ความจุในวิศวกรรมไฟฟ้าคืออะไร

ความจุไฟฟ้าแสดงคุณสมบัติของตัวนำไฟฟ้าในการชาร์จภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าและยังสะสมพลังงานไฟฟ้าในสนามของวัตถุเหล่านี้ด้วย

การเปรียบเทียบความจุไฟฟ้าในด้านอุทกสถิตสามารถเป็นความจุเฉพาะของเรือต่อหน่วยความสูงซึ่งเป็นตัวเลขเท่ากับพื้นที่ของส่วนแนวนอนของเรือ

ลองนึกภาพถังเก็บน้ำสูง ปริมาณของเหลว (ปริมาณไฟฟ้าในร่างกาย) ที่สามารถเก็บไว้ในถังจะขึ้นอยู่กับความสูงของการบรรจุ (ศักยภาพของร่างกาย) เช่นเดียวกับปริมาตรของของเหลวต่อหน่วยความสูงของถัง (ความจุของร่างกาย) ในทางกลับกันปริมาตรของของเหลวนี้ขึ้นอยู่กับพื้นที่ของส่วนแนวนอนของถัง - เส้นผ่านศูนย์กลาง

ยิ่งเส้นผ่านศูนย์กลางนี้ใหญ่ขึ้น และดังนั้นปริมาตรต่อหน่วยความสูง ความจุเฉพาะต่อความสูงของถังก็จะยิ่งมากขึ้น (ความจุไฟฟ้าระหว่างแผ่นทั้งสองเป็นสัดส่วนกับพื้นที่ของแผ่น ดู — อะไรเป็นตัวกำหนดความจุของตัวเก็บประจุ?).ดังนั้นจึงขึ้นอยู่กับค่าของปริมาตรของของเหลวต่อหน่วยความสูงและงานที่ต้องใช้ในการเติมถัง

สมมติว่ามีลูกบอลทองแดงสองลูกที่มีขนาดเท่ากัน (สีแดงและสีน้ำเงิน) ซึ่งอยู่ห่างจากกันในอวกาศ ใช้แบตเตอรี่ 9 โวลต์และเชื่อมต่อกับขั้วตรงข้ามกับลูกบอลทั้งสองนี้เพื่อให้ «+» เชื่อมต่อกับลูกบอลลูกหนึ่ง (เป็นสีน้ำเงิน) และ «-» กับอีกลูกหนึ่ง (เป็นสีแดง) ความต่างศักย์ไฟฟ้าเท่ากับแรงดันแบตเตอรี่ V = 9 โวลต์จะปรากฏขึ้นระหว่างลูกบอล

สถานะทางไฟฟ้าของลูกบอลทองแดงทั้งสองนี้เปลี่ยนไปในทันทีจากก่อนที่จะเชื่อมต่อแบตเตอรี่ เพราะตอนนี้มีประจุไฟฟ้าตรงข้ามกันบนลูกบอลซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กัน และสัมผัสได้ถึงแรงดึงดูดที่มีต่อกัน

เราสามารถพูดได้ว่าแบตเตอรี่ได้ถ่ายโอนประจุบวก + q จากลูกบอลด้านซ้ายไปทางขวา ดังนั้นความต่างศักย์ระหว่างลูกบอลจึงกลายเป็น V = 9 โวลต์ ตอนนี้ลูกบอลด้านซ้ายมีประจุเป็นลบ -q

หากเราเพิ่มแบตเตอรี่ชนิดเดียวกันอีกก้อนลงในวงจรแบบอนุกรม ความต่างศักย์ระหว่างลูกบอลจะใหญ่ขึ้นเป็นสองเท่า แรงดันไฟฟ้าระหว่างลูกบอลจะไม่เป็น 9 โวลต์อีกต่อไป แต่เป็น 18 โวลต์ และประจุจะเคลื่อนจาก บอลต่อบอลจะเพิ่มเป็นสองเท่า (มันจะกลายเป็น 2q) เช่นเดียวกับแรงดันไฟฟ้า แต่ขนาดของประจุ q ที่เคลื่อนที่แต่ละครั้งที่แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น 9 โวลต์เป็นเท่าใด

เห็นได้ชัดว่าขนาดของประจุนี้เป็นสัดส่วนกับความต่างศักย์ที่สร้างขึ้นระหว่างลูกบอล แต่ค่าใช้จ่ายและความต่างศักย์ในอัตราส่วนตัวเลขที่แน่นอนคืออะไร? ที่นี่เราจะต้องแนะนำคุณสมบัติของตัวนำเช่นความจุไฟฟ้า C

ความจุคือการวัดความสามารถของตัวนำในการเก็บประจุไฟฟ้า สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าเมื่อชาร์จสายแรก ความแรงของสนามไฟฟ้ารอบๆ จะเพิ่มขึ้น ดังนั้น ผลกระทบของสายที่มีประจุแรกต่อสายที่มีประจุที่สองจะเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากพวกมันเริ่มเข้าใกล้กันมากขึ้น

แรงโต้ตอบระหว่างสายที่มีประจุจะมากขึ้นหากระยะห่างระหว่างสายทั้งสองสั้นลง นอกจากนี้ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของสื่อระหว่างสายความแข็งแรงของการโต้ตอบอาจแตกต่างกัน

ดังนั้นหากมีสุญญากาศระหว่างเส้นลวด แรงดึงดูดระหว่างประจุจะเป็นหนึ่ง แต่ถ้าวางไนลอนระหว่างเส้นแทนที่จะเป็นสุญญากาศ แรงของปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตจะเพิ่มขึ้นเป็นสามเท่า เนื่องจากไนลอนจะผ่าน สนามไฟฟ้าผ่านตัวมันเองได้ดีกว่าอากาศถึง 3 เท่า และเนื่องจากสนามไฟฟ้าจริง ๆ สายไฟที่มีประจุจึงมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน

หากสายไฟที่มีประจุเริ่มกระจายออกจากกันในทิศทางที่ต่างกัน พวกมันจะมีปฏิสัมพันธ์น้อยลง ความต่างศักย์จะมากขึ้นสำหรับประจุเดียวกัน นั่นคือ ความจุของระบบดังกล่าวจะลดลงเมื่อมีการแยกสายไฟ งานขึ้นอยู่กับแนวคิดของความจุไฟฟ้า ตัวเก็บประจุ.

ตัวเก็บประจุ

คุณสมบัติของตัวนำที่มีประจุไฟฟ้าสถิตโต้ตอบกันผ่านสนามไฟฟ้าของกันและกันซึ่งคั่นด้วยไดอิเล็กตริกใช้ในตัวเก็บประจุ

โครงสร้างตัวเก็บประจุมีสองแผ่นเรียกว่าแผ่น แผ่นถูกคั่นด้วยอิเล็กทริกเพื่อให้ได้ความจุมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ จำเป็นต้องมีแผ่นพื้นผิวขนาดใหญ่และมีระยะห่างระหว่างกันน้อยที่สุด

ตัวเก็บประจุในวิศวกรรมไฟฟ้าทำหน้าที่เป็นตัวสะสมพลังงานไฟฟ้าในสนามไฟฟ้าที่มีความเข้มข้นในปริมาตรของไดอิเล็กตริกที่อยู่ระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุซึ่งเกิดจากการสะสมหรือลบประจุ (ในรูปของกระแสไฟฟ้า)

แผ่นสองแผ่นวางห่างกันเล็กน้อยภายในตัวเรือนที่ปิดสนิท เซรามิก โพรพิลีน อิเล็กโทรไลต์ แทนทาลัม ฯลฯ — ตัวเก็บประจุแตกต่างกันในประเภทของอิเล็กทริกระหว่างแผ่น

ตัวเก็บประจุมีแรงดันสูงและแรงดันต่ำขึ้นอยู่กับความเป็นฉนวน

ขึ้นอยู่กับพื้นที่ของแผ่นเปลือกโลกและค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของไดอิเล็กตริกที่ใช้ มีตัวเก็บประจุที่มีความจุขนาดใหญ่ถึงหลายร้อยฟารัด (ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์) และความจุขนาดเล็ก - หน่วยพิโคฟารัด

การใช้ความจุไฟฟ้าในงานวิศวกรรมไฟฟ้า

คุณสมบัติของระบบคาปาซิทีฟถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในวิศวกรรมไฟฟ้าในเทคโนโลยีกระแสสลับ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านความถี่สูงและสูงพิเศษ

ในเทคโนโลยี DC ตัวเก็บประจุจะใช้ในอุปกรณ์สร้างแม่เหล็กแบบแม่เหล็กถาวร สำหรับการเชื่อมด้วยไฟฟ้าแบบพัลซิ่ง การทดสอบการสลายไดอิเล็กตริกแบบพัลซิ่ง การปรับเส้นโค้งของกระแสให้เรียบในวงจรเรียงกระแส เป็นต้น

ความจุของระบบใด ๆ ของตัวนำที่แยกได้ ซึ่งไม่สามารถลดลงจนเหลือศูนย์ได้อย่างสมบูรณ์ ในบางกรณีอาจมีผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ต่อลักษณะของอุปกรณ์ไฟฟ้า (ในรูปแบบของสัญญาณรบกวน การรั่วไหลของประจุไฟฟ้า ฯลฯ)

คุณสามารถกำจัดอิทธิพลดังกล่าวหรือโดยการชดเชยผลกระทบอย่างเหมาะสม (โดยปกติ โดยใช้ตัวเหนี่ยวนำ) หรือโดยการสร้างเงื่อนไขดังกล่าวซึ่งศักยภาพของเนื้อความบางอย่างของระบบที่เกี่ยวกับวัตถุรอบข้างมีค่าต่ำสุด (เช่น การต่อลงดินของเนื้อความใดเนื้อหนึ่ง)