Què és la capacitat en enginyeria elèctrica

La capacitat elèctrica caracteritza la propietat dels cossos conductors de carregar-se sota la influència d'un camp elèctric, i també d'acumular energia elèctrica en el camp d'aquests cossos.

Una analogia de la capacitat elèctrica en el camp de la hidrostàtica pot ser la capacitat específica d'un vaixell per unitat d'alçada, que és numèricament igual a l'àrea de la secció horitzontal del vaixell.

Imagineu-vos una cisterna alta. La quantitat de líquid (la quantitat d'electricitat del cos) que es pot emmagatzemar al dipòsit depèn de l'alçada del seu ompliment (potencial corporal) així com del volum de líquid per unitat d'alçada del dipòsit (capacitat del cos). Aquest volum de líquid, al seu torn, depèn de l'àrea de la part horitzontal del dipòsit, del seu diàmetre.

Com més gran sigui aquest diàmetre i, per tant, el volum per unitat d'alçada, més gran serà la capacitat específica per alçada del dipòsit (la capacitat elèctrica entre les dues plaques és proporcional a l'àrea de les plaques, vegeu: Què determina la capacitat d'un condensador?).En conseqüència, depèn del valor del volum de líquid per unitat d'alçada i del treball que s'ha de dedicar a omplir el dipòsit.

Suposem que hi ha dues boles de coure de la mateixa mida (vermella i blava) situades a una certa distància l'una de l'altra a l'espai. Agafeu una bateria de 9 volts i connecteu-la amb pols oposats a aquestes dues boles de manera que «+» estigui connectat a una bola (a la blava) i «-» a l'altra (a la vermella). Entre les boles apareixerà una diferència de potencial elèctric igual a la tensió de la bateria V = 9 volts.

Els estats elèctrics d'aquestes dues boles de coure es van tornar immediatament diferents als d'abans de connectar la bateria, perquè ara hi ha càrregues elèctriques oposades a les boles que interactuen, experimentant la força d'atracció entre elles.

Podem dir que la bateria ha transferit una càrrega positiva + q de la bola esquerra a la dreta i per tant la diferència de potencial entre les boles s'ha convertit en V = 9 volts. Ara la bola esquerra està carregada negativament -q.

Si afegim una altra bateria del mateix tipus al circuit en sèrie, aleshores la diferència de potencial entre les boles serà el doble, la tensió entre elles ja no serà de 9 volts, sinó de 18 volts, i la càrrega es desplaçarà des del bola a la bola també es duplicarà (es convertirà en 2q) així com la tensió. Però, quina és la magnitud d'aquesta càrrega q que es mou cada cop que la tensió augmenta 9 volts?

Òbviament, la magnitud d'aquesta càrrega és proporcional a la diferència de potencial creada entre les boles. Però en quina relació numèrica exacta es troben la càrrega i la diferència de potencial? Aquí haurem d'introduir una característica del conductor com la capacitat elèctrica C.

La capacitància és una mesura de la capacitat d'un conductor per emmagatzemar càrrega elèctrica. També és important entendre que quan es carrega el primer cable, la força del camp elèctric que l'envolta augmenta. En conseqüència, l'efecte del primer cable carregat sobre el segon cable carregat augmentarà, sobretot si comencen a acostar-se l'un a l'altre.

La força d'interacció entre els cables carregats es fa més gran si la distància entre ells es fa menor. A més, depenent dels paràmetres del medi entre els cables, la força de la seva interacció també pot ser diferent.

Així, si hi ha un buit entre els cables, aleshores la força d'atracció entre les seves càrregues serà una, però si el niló es col·loca entre els cables en lloc d'un buit, aleshores la força de la interacció electrostàtica es triplicarà, perquè el niló passa un camp elèctric per si mateix 3 vegades millor que l'aire i, de fet, a causa del camp elèctric, els cables carregats interactuen entre ells.

Si els cables carregats comencen a estendre's entre ells en diferents direccions, interactuaran menys, la diferència de potencial serà més gran per a les mateixes càrregues, és a dir, la capacitat d'aquest sistema disminuirà amb la separació dels cables. El treball es basa en la idea de la capacitat elèctrica condensadors.

Condensadors

En els condensadors s'utilitza la propietat dels conductors carregats d'interaccionar electrostàticament entre ells a través dels camps elèctrics separats per un dielèctric.

Estructuralment, els condensadors són dues plaques anomenades plaques. Les plaques estan separades per un dielèctric.Per obtenir la major capacitat possible, és necessari que les plaques tinguin una gran superfície i la distància entre elles sigui mínima.

Els condensadors en enginyeria elèctrica serveixen com a acumuladors d'energia elèctrica en un camp elèctric que es concentra en el volum de dielèctric col·locat entre les plaques del condensador, a causa del qual la càrrega s'acumula o elimina (en forma de corrent elèctric).

Dues plaques es col·loquen a poca distància entre elles dins d'una carcassa segellada. Ceràmica, polipropilè, electrolític, tàntal, etc. — Els condensadors es diferencien pel tipus de dielèctric entre les plaques.

Els condensadors són d'alta tensió i de baixa tensió, depenent de la rigidesa dielèctrica.

Depenent de l'àrea de les plaques i de la constant dielèctrica del dielèctric utilitzat, hi ha condensadors de gran capacitat, que arriben a centenars de farads (supercondensadors) i de petita capacitat, unitats de picofarads.

L'ús de la capacitat elèctrica en l'enginyeria elèctrica

La propietat dels sistemes capacitius s'utilitza àmpliament en enginyeria elèctrica en tecnologies de corrent altern, especialment en el camp de les freqüències altes i ultra altes.

En la tecnologia de corrent continu, la capacitat s'utilitza en dispositius de magnetització d'imants permanents, per a la soldadura elèctrica polsada, proves de ruptura dielèctrica polsada, suavització de la corba de corrent en rectificadors, etc.

La capacitat de qualsevol sistema de cossos conductors aïllats, que no es pot reduir completament a zero, en alguns casos pot tenir un efecte no desitjat sobre les característiques dels dispositius elèctrics (en forma d'interferència, fuites capacitives, etc.).

Podeu desfer-vos d'aquesta influència o compensant adequadament el seu efecte (normalment utilitzant la inductància), o creant condicions en què els potencials de determinats cossos del sistema respecte als objectes circumdants tinguin un valor mínim (per exemple, la connexió a terra d'un dels cossos).