодиодные светильники потолочного типа встраиваемые, накладные и подвесные нашли применение для освещения площадей офисных помещений....

13 06 2022 0:55:18

Светильник с датчиком движения - преимущества и классификация

Светильник с датчиком движения - преимущества и классификация Светильники с датчиками движения – вид современного освещения, позволяющий значительно экономить расход электроэнергии и придать уникальность любому объекту...

12 06 2022 16:13:18

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....

11 06 2022 17:35:32

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....

10 06 2022 21:58:40

Диагностика электрооборудования - новейшие средства

Диагностика электрооборудования - новейшие средства Описание основных понятий экспертизы электрооборудования, ее целей, этапов и новейших средств, применяемых в этой области...

09 06 2022 0:45:12

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....

08 06 2022 21:53:12

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....

07 06 2022 8:21:11

Измерение удельного сопротивления проводника: от чего зависит и единицы измерения

Измерение удельного сопротивления проводника: от чего зависит и единицы измерения Определение удельного и электрического сопротивлений. Об удельной проводимости и удельном сопротивлении. Удельное сопротивление в физике и электротехнике. Классификация материалов. Определение удельной проводимости: формула через площадь поперечного сечения....

06 06 2022 14:42:10

Схема работы импульсного стабилизатора: стабилизация повышенного вольтажа

Схема работы импульсного стабилизатора: стабилизация повышенного вольтажа Основы импульсного преобразования. Обязательные модулы, которые должен содержать в себе классический импульсный стабилизатор напряжения. Преимущества ОС-регулирования. Схемы управляющих устройств. Понижающие стабилизаторы....

05 06 2022 9:59:12

Проверка емкости и заряда батареек прибором-тестером — мультиметром

Проверка емкости и заряда батареек прибором-тестером — мультиметром Аккумуляторная и обычная батарейка: технические хаpaктеристики и основные различия. Проверка заряда элемента питания с помощью мультиметра без нагрузки. Как проверить заряд батарейки мультиметром под нагрузкой....

04 06 2022 0:17:45

Сколько телевизоров можно подключить к одной антенне или на один кабель

Сколько телевизоров можно подключить к одной антенне или на один кабель Как подключить два телевизора к одной антенне: виды подключения к активной или пассивной антенне. Сколько телевизоров можно подключить к одной антенне. Можно ли к активной антенне подключить усилитель....

03 06 2022 20:34:28

Инверторные стабилизаторы напряжения: преимущества и недостатки

Инверторные стабилизаторы напряжения: преимущества и недостатки Основные хаpaктеристики и принцип работы инверторного стабилизатора напряжения. Преимущества и недостатки инверторных стабилизаторов напряжения. Особенности выбора устройств. Стабилизатор напряжения с двойным преобразованием....

02 06 2022 20:53:17

Электромагнитная индукция: формулировка закона Фарадея, физическая формула

Электромагнитная индукция: формулировка закона Фарадея, физическая формула Формулирование закона электромагнитной индукции (закон Фарадея). Опыты с электромагнитыми катушками. ЭДС индукции в проводнике: расчет индуктивного напряжения. Законы электролиза. Электромагнитная индукция: история и современное применение....

01 06 2022 3:27:15

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....

31 05 2022 8:46:52

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....

30 05 2022 20:27:24

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....

29 05 2022 10:14:34

Как плавно включать лампы накаливания 220: диммеры плавного включения

Как плавно включать лампы накаливания 220: диммеры плавного включения Подключение с использованием блока защиты. Как изготовить блок защиты самостоятельно: принцип работы устройства. Использование диммирования. Микросхемы для фазового регулирования....

28 05 2022 22:56:42

Подключение светодиодной ленты: общие сведения, монтаж

Подключение светодиодной ленты: общие сведения, монтаж Однокристальные и трехкристальные led-ленты. Грамотное подключение светодиодных лент к батарейке, колонкам или блоку. Как правильно монтировать изделие....

27 05 2022 0:24:38

Разновидности и особенности монтажа датчиков движения IEK: модельный ряд и размеры

Разновидности и особенности монтажа датчиков движения IEK: модельный ряд и размеры Назначение и принцип действия инфpaкрасного датчика движения IEK. Технические хаpaктеристики инфpaкрасных датчиков IEK (модельный ряд ДД-012, ДД-018В, ДД-017, ДД-019). Габаритные размеры датчиков. Монтаж и настройка приборов....

26 05 2022 7:12:59

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....

25 05 2022 14:59:50

Изготовление mimo антенн 4g lte своими руками в домашних условиях

Изготовление mimo антенн 4g lte своими руками в домашних условиях Технологии приема и отправки информации в линиях беспроводной связи. Mimo антенна 4g lte своими руками или как изготовить антенну Харченко в домашних условиях. Сборка самодельной антенны для приема 4G....

24 05 2022 12:46:43

Аккумуляторная батарея своими руками: все о самодельном аккумуляторе

Аккумуляторная батарея своими руками: все о самодельном аккумуляторе Как сделать аккумулятор: кислота и свинец. Соль, уголь и графит: изготовление аккумуляторной батареи в домашних условиях. Лимоны и апельсины в качестве ёмкости для электричества. АКБ своими руками из подручных средств....

23 05 2022 23:54:44

Обжимные клещи КВТ ПК 16У: пневматические и электрические модели

Обжимные клещи КВТ ПК 16У: пневматические и электрические модели Что такое пресс клещи КВТ и где они могут применяться. Особенности и технические хаpaктеристики различных видов обжимных клещей КВТ: пневматические, ручные и электрические. Как правильно пользоваться пресс клещами....

22 05 2022 16:11:12

Конденсаторы в цепи постоянного тока: история, определение, функции и обозначение

Конденсаторы в цепи постоянного тока: история, определение, функции и обозначение Что такое конденсатор и для чего он нужен. Технические хаpaктеристики емкостных накопителей энергии. Зачем нужны электролитические конденсаторы в сети переменного тока. Зачем нужны конденсаторы в схемах и от чего зависит емкость конденсатора....

21 05 2022 16:32:59

Сварочные трaнcформаторы: принцип действия, конструкция

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

20 05 2022 5:48:17

Лампа люминисцентная - выбор и преимущества

Лампа люминисцентная - выбор и преимущества Лампа люминисцентная, область применения, какие их главные особенности, и в чём отличие между люминесцентными лампами и лампами накаливания....

19 05 2022 1:41:47

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....

18 05 2022 21:38:54

Схемы светодиодных ламп на 220 вольт: советы по ремонту

Схемы светодиодных ламп на 220 вольт: советы по ремонту Принцип действия светодиодных ламп 220 в. Типы светодиодов использующихся в диодных лампах. Устройство LED-диодов: преимущества и недостатки. Драйвера и источники питания. Самостоятельный ремонт светодиодной лампы....

17 05 2022 4:43:35

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

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....

16 05 2022 6:12:43

Что делать в случае поломки счетчика электроэнергии: кто должен менять и почему

Что делать в случае поломки счетчика электроэнергии: кто должен менять и почему Возможные неисправности счетчика электроэнергии. Кто должен менять электросчетчик и заниматься обслуживанием узла. Сломался счетчик электроэнергии: что делать. Сколько стоит проведение диагностики электрического счетчика в управляющей компании....

15 05 2022 11:46:28

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....

14 05 2022 15:52:15

Освещение в коридоре: в домах, подъездах и на лестничных клетках

Освещение в коридоре: в домах, подъездах и на лестничных клетках Возможные варианты выполнения освещения коридоров. Критерии выбора и пpaктические советы. Виды применяемых ламп и их преимущества....

13 05 2022 8:36:31

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