В современной электронике и электротехнике широко применяются конденсаторы, которые выступают центральным звеном практически любой электросхемы или цепи. В этой статье мы расскажем про емкость конденсатора, приведем основные параметры и примеры расчета и способы замера электроемкости.
Что такое емкость конденсатора
Основные параметры любого устройства, оказывающие влияние на работу и применение, — емкость конденсатора и напряжение.
Электрическая емкость конденсатора — это способность накапливать энергию. Эту характеристику можно сравнить с объемом банки для хранения воды или другой жидкости.
Первые конденсаторы даже назывались аналогично — Лейденская банка. Практически это была простая стеклянная тара, обмотанная снаружи фольгой. Внутрь помещался электролит — токопроводящая жидкость. Стекло выступало в роли диэлектрического барьера, а фольга в сочетании с электролитом были обкладкой.
Емкость конденсатора измеряется в микрофарадах (мкф). На электросхемах она обозначается латинской буквой «С». В классическом исполнении электроемкость устройства составляет от пары пикофарад до тысяч микрофарад.
На корпусе конденсатора всегда указана его емкость. При отсутствии единиц измерения значение указано в пикофарадах. При обозначении емкости конденсатора в микрофарадах на корпусе стоит значение, например, 2uF. Внешне данное обозначение сходно с греческим обозначением приставки микро.
Интересно! Сечение кабеля по мощности
Специальный тип конденсаторов ионистор позволяет накапливать внутри себя энергию в количестве до нескольких фарад. Это позволяет дольше сохранять энергию, но и заряжать его придется довольно долго.
Второй, не менее важной характеристикой является номинальное напряжение. Этот параметр показывает, сколько может работать конденсатор без изменения своей емкости. Безусловно при включении в 12-вольтную цепь электроконденсатора на 6 вольт не стоит ждать его долгой работы. Поэтому на корпусе всегда есть данные емкости контура конденсатора и его напряжение.
Причем на электролитическом устройстве есть оба параметра, а на керамическом только емкость. Иногда на конденсаторе стоит трехзначная маркировка, в которой последняя цифра говорит о количестве нулей в истинном значении электроемкости. Например, 104 — это 10 0000 пФ, или 100 нФ, или 0,1 мФ.
Характеристика емкости конденсатора
Международная система единиц измерения предлагает оценивать электроемкость конденсаторов в Фарадах — Ф или F. Для стандартной бытовой электросхемы Фарад — это очень много. Поэтому измеряют в уменьшенных единицах. Приведем основные соотношения:
- микрофарад — 10−6 Фарад (мкФ, µF, uF, mF);
- нанофарад — 10−9 Фарад (нФ, nF);
- пикофарад — 10−12 Фарад (пФ, pF, mmF, uuF).
Иногда встречается нестандартная маркировочная единица миллифарад (мФ), которая составляет 10−3 Фарад.
Устройства советского производства имели сравнительно большую площадь, что позволяло наносить на нее максимум информации. Маркировка включала емкость конденсатора с единицами измерения, номинальное напряжение (Вольт), а также индуктивность. На современных керамических деталях импортного или российского производства расшифровать данные одинаково проблематично. Тем не менее каждый мастер должен извлечь из маркировки следующие важные параметры:
- емкость;
- рабочее напряжение — указывается не всегда, поэтому стоит искать информацию в источниках по производителю;
- допустимое отклонение емкости конденсатора, которое показывает, как она может изменится.
Интересно! Двухполюсный автоматический выключатель — преимущества и недостатки
Единица измерения емкости конденсатора
В международную систему единиц измерения Фарад включен в 1960 году. До сих пор гауссовая система применяет статфарад, который примерно равен 1,1 пикофарад. 1 статФ показывает емкость заряженного конденсатора с радиусом сферы 1 сантиметр при помещении его в полный вакуум. Перевод этой единицы к привычному международному виду осуществляется при помощи специального калькулятора. Существуют и другие внесистемные единицы измерения, которые также переводятся в удобные Фарады с использованием расчетных устройств.
Без применения специального калькулятора придется использовать формулу электроемкости детали:
Емкость конденсатора = Заряд в кулонах / Потенциальную разность пластин в вольтах,
то есть Емкость = Кулоны / Вольты.
Существует еще одно справедливое тождество:
Фарад = (секунда4 × ампер2) / (килограмм × квадратный метр).
Поскольку, как мы уже говорили, бытовые приборы не нуждаются в огромной емкости катушки конденсатора, то и электротехника оперирует малыми значениями Фарада:
- пикофарад;
- нанофарад;
- микрофарад.
На корпусе устройства наносится именно uf, которое предполагает использование значений в микрофарадах. Только ионисторные конденсаторы имеют бинарный электрический слой. Поэтому в них электроемкость детали измеряется в значениях килофарад или 1000Ф. Стандартные элементы не могут превышать сотню Ф.
Формула для расчета емкости конденсатора
Электроемкость конденсатора является величиной постоянной и характеризует способность детали хранить и накапливать максимально возможное количество энергии.
В отдельно взятый момент времени количество хранимого заряда определяется по формуле:
Q = CV, где V — это приложенное напряжение.
Регулирование напряжения на пластинах позволяет увеличивать/уменьшать потенциальный заряд. В этом случае формула емкости детали выглядит следующим образом:
С = Q/V.
Математическое выражение Фарада в данном случае будет выглядеть, как Кулон, деленный на Вольт.
Интересно! Реле контроля напряжения — разновидности устройств, схема подключения
Мастера электроники считают 1 Фарад непрактичной единицей измерения, поскольку это очень большое количество энергии в момент времени. Даже миллифарад (1/1000) представляет собой буквально огромную емкость. В реальных электросхемах достаточно пико-, нано- или микрофарад.
Диэлектрическая проницаемость — это фактор, который дает возможность изолятору посчитать емкость детали. В плоском конденсаторе с несколькими параллельными пластинами емкость устройства определяется формулой:
С = ε (A / d), где
- ε — абсолютная проницаемость диэлектрика,
- А — площадь самой маленькой пластины;
- d — расстояние между пластинами.
Все проводящие пластины в конденсаторе разделяются слоями изоляционных материалов. Поэтому электротехники рассчитали по умолчанию диэлектрическую проницаемость основных материалов:
- вакуум — 8,84×10−12 Фарад на метр;
- воздух — 1,0006;
- бумага — от 2,5 до 3,5;
- стекло — от 3 до 10;
- слюда — от 5 до 7.
Какая емкость конденсатора будет практически зависит от диэлектрической проницаемости изоляционных материалов пластин. Поэтому в формулу вводится дополнительный коэффициент. Он обозначает степень уменьшения электрического поля между зарядами в диэлектрике относительно вакуума.
Как измерить емкость конденсатора мультиметром
Мультиметр — это прибор для проведения электрических измерений различной функциональной направленности. Он позволяет замерять силу тока и напряжение, показывает производных этих основных величин, такие как емкость и сопротивление цепи. Благодаря использованию этого устройства удается проверять работоспособность многочисленных электронных компонентов.
Конденсатор — это основная деталь большинства микросхем. Его неисправность выступает основной причиной неработоспособности последней. При поломке какой-либо техники в первую очередь опытный мастер проверит именно эту деталь.
Интересно! Цвета проводов в электрике
Мультиметр измеряет емкость любого конденсатора: плоского, колебательного и других видов. Он работает вне зависимости от использованного вида диэлектрика: вакуум, газ, неорганическое вещество, органический диэлектрик, твердотельный или электролит.
Мультиметр подключается на плюс и минус конденсатора и показывает все его основные параметры. В зависимости от того, какие числа выводит прибор на экран, мастер-электронщик определяет поломку. Основные виды неисправностей:
- превышение допустимого рабочего напряжения говорит об электрическом пробое;
- отсутствие показаний говорит об обрыве, которое вызвано встряской, вибрацией или механическим повреждением устройства вследствие некачественной конструкции или заводского брака, а также нарушения правил эксплуатации;
- сокращение емкости на фоне измененного диэлектрического сопротивления между обкладками говорит о повышенной утечке — проблема приводит к неспособности конденсатора хранить заряд энергии.
В любом случае деталь становится непригодной для ее дальнейшей эксплуатации и подлежит замене. Мультиметр можно использовать не только в целях выявления поломки электроцепи или схемы, но и при установке нового конденсатора. Когда, например, не удалось точно определить основные рабочие характеристики новой детали.
Конденсатор — это важная деталь любой электрической схемы или цепи, которая определяет ее основные рабочие параметры. Емкость показывает способность накапливать и хранить максимально возможный заряд энергии. Чем больше это значение, тем дольше не нужно заряжать электроприбор, но и время зарядки увеличивается. Измеряется параметр в Фарадах, которые для удобства пользователей и мастеров приводятся в бытовой технике в уменьшенных значениях — микро-, нано или пикофарад. Электроемкость напрямую зависит от рабочего напряжения конденсатора.
