Расчет самодельного конденсатора: Электроемкость конденсатора. Калькулятор онлайн

Емкость сферического конденсатора

Сферический конденсатор представляет собой конденсатор, обкладками которого являются две концентрические сферы, радиусами R₁ и R₂, между которыми расположен диэлектрик, с диэлектрической проницаемостью ε.
Электроемкость сферического конденсатора определяется формулой, где
π – число Пи (3.14)
ε₀ – электрическая постоянная, ε₀ = 8.85418781762039 × 10^-12
ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика
R₁ – радиус внутренней обкладки
R₂ – радиус внешней обкладки

Диэлектрическая проницаемость ε =
Радиус R1 = Метр (м)Декаметр дам (dam) × [10^1]Гектометр гм (hm) × [10^2]Километр км (km) × [10^3]Мегаметр Мм (Mm) × [10^6]Гигаметр Гм (Gm) × [10^9]Тераметр Тм (Tm) × [10^12]Петаметр Пм (Pm) × [10^15]Эксаметр Эм (Em) × [10^18]Зеттаметр Зм (Zm) × [10^21]Иоттаметр Им (Ym) × [10^24]Дециметр дм (dm) × [10^-1]Сантиметр см (cm) × [10^-2]Миллиметр мм (mm) × [10^-3]Микрометр мкм (µm) × [10^-6]Нанометр нм (nm) × [10^-9]Пикометр пм (pm) × [10^-12]Фемтометр фм (fm) × [10^-15]Аттометр ам (am) × [10^-18]Зептометр зм (zm) × [10^-21]Иоктометр им (ym) × [10^-24]
Радиус R2 = Метр (м)Декаметр дам (dam) × [10^1]Гектометр гм (hm) × [10^2]Километр км (km) × [10^3]Мегаметр Мм (Mm) × [10^6]Гигаметр Гм (Gm) × [10^9]Тераметр Тм (Tm) × [10^12]Петаметр Пм (Pm) × [10^15]Эксаметр Эм (Em) × [10^18]Зеттаметр Зм (Zm) × [10^21]Иоттаметр Им (Ym) × [10^24]Дециметр дм (dm) × [10^-1]Сантиметр см (cm) × [10^-2]Миллиметр мм (mm) × [10^-3]Микрометр мкм (µm) × [10^-6]Нанометр нм (nm) × [10^-9]Пикометр пм (pm) × [10^-12]Фемтометр фм (fm) × [10^-15]Аттометр ам (am) × [10^-18]Зептометр зм (zm) × [10^-21]Иоктометр им (ym) × [10^-24]
Единица измерения электроемкости C Фарад (Ф)Декафарад даФ (daF) × [10^1]Гектофарад гФ (hF) × [10^2]Килофарад кФ (kF) × [10^3]Мегафарад МФ (MF) × [10^6]Гигафарад ГФ (GF) × [10^9]Терафарад ТФ (TF) × [10^12]Петафарад ПФ (PF) × [10^15]Эксафарад ЭФ (EF) × [10^18]Зеттафарад ЗФ (ZF) × [10^21]Иоттафарад ИФ (YF) × [10^24]Децифарад дФ (dF) × [10^-1]Сантифарад сФ (cF) × [10^-2]Миллифарад мФ (mF) × [10^-3]Микрофарад мкФ (µF) × [10^-6]Нанофарад нФ (nF) × [10^-9]Пикофарад пФ (pF) × [10^-12]Фемтофарад фФ (fF) × [10^-15]Аттофарад аФ (aF) × [10^-18]Зептофарад зФ (zF) × [10^-21]Иоктофарад иФ (yF) × [10^-24]

Вам могут также быть полезны следующие сервисы

Калькуляторы (физика)

Механика

Калькулятор вычисления скорости, времени и расстояния

Калькулятор вычисления ускорения, скорости и перемещения

Калькулятор вычисления времени движения

Калькулятор времени

Второй закон Ньютона. Калькулятор вычисления силы, массы и ускорения.

Закон всемирного тяготения. Калькулятор вычисления силы притяжения, массы и расстояния.

Импульс тела. Калькулятор вычисления импульса, массы и скорости

Импульс силы. Калькулятор вычисления импульса, силы и времени действия силы.

Вес тела. Калькулятор вычисления веса тела, массы и ускорения свободного падения

Оптика

Калькулятор отражения и преломления света

Электричество и магнетизм

Калькулятор Закона Ома

Калькулятор Закона Кулона

Калькулятор напряженности E электрического поля

Калькулятор нахождения точечного электрического заряда Q

Калькулятор нахождения силы F действующей на заряд q

Калькулятор вычисления расстояния r от заряда q

Калькулятор вычисления потенциальной энергии W заряда q

Калькулятор вычисления потенциала φ электростатического поля

Калькулятор вычисления электроемкости C проводника и сферы

Конденсаторы

Калькулятор вычисления электроемкости C плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов

Калькулятор вычисления напряженности E электрического поля плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов

Калькулятор вычисления напряжения U (разности потенциалов) плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов

Калькулятор вычисления расстояния d между пластинами в плоском конденсаторе

Калькулятор вычисления площади пластины (обкладки) S в плоском конденсаторе

Калькулятор вычисления энергии W заряженного конденсатора

Калькулятор вычисления энергии W заряженного конденсатора. Для плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов

Калькулятор вычисления объемной плотности энергии w электрического поля для плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов

Калькуляторы по астрономии

Вес тела на других планетах

Ускорение свободного падения на планетах Солнечной системы и их спутниках

Конвертеры величин

Конвертер единиц длины

Конвертер единиц скорости

Конвертер единиц ускорения

Цифры в текст

Калькуляторы (Теория чисел)

Калькулятор выражений

Калькулятор упрощения выражений

Калькулятор со скобками

Калькулятор уравнений

Калькулятор суммы

Калькулятор пределов функций

Калькулятор разложения числа на простые множители

Калькулятор НОД и НОК

Калькулятор НОД и НОК по алгоритму Евклида

Калькулятор НОД и НОК для любого количества чисел

Калькулятор делителей числа

Представление многозначных чисел в виде суммы разрядных слагаемых

Калькулятор деления числа в данном отношении

Калькулятор процентов

Калькулятор перевода числа с Е в десятичное

Калькулятор экспоненциальной записи чисел

Калькулятор нахождения факториала числа

Калькулятор нахождения логарифма числа

Калькулятор квадратных уравнений

Калькулятор остатка от деления

Калькулятор корней с решением

Калькулятор нахождения периода десятичной дроби

Калькулятор больших чисел

Калькулятор округления числа

Калькулятор свойств корней и степеней

Калькулятор комплексных чисел

Калькулятор среднего арифметического

Калькулятор арифметической прогрессии

Калькулятор геометрической прогрессии

Калькулятор модуля числа

Калькулятор абсолютной погрешности приближения

Калькулятор абсолютной погрешности

Калькулятор относительной погрешности

Дроби

Калькулятор интервальных повторений

Учим дроби наглядно

Калькулятор сокращения дробей

Калькулятор преобразования неправильной дроби в смешанную

Калькулятор преобразования смешанной дроби в неправильную

Калькулятор сложения, вычитания, умножения и деления дробей

Калькулятор возведения дроби в степень

Калькулятор перевода десятичной дроби в обыкновенную

Калькулятор перевода обыкновенной дроби в десятичную

Калькулятор сравнения дробей

Калькулятор приведения дробей к общему знаменателю

Калькуляторы (тригонометрия)

Калькулятор синуса угла

Калькулятор косинуса угла

Калькулятор тангенса угла

Калькулятор котангенса угла

Калькулятор секанса угла

Калькулятор косеканса угла

Калькулятор арксинуса угла

Калькулятор арккосинуса угла

Калькулятор арктангенса угла

Калькулятор арккотангенса угла

Калькулятор арксеканса угла

Калькулятор арккосеканса угла

Калькулятор нахождения наименьшего угла

Калькулятор определения вида угла

Калькулятор смежных углов

Калькуляторы систем счисления

Калькулятор перевода чисел из арабских в римские и из римских в арабские

Калькулятор перевода чисел в различные системы счисления

Калькулятор сложения, вычитания, умножения и деления двоичных чисел

Системы счисления теория

N2 | Двоичная система счисления

N3 | Троичная система счисления

N4 | Четырехичная система счисления

N5 | Пятеричная система счисления

N6 | Шестеричная система счисления

N7 | Семеричная система счисления

N8 | Восьмеричная система счисления

N9 | Девятеричная система счисления

N11 | Одиннадцатиричная система счисления

N12 | Двенадцатеричная система счисления

N13 | Тринадцатеричная система счисления

N14 | Четырнадцатеричная система счисления

N15 | Пятнадцатеричная система счисления

N16 | Шестнадцатеричная система счисления

N17 | Семнадцатеричная система счисления

N18 | Восемнадцатеричная система счисления

N19 | Девятнадцатеричная система счисления

N20 | Двадцатеричная система счисления

N21 | Двадцатиодноричная система счисления

N22 | Двадцатидвухричная система счисления

N23 | Двадцатитрехричная система счисления

N24 | Двадцатичетырехричная система счисления

N25 | Двадцатипятеричная система счисления

N26 | Двадцатишестеричная система счисления

N27 | Двадцатисемеричная система счисления

N28 | Двадцативосьмеричная система счисления

N29 | Двадцатидевятиричная система счисления

N30 | Тридцатиричная система счисления

N31 | Тридцатиодноричная система счисления

N32 | Тридцатидвухричная система счисления

N33 | Тридцатитрехричная система счисления

N34 | Тридцатичетырехричная система счисления

N35 | Тридцатипятиричная система счисления

N36 | Тридцатишестиричная система счисления

Калькуляторы площади геометрических фигур

Площадь квадрата

Площадь прямоугольника

КАЛЬКУЛЯТОРЫ ЗАДАЧ ПО ГЕОМЕТРИИ

Калькуляторы (Комбинаторика)

Калькулятор нахождения числа перестановок из n элементов

Калькулятор нахождения числа сочетаний из n элементов

Калькулятор нахождения числа размещений из n элементов

Калькуляторы линейная алгебра и аналитическая геометрия

Калькулятор сложения и вычитания матриц

Калькулятор умножения матриц

Калькулятор транспонирование матрицы

Калькулятор нахождения определителя (детерминанта) матрицы

Калькулятор нахождения обратной матрицы

Длина отрезка. Онлайн калькулятор расстояния между точками

Онлайн калькулятор нахождения координат вектора по двум точкам

Калькулятор нахождения модуля (длины) вектора

Калькулятор сложения и вычитания векторов

Калькулятор скалярного произведения векторов через длину и косинус угла между векторами

Калькулятор скалярного произведения векторов через координаты

Калькулятор векторного произведения векторов через координаты

Калькулятор смешанного произведения векторов

Калькулятор умножения вектора на число

Калькулятор нахождения угла между векторами

Калькулятор проверки коллинеарности векторов

Калькулятор проверки компланарности векторов

Генератор Pdf с примерами

Тренажёры решения примеров

Тренажёр таблицы умножения

Тренажер счета для дошкольников

Тренажер счета на внимательность для дошкольников

Тренажер решения примеров на сложение, вычитание, умножение, деление. Найди правильный ответ.

Тренажер решения примеров с разными действиями

Тренажёры решения столбиком

Тренажёр сложения столбиком

Тренажёр вычитания столбиком

Тренажёр умножения столбиком

Тренажёр деления столбиком с остатком

Калькуляторы решения столбиком

Калькулятор сложения, вычитания, умножения и деления столбиком

Калькулятор деления столбиком с остатком

Генераторы

Генератор примеров по математике

Генератор случайных чисел

Генератор паролей

Соединение конденсаторов.

У многих начинающих любителей электроники в процессе сборки самодельного устройства возникает вопрос: “Как правильно соединять конденсаторы?”

Казалось бы, зачем это надо, ведь если на принципиальной схеме указано, что в данном месте схемы должен быть установлен конденсатор на 47 микрофарад, значит, берём и ставим. Но, согласитесь, что в мастерской даже заядлого электронщика может не оказаться конденсатора с необходимым номиналом!

Похожая ситуация может возникнуть и при ремонте какого-либо прибора. Например, необходим электролитический конденсатор ёмкостью 1000 микрофарад, а под рукой лишь два-три на 470 микрофарад. Ставить 470 микрофарад, вместо положенных 1000? Нет, это допустимо не всегда. Так как же быть? Ехать на радиорынок за несколько десятков километров и покупать недостающую деталь?

Как выйти из сложившейся ситуации? Можно соединить несколько конденсаторов и в результате получить необходимую нам ёмкость. В электронике существует два способа соединения конденсаторов: параллельное и последовательное.

В реальности это выглядит так:

Параллельное соединение

Принципиальная схема параллельного соединения

Последовательное соединение

Принципиальная схема последовательного соединения

Также можно комбинировать параллельное и последовательное соединение. Но на практике вам вряд ли это пригодиться.

Как рассчитать общую ёмкость соединённых конденсаторов?

Помогут нам в этом несколько простых формул. Не сомневайтесь, если вы будете заниматься электроникой, то эти простые формулы рано или поздно вас выручат.

Общая ёмкость параллельно соединённых конденсаторов:

С₁ – ёмкость первого;

С₂ – ёмкость второго;

С₃ – ёмкость третьего;

С_N – ёмкость N-ого конденсатора;

C_общ – суммарная ёмкость составного конденсатора.

Как видим, при параллельном соединении ёмкости нужно всего-навсего сложить!

Внимание! Все расчёты необходимо производить в одних единицах. Если выполняем расчёты в микрофарадах, то нужно указывать ёмкость C₁, C₂ в микрофарадах. Результат также получим в микрофарадах. Это правило стоит соблюдать, иначе ошибки не избежать!

Чтобы не допустить ошибку при переводе микрофарад в пикофарады, а нанофарад в микрофарады, необходимо знать сокращённую запись численных величин. Также в этом вам поможет таблица. В ней указаны приставки, используемые для краткой записи и множители, с помощью которых можно производить пересчёт. Подробнее об этом читайте здесь.

Ёмкость двух последовательно соединённых конденсаторов можно рассчитать по другой формуле. Она будет чуть сложнее:

Внимание! Данная формула справедлива только для двух конденсаторов! Если их больше, то потребуется другая формула. Она более запутанная, да и на деле не всегда пригождается .

Или то же самое, но более понятно:

Если вы проведёте несколько расчётов, то увидите, что при последовательном соединении результирующая ёмкость будет всегда меньше наименьшей, включённой в данную цепочку. Что это значить? А это значит, что если соединить последовательно конденсаторы ёмкостью 5, 100 и 35 пикофарад, то общая ёмкость будет меньше 5.

В том случае, если для последовательного соединения применены конденсаторы одинаковой ёмкости, эта громоздкая формула волшебным образом упрощается и принимает вид:

Здесь, вместо буквы M ставиться количество конденсаторов, а C₁ – его ёмкость.

Стоит также запомнить простое правило:

При последовательном соединении двух конденсаторов с одинаковой ёмкостью результирующая ёмкость будет в два раза меньше ёмкости каждого из них.

Таким образом, если вы последовательно соедините два конденсатора, ёмкость каждого из которых 10 нанофарад, то в результате она составит 5 нанофарад.

Не будем пускать слов по ветру, а проверим конденсатор, замерив ёмкость, и на практике подтвердим правильность показанных здесь формул.

Возьмём два плёночных конденсатора. Один на 15 нанофарад (0,015 мкф.),а другой на 10 нанофарад (0,01 мкф.) Соединим их последовательно. Теперь возьмём мультиметр Victor VC9805+ и замерим суммарную ёмкость двух конденсаторов. Вот что мы получим (см. фото).

Замер ёмкости при последовательном соединении

Ёмкость составного конденсатора составила 6 нанофарад (0,006 мкф.)

А теперь проделаем то же самое, но для параллельного соединения. Проверим результат с помощью того же тестера (см. фото).

Измерение ёмкости при параллельном соединении

Как видим, при параллельном соединении ёмкость двух конденсаторов сложилась и составляет 25 нанофарад (0,025 мкф.).

Что ещё необходимо знать, чтобы правильно соединять конденсаторы?

Во-первых, не стоит забывать, что есть ещё один немаловажный параметр, как номинальное напряжение.

При последовательном соединении конденсаторов напряжение между ними распределяется обратно пропорционально их ёмкостям. Поэтому, есть смысл при последовательном соединении применять конденсаторы с номинальным напряжением равным тому, которое имеет конденсатор, взамен которого мы ставим составной.

Если же используются конденсаторы с одинаковой ёмкостью, то напряжение между ними разделится поровну.

Для электролитических конденсаторов.

При соединении электролитических конденсаторов (электролитов) строго соблюдайте полярность! При параллельном соединении всегда подключайте минусовой вывод одного конденсатора к минусовому выводу другого,а плюсовой вывод с плюсовым.

Параллельное соединение электролитов

Схема параллельного соединения

В последовательном соединении электролитов ситуация обратная. Необходимо подключать плюсовой вывод к минусовому. Получается что-то вроде последовательного соединения батареек.

Последовательное соединение электролитов

Схема последовательного соединения

Также не забывайте про номинальное напряжение. При параллельном соединении каждый из задействованных конденсаторов должен иметь то номинальное напряжение, как если бы мы ставили в схему один конденсатор. То есть если в схему нужно установить конденсатор с номинальным напряжением на 35 вольт и ёмкостью, например, 200 микрофарад, то взамен его можно параллельно соединить два конденсатора на 100 микрофарад и 35 вольт. Если хоть один из них будет иметь меньшее номинальное напряжение (например, 25 вольт), то он вскоре выйдет из строя.

Желательно, чтобы для составного конденсатора подбирались конденсаторы одного типа (плёночные, керамические, слюдяные, металлобумажные). Лучше всего будет, если они взяты из одной партии, так как в таком случае разброс параметров у них будет небольшой.

Конечно, возможно и смешанное (комбинированное) соединение, но в практике оно не применяется (я не видел ). Расчёт ёмкости при смешанном соединении обычно достаётся тем, кто решает задачи по физике или сдаёт экзамены 🙂

Тем же, кто не на шутку увлёкся электроникой непременно надо знать, как правильно соединять резисторы и рассчитывать их общее сопротивление!

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Научись паять! Минимальный наборчик для пайки.

• Научись паять! Подготовка и уход за паяльником.

• «Мультирозетка». Собираем многофункциональную розетку.

• Резистор. Параметры резисторов.

Лаборатория: Самодельные конденсаторы — OnElectronTech

Конденсаторы — это электронные компоненты, которые могут накапливать и высвобождать электрический заряд. Благодаря этому свойству они находят невероятно разнообразное применение в электронике, от регулирования скорости синхронизирующих цепей до сглаживания напряжений в источниках питания. На самом деле компьютер или смартфон, на котором вы читаете это, содержит сотни конденсаторов! Хотя современная технология производства позволяет изготавливать конденсаторы чрезвычайно малых размеров и большой емкости, вы можете изготовить конденсаторы своими руками в домашних условиях из обычных бытовых материалов!

Конденсатор состоит из двух проводящих пластин с зазором между ними. Когда электрический заряд накапливается на одной пластине, противоположный заряд накапливается на другой. Этот эффект называется поляризацией . Заряды имеют тенденцию притягиваться друг к другу, но не могут преодолеть разрыв. На самом деле заряды так стремятся встретиться друг с другом, что могут проделать большую работу, чтобы добраться до другой стороны, если вы предоставите им путь, например провод, соединяющий две пластины. Это потенциальных для совершения работы, естественно, называется электрическим потенциалом и именно так конденсаторы хранят энергию.

Сами по себе две пластины могут накапливать приличное количество электрического заряда. Тем не менее, мы можем добиться большего успеха, если вместо этого заполним пробел чем-то, что называется цифрой 9.0005 диэлектрик . Эти изоляционные материалы (например, бумага или пластик) содержат собственные электрические заряды, которые также могут поляризоваться, усиливая эффект конденсатора. [1] Почти во всех современных конденсаторах используются диэлектрики, такие как оксид алюминия, пластик или керамика, которые позволяют им накапливать огромное количество заряда, не занимая много места.

Способность конденсатора сохранять определенное количество заряда при заданном электрическом потенциале называется емкостью . [2] Емкость конденсатора зависит от размера его пластин, диэлектрического материала и расстояния между пластинами. Он определяется по следующей формуле, где C — емкость:

Проще говоря:

По сути, чем больше пластины, тем они ближе друг к другу, и чем лучше диэлектрик, тем больше емкость. Диэлектрическая постоянная — это безразмерная величина, которая говорит вам, во сколько раз лучше диэлектрик, чем пустое пространство.

Емкость измеряется в фарадах. Из формулы видно, что из-за крайне малой постоянной на входе 1 Фарад — смехотворно большая емкость! В результате мы обычно работаем в миллионных или миллиардных долях фарада, известных как микрофарады (мкФ) и нанофарады (нФ) соответственно. В этой лаборатории мы создадим собственные конденсаторы и исследуем, как изменение их размера и диэлектрической проницаемости может повлиять на их емкость.

• Сам по себе эксперимент довольно безопасен. Однако мы будем использовать ножницы, так что будьте осторожны.

• Мультиметр
  • Убедитесь, что он может измерять емкость. На нем должна быть кнопка или режим с буквой «F» или символом конденсатора.
• Зажимы типа «крокодил»
  • Необязательно, но упростит измерения. Я использую их, чтобы держать выводы мультиметра на конденсаторе. Если у вас их нет, можно использовать немного скотча (или просто держать провода руками)
• Алюминиевая фольга
• Ножницы
• Лента
• 2 куска диэлектрического материала
  • Подойдет любой тонкий изолятор размером 15×15 см (6×6 дюймов) или больше. Предпочтительно использовать прозрачные материалы, так как это облегчит выравнивание.
  • Вот некоторые диэлектрики, которые я пробовал:
    • Стандартная бумага для принтера
    • Пластиковая пищевая упаковка
    • Пластиковый мешок для мусора

• Стол
  • Убедитесь, что это не металлический стол или стол с антистатическим покрытием.
• Учебники или другие плоские тяжелые предметы
• Линейка или измерительная лента
• Штангенциркуль или микрометр

1. Отрежьте шесть кусков алюминиевой фольги следующих размеров:
   • (2 шт.) 15 × 15 см (6 × 6 дюймов) (далее я буду называть их «квадратами»)
   • (2x) 15×7,5 см (6×3 дюйма) (далее я буду называть их «полуквадратами»)
   • (2 шт.) Узкие полоски (примерно 15 × 3 см (6 × 1 дюйм) подойдет, нет необходимости в точности)
2. Положите одну из узких полос горизонтально на стол.
   • Это будет одно из электрических соединений вашего конденсатора.
3. Поместите квадратный кусок алюминиевой фольги поверх узкой полоски, слегка перекрывая ее.
   • Убедитесь, что большая часть узкой полоски выступает, но все еще касается большого квадрата.
4. Измерьте и запишите толщину вашего диэлектрика.
5. Поместите свой первый диэлектрик поверх квадрата. Используйте ленту (только по краям), чтобы прикрепить его к столу.
   • Возможно, вам придется немного растянуть его, чтобы он оставался плоским. Убедитесь, что вы избавились от как можно большего количества пузырьков воздуха и складок.
6. Поместите второй большой квадрат сверху, совместив его с первым квадратом снизу.
7. Положите вторую узкую полоску поверх квадрата. Убедитесь, что он выступает с противоположной стороны и не касается первой полосы.
8. Аккуратно положите учебник (желательно больше одного) на верх стопки. Будьте осторожны, чтобы он не упал, иначе он может сдуть тарелки!
   • Я нахожу Д.Дж. Гриффитс Введение в электродинамику особенно подходит для этого:
9. Подсоедините выводы мультиметра к двум узким полоскам. Вы можете использовать зажимы типа «крокодил», чтобы прикрепить датчики к полоскам, или просто держать их там вручную. Измерьте емкость. Подождите несколько секунд, пока показания стабилизируются, и запишите значение.
10. Повторите шаги 2–9, но поместите два куска диэлектрика друг на друга.
    • Если вы используете тонкий пластик, он имеет тенденцию задерживать пузырьки воздуха между листами. Обязательно выжимайте столько, сколько сможете.
    • Что произойдет с емкостью, если удвоить расстояние между пластинами?
11. Повторите шаги 2-9, но замените квадратные части полуквадратами.
    • Что произойдет с емкостью, если уменьшить вдвое размер пластин?

Квадратные тарелки

Мои «квадратные» тарелки были примерно 15×16 см, а в качестве диэлектрика я использовал лист полиэтиленовой пищевой пленки. В результате емкость составила около 9,1 нФ .

Более толстый диэлектрик

С двумя слоями полиэтиленовой пленки емкость упала до 4,8 нФ . Не совсем половина, но довольно близко

Половина тарелок

Мои половинки были примерно 15×8 см. С пластинами половинного размера и одним слоем полиэтиленовой пленки емкость конденсатора составила 4,9 нФ .

Другие материалы

Я также сделал конденсаторы из некоторых других диэлектрических материалов. В общем, мои результаты были:

Расчет диэлектрической проницаемости

Путем перестановки некоторых членов в формуле емкости можно рассчитать диэлектрическую проницаемость ваших диэлектриков:

Толщина диэлектрика (мм)	Емкость (нФ)	Диэлектрическая проницаемость (экспериментальная)
Пластиковая упаковка	24000	. 02	9.1	0,85
Пластиковая упаковка	12000	.02	4,9	0,92
Пластиковая упаковка	24000	.04	4,8	0,90
Мешок для мусора	24000	.01	6,9	0,32
Бумага	24000	.11	6,0	3.1

Они довольно далеки от теоретических значений [3]:

Причин такого большого расхождения между ожидаемыми и фактическими значениями довольно много. Прежде всего, я заметил, что емкость резко возросла, когда я сильнее надавил на конденсатор. Это говорит мне о том, что веса одного учебника, вероятно, недостаточно, чтобы удерживать пластины достаточно близко друг к другу. Я также думаю, что в некоторых видах пластмасс могут быть некоторые добавки, которые могут влиять на их диэлектрическую проницаемость. Кроме того, влажность воздуха может вызвать «утечку» заряда с пластин конденсатора, что снижает его способность удерживать заряд. Учитывая все обстоятельства, даже если абсолютные значения емкости не совсем такие, как мы ожидали, эксперимент все равно правильно демонстрирует изменение относительной емкости при изменении размера конденсатора.

Вы, наверное, заметили, что емкость уменьшилась, когда вы использовали два слоя диэлектрика. Это плохо? Не обязательно. Диэлектрики определенной толщины могут выдерживать только определенное напряжение, прежде чем они перестанут быть изоляторами. Увеличение толщины означает меньшую емкость, но может увеличить максимальное напряжение, которое может выдержать конденсатор. Вообще говоря, конденсатор с более высоким номинальным напряжением будет больше по размеру при прочих равных условиях.

Современные конденсаторы поистине являются чудом материаловедения. Многослойные керамические конденсаторы (MLCC) имеют размер всего несколько квадратных миллиметров, но их емкость может во много раз превышать емкость наших самодельных конденсаторов. Фактически, их керамические диэлектрики имеют диэлектрическую проницаемость в тысячи! [4] Что еще более безумно, так это то, насколько они могут быть относительно недорогими.

Помните, я говорил, что диэлектрик может быть любым? Ну, это включает в себя и страницы учебника!

Пробовали этот эксперимент? Не стесняйтесь делиться своими наблюдениями в комментариях!

1. https://en. wikipedia.org/wiki/Диэлектрик
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Емкость
3. https://www.engineeringtoolbox.com/relative-permittivity-d_1660.html
4. https://www.johansondielectrics.com/basics-of-ceramic-chip-capacitors

Поделитесь тем, что вы узнали

Как измерить диэлектрическую проницаемость для самодельных конденсаторов

Время от времени вам нужно изготовить конденсатор самостоятельно. Это включает в себя выбор для него диэлектрика, изоляционного материала, который проходит между пластинами. Одним из диэлектрических материалов, который я часто использую, является парафин, который можно найти в художественных магазинах и обычно используют для изготовления свечей. Другой – это смола, которую проще всего найти в автомобильной смоле, используемой для ремонта кузова автомобиля.

Проблема в том, что иногда нужно заранее рассчитать размеры конденсатора, а не просто собрать что-то вместе. А это значит, что вам нужно знать диэлектрическую проницаемость диэлектрического материала. Это то, чего не будет знать ни производитель парафина, изготавливающего его для художественных магазинов, ни производители смолы для ремонта кузова автомобиля. Предполагаемым клиентам просто все равно.

Таким образом, вам остается самостоятельно измерить диэлектрическую проницаемость, и здесь я расскажу о методе, который использую для этого.

Что такое диэлектрическая проницаемость? Конденсаторы

Если вам интересно, что такое диэлектрическая проницаемость, не беспокойтесь, потому что вы не единственный. Начнем с краткого объяснения.

Допустим, у вас есть плоский конденсатор, между пластинами которого ничего нет, буквально вакуум. Этот конденсатор будет иметь определенную емкость, которая является мерой его способности накапливать заряд на пластинах. Если вместо этого вы вставите изоляционный материал между пластинами, например, воск, тогда этот конденсатор будет иметь более высокую емкость, большую способность накапливать заряд на пластинах. Помещение изоляционного материала между пластинами увеличивает емкость.

Диэлектрическая постоянная — это мера того, насколько увеличилась емкость при вставке этого материала. Это отношение емкости конденсатора с материалом к ​​его емкости с вакуумом. Например, если вы выполните поиск в Интернете, вы обнаружите, что парафиновый воск имеет диэлектрическую проницаемость где-то между 2,1 и 2,5. Ниже вы прочтете, как я измерил свой показатель 2,2.

Физики давно определили диэлектрическую проницаемость вакуума равной 1. Это означает, что твердый парафин в конденсаторе дает конденсатору в 2,2 раза больше способности накапливать заряд, как если бы вместо этого был просто вакуум (в 2,2 раза больше, чем 1, 2.2).

Терминология

Прежде чем идти дальше, позвольте мне отметить, что термин диэлектрическая проницаемость на самом деле устарел, и вместо него физики и инженеры используют относительную диэлектрическую проницаемость. Но его использование по-прежнему широко распространено, и в большинстве таблиц, которые вы найдете в Интернете, используется заголовок «диэлектрическая проницаемость».

Вы также часто будете видеть диэлектрическую проницаемость, представленную в формулах как Κ (греческая буква каппа) или ε _r (греческая буква эпсилон и r для относительного).

Измерение диэлектрической проницаемости

Начнем с предостережения. Диэлектрическая проницаемость изменяется в зависимости от температуры. Она уменьшается с повышением температуры. Для большинства материалов разница невелика. Всякий раз, когда я измерял диэлектрическую проницаемость, она всегда использовалась при комнатной температуре и частоте 0 Гц.

Зная, что диэлектрическая проницаемость представляет собой отношение емкости конденсатора с материалом к ​​его емкости с вакуумом, вы можете измерить ее. Как я уже сказал, диэлектрическая проницаемость вакуума равна 1, а диэлектрическая проницаемость воздуха равна 1,0005, что почти одинаково. Итак, если Cm  – это емкость конденсатора с вашим материалом, а Ca  – это емкость с воздухом, тогда диэлектрическая проницаемость составляет Cm/Ca , то есть отношение двух значений.

Это означает, что для получения диэлектрической проницаемости просто измерьте емкость конденсатора с материалом на месте ( Cm ), а затем снова измерьте его емкость, но без материала, т. е. с воздухом ( Ca ). Разделите первое значение ( см ) на второе значение ( Ca ), и у вас есть диэлектрическая проницаемость материала.

На фотографиях ниже я определяю диэлектрическую проницаемость парафина, купленного в местном художественном магазине.

Установка для измерения емкости с восковым диэлектриком

Измерение емкости с восковым диэлектриком

Сначала я измеряю емкость воскового конденсатора, показанного на первых двух фото. Я сделал квадратный кусок воска толщиной 4 мм. Для пластин я вырезал несколько квадратных кусков алюминиевой накладки, которые при размещении на воске не полностью покрывают всю восковую поверхность.

Я приклеил одну пластину к верхней части пластиковой трубки, чтобы подвесить ее в воздухе. Затем я делаю бутерброд с конденсатором, помещая воск на первое место, а затем другую пластину поверх воска. Как вы обычно делаете при измерении емкости, перед измерением я использую функцию REL измерителя, чтобы сохранить емкость только самих пробников. Это обнуляет счетчик. Затем я измеряю емкость пластин и воскового конденсатора. Я получаю 0,053 нФ, что соответствует Cm .

Установка для измерения емкости с воздушным диэлектриком

Измерение емкости с воздушным диэлектриком

Далее необходимо измерить емкость воздушного конденсатора, показанного на двух фотографиях выше. Я приклеиваю другую пластину горячим клеем к другой пластиковой трубке и располагаю пластины на расстоянии 4 мм друг от друга, оставляя между ними только воздух, следя за тем, чтобы расстояние было таким же, как когда воск был между пластинами. Это создает тот же конденсатор с той лишь разницей, что в качестве диэлектрика используется воздух. Я получаю емкость 0,024 нФ, что составляет мои Ca .

Делая расчет, емкость с воском ( Cm ), 0,053 нФ, делим на емкость с воздухом ( Ca ), 0,024 нФ, получаю диэлектрическую проницаемость 2,2. Обратите внимание, что он безразмерный, поскольку представляет собой отношение двух значений с одинаковыми размерами. При поиске в Интернете в большинстве таблиц указан диапазон для парафина от 2,1 до 2,5, поэтому я вполне уверен в своем результате.

Измерение емкости с диэлектриком из титаната бария/эпоксидной смолы

Измерение емкости с воздушным диэлектриком

В этом наборе фотографий я использую ту же процедуру для измерения диэлектрической проницаемости смеси титаната бария и эпоксидной смолы, изготовленной для цилиндрического конденсатора, как я описываю в своей статье Самодельные конденсаторы безумного ученого . Внутренняя пластина представляет собой медный стержень диаметром 1/4 дюйма, а внешняя пластина для определения диэлектрической проницаемости – это алюминиевый цилиндр, который, как вы видите, обернут вокруг диэлектрического цилиндра из титаната бария и смолы. Медный стержень был намного длиннее, чем нужно, поэтому для измерения емкости в воздухе я просто поднес алюминиевый цилиндр к той части стержня, где нет диэлектрика.

Емкость со смесью титаната бария и эпоксидной смолы составляет 0,075 нФ (см), а емкость с воздухом составляет 0,005 нФ. 0,075 нФ, деленное на 0,005 нФ, дает диэлектрическую проницаемость 15. В статье, указанной выше, я говорю о значении 27, но у меня нет фотографий измерений для этой версии.

Другие соображения

Два других соображения для ваших собственных измерений — удельное сопротивление и влияние краев.

Если у вас есть плоский конденсатор, вы можете представить себе электрическое поле, показанное линиями на диаграмме. Обратите внимание, что электрическое поле на краях отличается от поля между пластинами. Обратите также внимание, что это зависит от геометрии пластин. Например, тонкие пластины имеют более острые края и более плотные линии электрического поля на краях. Но нас интересует только то, что происходит с материалом в области между пластинами, а не по краям. Один из способов свести к минимуму влияние краев на наши измерения — просто иметь большую площадь пластины по сравнению с количеством краев, что делает край менее значимым.

Еще одна вещь, которую следует учитывать, — это удельное сопротивление вашего диэлектрического материала. Естественно, вы захотите, чтобы ваш конденсатор имел хороший изолятор в качестве диэлектрика. Но поскольку мы делаем здесь самодельные вещи, возможно, вы сделали диэлектрический материал, обладающий некоторой проводимостью. Итак, после того, как вы изготовили диэлектрический материал, поместите несколько пластин с обеих сторон и измерьте сопротивление от пластины к пластине, используя шкалу сопротивления вашего измерителя. Он должен показывать то, что обычно показывает ваш измеритель для чего-то, что имеет слишком высокое сопротивление измерению.

Однажды я столкнулся с проблемой удельного сопротивления.