Перевести одиниці пикофарад пФ - — - мікрофарад мкФ • Електротехніка • Електрична ємність •
Перевести одиниці: пикофарад [пФ] мікрофарад [мкф]
Обсяг сипких речовин та міри обсягу в кулінарії
Загальні відомості
Електрична ємність - це величина, що характеризує здатність провідника накопичувати заряд, що дорівнює відношенню електричного заряду до різниці потенціалів між провідниками:
ТутQ- електричний заряд, що вимірюється в кулонах (Кл), - різниця потенціалів, вимірюється у вольтах (В).
У системі СІ електроємність вимірюється у фарадах (Ф). Ця одиниця виміру названа на честь англійського фізика Майкла Фарадея.
Фарад є дуже великою ємністю ізольованого провідника. Так, металевий відокремлений шар радіусом в 13 радіусів Сонця мав би ємність рівну 1 фарад. А ємність металевої кулі розміром із Землю була б приблизно 710 мікрофарад (мкФ).
Так як 1 фарад — дуже велика ємність, тому використовуються менші значення, такі як: мікрофарад (мкФ), що дорівнює одній мільйонній фараді; нанофарад (нФ), що дорівнює одній мільярдній; пікофарад (пФ), що дорівнює одній трильйонній фараді.
У системі СГСЕ основний одиницею ємності є сантиметр (см). 1 сантиметр ємності - це електрична ємність кулі з радіусом 1 сантиметр, поміщений у вакуум. СГСЕ - це розширена система СГС для електродинаміки, тобто система одиниць в якій сантиметр, грам, і секунда прийняті за базові одиниці для обчислення довжини, маси та часу відповідно. У розширених СГС, включаючи СГСЕ, деякі фізичні константи прийняті за одиницю, щоб спростити формули та полегшити обчислення.
Використання ємності
Конденсатори – пристрої для накопичення заряду в електронному обладнанні
Поняття електричної ємності відноситься не тільки до провідника, а йдо конденсатора. Конденсатор – система двох провідників, розділених діелектриком чи вакуумом. У найпростішому варіанті конструкція конденсатора складається із двох електродів у вигляді пластин (обкладок). Конденсатор (від латів. condensare — «ущільнювати», «згущувати») — двоелектродний прилад для накопичення заряду та енергії електромагнітного поля, у найпростішому випадку є два провідники, розділені яким-небудь ізолятором. Наприклад, іноді радіоаматори за відсутності готових деталей виготовляють підстроювальні конденсатори для своїх схем з відрізків дротів різного діаметра, ізольованих лаковим покриттям, при цьому тонший провід намотується на товстіший. Регулюючи кількість витків, радіоаматори точно налаштовують контури апаратури на необхідну частоту. Приклади зображення конденсаторів на електричних схемах наведено малюнку.
Історична довідка
Ще 275 років тому були відомі засади створення конденсаторів. Так, в 1745 р. в Лейдені німецький фізик Евальд Юрген фон Клейст і нідерландський фізик Пітер ван Мушенбрук створили перший конденсатор — «лейденську банку» — в ній діелектриком були стінки скляної банки, а обкладками служили вода в посудині, долоню. Така "банка" дозволяла накопичувати заряд порядку мікрокулону (мкКл). Після того, як її винайшли, з нею часто проводили експерименти та публічні уявлення. Для цього банку спочатку заряджали статичною електрикою, натираючи її. Після цього один з учасників торкався банку руки, і отримував невеликий удар струмом. Відомо, що 700 паризьких ченців, тримаючись за руки, провели лейденський експеримент. У той момент, коли перший ченець торкнувся головки банки, всі 700 ченців, зведені однією судомою, з жахом скрикнули.
В Україну«Лейденська банка» прийшла завдяки українському цареві Петру I, який познайомився з Мушенбруком під час подорожей Європою, і докладніше дізнався про експерименти з «Лейденською банкою». Петро заснував в Україні Академію наук, і замовив Мушенбруку різноманітні прилади для Академії наук.
Надалі конденсатори вдосконалилися і ставали менше, які ємність — більше. Конденсатори широко використовуються в електроніці. Наприклад, конденсатор та котушка індуктивності утворюють коливальний контур, який може бути використаний для налаштування приймача на потрібну частоту.
Існує кілька типів конденсаторів, що відрізняються постійною або змінною ємністю та матеріалом діелектрика.
Приклади конденсаторів
Промисловість випускає велику кількість типів конденсаторів різного призначення, але головними їх характеристиками є ємність та робоча напруга.
Типові значенняємностіконденсаторів змінюються від одиниць пікофарад до сотень мікрофарад, виняток становлять іоністори, які мають дещо інший характер формування ємності – за рахунок подвійного шару у електродів – у цьому вони подібні до електрохімічних акумуляторів. Суперконденсатори на основі нанотрубок мають надзвичайно розвинену поверхню електродів. У цих типів конденсаторів типові значення ємності становлять десятки фарад, і в деяких випадках вони здатні замінити як джерела струму традиційні електрохімічні акумулятори.
Другим за важливістю параметром конденсаторів є його робоча напруга. Перевищення цього параметра може призвести до виходу з ладу конденсатора, тому при побудові реальних схем прийнято застосовувати конденсатори з подвоєним значенням робочої напруги.
Для збільшення значень ємностіабо робочої напруги використовують прийом поєднання конденсаторів у батареї. При послідовному з'єднанні двох однотипних конденсаторів робоча напруга подвоюється, а сумарна ємність зменшується вдвічі. При паралельному з'єднанні двох однотипних конденсаторів робоча напруга залишається незмінною, а сумарна ємність збільшується вдвічі.
Третім за важливістю параметром конденсаторів єтемпературний коефіцієнт зміни ємності (ТКЕ). Він дає уявлення про зміну ємності за умов зміни температур.
Залежно від призначення використання, конденсатори поділяються на конденсатори загального призначення, вимоги до параметрів яких некритичні, та на конденсатори спеціального призначення (високовольтні, прецизійні та з різними ТКЕ).
Маркування конденсаторів
Подібно до резисторів, залежно від габаритів виробу, може застосовуватися повне маркування із зазначенням номінальної ємності, класу відхилення від номіналу та робочої напруги. Для малогабаритних виконань конденсаторів застосовують кодове маркування з трьох або чотирьох цифр, змішане цифро-літерне маркування та кольорове маркування.
Відповідні таблиці перерахунку маркувань за номіналом, робочою напругою та ТКЕ можна знайти в Інтернеті, але найдієвішим і практичним методом перевірки номіналу та справності елемента реальної схеми залишається безпосередній вимір параметрів випаяного конденсатора за допомогою мультиметра.
Попередження:оскільки конденсатори можуть накопичувати великий заряд при дуже високій напрузі, щоб уникнути ураження електричним струмом необхідно перед вимірюванням параметрів конденсатора розряджати його, закоротивши його висновки проводом з високим опором зовнішньої ізоляції. Кращевсього для цього підходять штатні дроти вимірювального приладу.
Оксидні конденсатори:даний тип конденсатора має велику питому ємністю, тобто, ємністю на одиницю ваги конденсатора. Одна обкладка таких конденсаторів є зазвичай алюмінієвою стрічкою, покритою шаром оксиду алюмінію. Другою обкладкою є електроліт. Так як оксидні конденсатори мають полярність, то важливо включати такий конденсатор в схему строго відповідно до полярності напруги.
Твердотільні конденсатори:в них замість традиційного електроліту як обкладка використовується органічний полімер, що проводить струм, або напівпровідник.
Змінні конденсатори:ємність може змінюватися механічним способом, електричною напругою або за допомогою температури.
Плівкові конденсатори:діапазон ємності даного типу конденсаторів становить приблизно від 5 пФ до 100 мкФ.
Є й інші типи конденсаторів.
У наші дні популярність набирають іоністори. Іоністор (суперконденсатор) - це гібрид конденсатора та хімічного джерела струму, заряд якого накопичується на межі розділу двох середовищ - електрода та електроліту. Початок створення іоністорів було покладено в 1957 році, коли запатентували конденсатор з подвійним електричним шаром на пористих вугільних електродах. Подвійний шар і пористий матеріал допомогли збільшити ємність такого конденсатора за рахунок збільшення площі поверхні. Надалі ця технологія доповнювалася та покращувалася. На ринок іоністори вийшли на початку вісімдесятих років минулого століття.
З появою іоністорів з'явилася можливість використовувати їх в електричних ланцюгах як джерела напруги. Такі суперконденсатори мають довгий термін служби, малийвага, високі швидкості заряджання-розрядки. У перспективі цей вид конденсаторів може замінити звичайні акумулятори. Основними недоліками іоністорів є менша, ніж у електрохімічних акумуляторів питома енергія (енергія на одиницю ваги), низька робоча напруга та значний саморозряд.
Іоністори застосовуються в автомобілях Формули-1. У системах рекуперації енергії при гальмуванні виробляється електроенергія, що накопичується в маховику, акумуляторах або іоністорах для подальшого використання.
У побутовій електроніці іоністори застосовуються для стабілізації основного живлення та як резервне джерело живлення таких приладів як плеєри, ліхтарі, в автоматичних комунальних лічильниках та в інших пристроях з батарейним живленням та змінним навантаженням, забезпечуючи живлення при підвищеному навантаженні.
У громадському транспорті застосування іоністорів особливо перспективне для тролейбусів, оскільки стає можливим реалізація автономного ходу та збільшення маневреності; також іоністори використовуються в деяких автобусах та електромобілях.
Електричні автомобілі зараз випускають багато компаній, наприклад: General Motors, Nissan, Tesla Motors, Toronto Electric. Університет Торонто разом із компанією Toronto Electric розробили повністю канадський електромобіль A2B. У ньому використовуються іоністори разом із хімічними джерелами живлення, так зване гібридне електричне зберігання енергії. Двигуни цього автомобіля живляться від акумуляторів вагою 380 кілограм. Також для заряджання використовуються сонячні батареї, встановлені на даху електромобіля.
Ємнісні сенсорні екрани
У сучасних пристроях все частіше використовуються сенсорні екрани, які дозволяють керувати пристроями.шляхом дотику до панелей з індикаторами чи екранами. Сенсорні екрани бувають різних типів: резистивні, ємнісні та інші. Вони можуть реагувати на один або кілька одночасних торкань. Принцип роботи ємнісних екранів полягає в тому, що предмет великої ємності проводить змінний струм. У цьому випадку цим предметом є тіло людини.
Поверхнево-ємнісні екрани
Таким чином, поверхнево-ємнісний сенсорний екран є скляною панеллю, покритою прозорим резистивним матеріалом. В якості резистивного матеріалу зазвичай застосовується сплав оксиду індію і оксиду олова, що має високу прозорість і малий поверхневий опір. Електроди, що подають на провідний шар невелику змінну напругу, розташовуються по кутах екрану. При торканні такого екрана пальцем з'являється витік струму, яка реєструється в чотирьох кутах датчиками і передається в контролер, який визначає координати точки торкання.
Перевага таких екранів полягає у довговічності (близько 6,5 років натискань із проміжком в одну секунду або близько 200 млн. натискань). Вони мають високу прозорість (приблизно 90%). Завдяки цим перевагам ємнісні екрани вже з 2009 року активно почали витісняти резистивні екрани.
Недолік ємнісних екранів полягає в тому, що вони погано працюють за негативних температур, є труднощі з використанням таких екранів у рукавичках. Якщо провідне покриття розташоване на зовнішній поверхні, екран є досить вразливим, тому ємнісні екрани застосовуються лише в тих пристроях, які захищені від негоди.
Проекційно-ємнісні екрани
Крім поверхнево-ємнісних екранів, існують проекційно-ємнісні екрани. Їх відмінність полягає вте, що на внутрішній стороні екрана нанесена сітка електродів. Електрод, якого торкаються, разом із тілом людини утворює конденсатор. Завдяки сітці можна отримати точні координати торкання. Проекційно-ємнісний екран реагує на торкання тонких рукавичок.
Проекційно-ємнісні екрани також мають високу прозорість (близько 90%). Вони довговічні та досить міцні, тому їх широко застосовують не тільки в персональній електроніці, а й в автоматах, у тому числі встановлених на вулиці.
Автор статті: Sergey Akishkin, Tatiana Kondratieva