Qu'est-ce que la capacité en génie électrique

La capacité électrique caractérise la propriété des corps conducteurs à se charger sous l'influence d'un champ électrique, ainsi qu'à accumuler de l'énergie électrique dans le champ de ces corps.

Une analogie de la capacité électrique dans le domaine de l'hydrostatique peut être la capacité spécifique d'un navire par unité de hauteur, qui est numériquement égale à la surface de la section horizontale du navire.

Imaginez une grande citerne. La quantité de liquide (la quantité d'électricité sur le corps) pouvant être stockée dans le réservoir dépend de la hauteur de son remplissage (potentiel du corps) ainsi que du volume de liquide par unité de hauteur du réservoir (capacité du corps). Ce volume de liquide, à son tour, dépend de la surface de la partie horizontale du réservoir - de son diamètre.

Plus ce diamètre est grand, et donc le volume par unité de hauteur, plus la capacité spécifique par hauteur du réservoir est grande (la capacité électrique entre les deux plaques est proportionnelle à la surface des plaques, voir — Qu'est-ce qui détermine la capacité d'un condensateur ?).En conséquence, cela dépend de la valeur du volume de liquide par unité de hauteur et du travail qui doit être consacré au remplissage du réservoir.

Supposons qu'il y ait deux boules de cuivre de même taille (rouge et bleue) situées à une certaine distance l'une de l'autre dans l'espace. Prenez une pile de 9 volts et connectez-la avec des pôles opposés à ces deux boules de manière à ce que «+» soit relié à une boule (au bleu) et «-» à l'autre (au rouge). Une différence de potentiel électrique égale à la tension de la batterie V = 9 volts apparaîtra entre les boules.

Les états électriques de ces deux boules de cuivre sont immédiatement devenus différents qu'avant la connexion de la batterie, car il y a maintenant des charges électriques opposées sur les boules qui interagissent, subissant la force d'attraction l'une vers l'autre.

On peut dire que la batterie a transféré une charge positive + q de la boule de gauche vers la droite et donc la différence de potentiel entre les boules est devenue V = 9 volts. Maintenant, la balle de gauche est chargée négativement -q.

Si nous ajoutons une autre batterie du même type au circuit en série, alors la différence de potentiel entre les boules deviendra deux fois plus grande, la tension entre elles ne sera plus de 9 volts, mais de 18 volts, et la charge se déplacera du balle à la balle sera également doublée (elle deviendra 2q) ainsi que la tension. Mais quelle est l'amplitude de cette charge q qui se déplace à chaque fois que la tension augmente de 9 volts ?

Évidemment, l'amplitude de cette charge est proportionnelle à la différence de potentiel créée entre les boules. Mais dans quel rapport numérique exact se trouvent la charge et la différence de potentiel ? Ici, nous devrons introduire une caractéristique du conducteur telle que la capacité électrique C.

La capacitance est une mesure de la capacité d'un conducteur à stocker une charge électrique. Il est également important de comprendre que lorsque le premier fil est chargé, la force du champ électrique qui l'entoure augmente. En conséquence, l'effet du premier fil chargé sur le deuxième fil chargé augmentera, surtout s'ils commencent à se rapprocher l'un de l'autre.

La force d'interaction entre les fils chargés devient plus grande si la distance entre eux devient plus petite. De plus, selon les paramètres du milieu entre les fils, la force de leur interaction peut également être différente.

Donc, s'il y a un vide entre les fils, alors la force d'attraction entre leurs charges sera de un, mais si du nylon est placé entre les fils au lieu d'un vide, alors la force de l'interaction électrostatique triplera, car le nylon passe un champ électrique à travers lui-même 3 fois mieux que l'air et en fait grâce au champ électrique, les fils chargés interagissent les uns avec les autres.

Si les fils chargés commencent à se propager les uns des autres dans des directions différentes, ils interagiront moins, la différence de potentiel sera plus grande pour les mêmes charges, c'est-à-dire que la capacité d'un tel système diminuera avec la séparation des fils. Le travail est basé sur l'idée de capacité électrique condensateurs.

Condensateurs

La propriété des conducteurs chargés d'interagir électrostatiquement les uns avec les autres à travers les champs électriques les uns des autres séparés par un diélectrique est utilisée dans les condensateurs.

Structurellement, les condensateurs sont deux plaques appelées plaques. Les plaques sont séparées par un diélectrique.Afin d'obtenir la plus grande capacité possible, il est nécessaire que les plaques aient une grande surface et que la distance entre elles soit minimale.

Les condensateurs en génie électrique servent d'accumulateurs d'énergie électrique dans un champ électrique concentré dans le volume de diélectrique placé entre les plaques du condensateur, grâce auquel la charge est accumulée ou supprimée (sous la forme d'un courant électrique).

Deux plaques sont placées à une courte distance l'une de l'autre à l'intérieur d'un boîtier étanche. Céramique, polypropylène, électrolytique, tantale, etc. — les condensateurs diffèrent par le type de diélectrique entre les plaques.

Les condensateurs sont à haute tension et à basse tension, en fonction de la rigidité diélectrique.

En fonction de la surface des plaques et de la constante diélectrique du diélectrique utilisé, il existe des condensateurs de grande capacité, atteignant des centaines de farads (supercondensateurs), et de petite capacité — unités de picofarads.

L'utilisation de la capacité électrique en génie électrique

La propriété des systèmes capacitifs est largement utilisée en génie électrique dans les technologies à courant alternatif, notamment dans le domaine des hautes et ultra hautes fréquences.

Dans la technologie DC, la capacité est utilisée dans les dispositifs de magnétisation à aimants permanents, pour le soudage électrique pulsé, les tests de claquage diélectrique pulsé, le lissage de courbe de courant dans les redresseurs, etc.

La capacité de tout système de corps conducteurs isolés, qui ne peut pas être complètement réduite à zéro, peut dans certains cas avoir un effet indésirable sur les caractéristiques des appareils électriques (sous forme d'interférences, de fuite capacitive, etc.).

Vous pouvez vous débarrasser d'une telle influence ou en compensant de manière appropriée son effet (généralement en utilisant l'inductance), ou en créant de telles conditions dans lesquelles les potentiels de certains corps du système par rapport aux objets environnants ont une valeur minimale (par exemple, mise à la terre de l'un des corps).