Электроника:Постоянный ток/Конденсаторы/Факторы, влияющие на ёмкость конденсатора

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Факторы, влияющие на ёмкость конденсатора[1]

Конструкция конденсатора зависит от трёх основных факторов, которые и определяют какова будет его ёмкость. Все эти факторы влияют на размер потока электрического поля (т.е. какой будет относительная разница в количестве электронов между пластинами) для данной величины силы электрического поля (т.е. для напряжения между двумя пластинами):

ФАКТОР ПЕРВЫЙ: ПЛОЩАДЬ ПЛАСТИНЫ. При прочих равных условиях, бóльшая площадь пластины даёт бóльшую ёмкость; меньшая площадь пластины даёт меньшую ёмкость.

Пояснение. Чем больше площадь пластины, тем больше магнитный поток (больше заряд, который можно собрать на пластинах) для данной силы поля (напряжения на пластинах).

Рис. 1. Условное обозначение двух конденсаторов с меньшей (слева) и большей (справа) ёмкостью, в зависимости от величины пластин.
Рис. 1. Условное обозначение двух конденсаторов с меньшей (слева) и большей (справа) ёмкостью, в зависимости от величины пластин.

ФАКТОР ВТОРОЙ: РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ПЛАСТИНАМИ. При прочих равных условиях, большее расстояние между пластинами даёт меньшую ёмкость; меньшее расстояние между пластинами даёт бóльшую ёмкость.

Пояснение. Более близкое расстояние приводит к большей силе поля (большее напряжение на конденсаторе, делённое на расстояние между пластинами), что приводит к большему потоку поля (больше заряд, накопленный на пластинах) для любого заданного напряжения, приложенного к пластинам.

Рис. 2. Условное обозначение двух конденсаторов с меньшей (слева) и большей (справа) ёмкостью, в зависимости от расстояния между пластинами.
Рис. 2. Условное обозначение двух конденсаторов с меньшей (слева) и большей (справа) ёмкостью, в зависимости от расстояния между пластинами.

ФАКТОР ТРЕТИЙ: ИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ. При прочих равных условиях, бóльшая диэлектрическая проницаемость изоляционного материала дает бóльшую ёмкость; меньшая диэлектрическая проницаемость изоляционного материала даёт меньшую ёмкость.

Пояснение. Хотя и сложно объяснить в двух словах почему так, но некоторые материалы дают меньшее сопротивление потоку поля для данной величины силы поля. Материалы с большей диэлектрической проницаемостью допускают больший поток поля (дают меньшее сопротивление) и, следовательно, больший накопленный заряд для любой заданной величины силы поля (приложенного напряжения).

Рис. 3. Условное обозначение двух конденсаторов с меньшей (слева) и большей (справа) ёмкостью, в зависимости от изоляционного материала между пластинами.
Рис. 3. Условное обозначение двух конденсаторов с меньшей (слева) и большей (справа) ёмкостью, в зависимости от изоляционного материала между пластинами.

«Относительная» диэлектрическая проницаемость (другое название – удельная ёмкость) означает диэлектрическую проницаемость материала относительно диэлектрической проницаемости чистого вакуума. Чем больше число, тем больше диэлектрическая проницаемость материала. Стекло, например, с относительной диэлектрической проницаемостью 7, имеет в семь раз большую диэлектрическую проницаемость, чем чистый вакуум, и, следовательно, позволит создать поток электрического поля, в семь раз более сильный, чем у вакуума, при прочих равных условиях. В следующей таблице показано, какова относительная диэлектрическая проницаемость (также известная как просто «диэлектрическая проницаемость») у различных распространённых материалов:

Материал Относительная диэлектрическая проницаемость (диэлектрическая проницаемость)
Вакуум 1,0000
Воздух 1.0006
PTFE, FEP («тефлон») 2.0
Полипропилен 2,20–2,28
АБС-пластик От 2,4 до 3,2
Полистирол От 2,45 до 4,0
Вощёная бумага 2,5
Трансформаторное масло 2,5 к 4
Жёсткая резина От 2,5 до 4,80
Дерево (Дуб) 3.3
Силикон От 3,4 до 4,3
Бакелит От 3,5 до 6,0
Кварцевое стекло 3.8
Дерево (Клён) 4.4
Стекло От 4,9 до 7,5
Касторовое масло 5.0
Дерево (Берёза) 5.2
Мусковит (калиевая слюда) От 5,0 до 8,7
Стекловолоконная слюда От 6,3 до 9,3
Стеатит (Талькохлорит) 6.5
Окись алюминия От 8,0 до 10,0
Дистиллированная вода 80,0
Барий-стронций-титанит 7500

Приблизительное значение ёмкости для любой пары пластин, разделённых диэлектриком, можно найти с помощью этой формулы:

Рис. 4. Аппроксимирующая формула для нахождения ёмкости.
Рис. 4. Аппроксимирующая формула для нахождения ёмкости.

Конденсатор можно сделать переменной (а не фиксированной по значению) ёмкости, изменяя любой из трёх факторов. Проще всего в конструкции конденсатора регулировать площадь пластин или, точнее, величину площади взаимного перекрытия пластин.

На следующей фотографии показан пример переменного конденсатора, использующего набор чередующихся металлических пластин и воздушный зазор в качестве диэлектрического материала:

Рис. 5. Конденсатор с переменной ёмкостью. Поворот пластин, имеющих криволинейную площадь поверхности, позволяет менять площадь взаимного перекрытия пластин. Сама площадь пластин как таковая не меняется, но площадь тех частей пластин, что расположены именно напротив друг друга можно регулировать.
Рис. 5. Конденсатор с переменной ёмкостью. Поворот пластин, имеющих криволинейную площадь поверхности, позволяет менять площадь взаимного перекрытия пластин. Сама площадь пластин как таковая не меняется, но площадь тех частей пластин, что расположены именно напротив друг друга можно регулировать.

При вращении вала степень перекрытия наборов пластин друг друга будет изменяться, что изменяет эффективную (используемую) площадь пластин, между которыми может быть установлено концентрированное электрическое поле. Этот конкретный конденсатор на фото имеет ёмкость в пикофарадном диапазоне и часто применяется в радиосхемах.

См.также

Внешние ссылки