Mis on mahtuvus elektrotehnikas

Elektriline võimsus iseloomustab juhtivate kehade omadust laetuda elektrivälja mõjul ja ka akumuleerida nende kehade väljas elektrienergiat.

Elektrilise võimsuse analoogia hüdrostaatika valdkonnas võib olla laeva erivõimsus kõrgusühiku kohta, mis on arvuliselt võrdne laeva horisontaalse osa pindalaga.

Kujutage ette kõrget tsisterni. Paaki mahutav vedeliku kogus (keha elektrienergia hulk), mida saab hoida, sõltub nii selle täitmise kõrgusest (kehapotentsiaal) kui ka vedeliku mahust paagi kõrgusühiku kohta (keha mahutavus). See vedeliku maht sõltub omakorda paagi horisontaalse osa pindalast - selle läbimõõdust.

Mida suurem on see läbimõõt ja seega ka maht ühiku kõrguse kohta, seda suurem on erimahtuvus paagi kõrguse kohta (kahe plaadi vaheline elektriline mahtuvus on võrdeline plaatide pindalaga, vt. Mis määrab kondensaatori mahtuvuse?).Sellest lähtuvalt sõltub see vedeliku mahu väärtusest kõrgusühiku kohta ja tööst, mis tuleb paagi täitmiseks kulutada.

Oletame, et ruumis on kaks ühesuurust vaskkuuli (punane ja sinine), mis asuvad üksteisest teatud kaugusel. Võtke 9-voldine aku ja ühendage see vastaspoolustega nende kahe kuuliga nii, et «+» oleks ühendatud ühe kuuliga (sinisega) ja «-» teisega (punasega). Kuulide vahele ilmub elektripotentsiaalide erinevus, mis on võrdne aku pingega V = 9 volti.

Nende kahe vaskkuuli elektriline olek muutus koheselt teistsuguseks kui enne aku ühendamist, sest nüüd on kuulidel vastandlikud elektrilaengud, mis interakteeruvad, kogedes üksteise poole tõmbejõudu.

Võime öelda, et aku on kandnud positiivse laengu + q vasakult kuulilt paremale ja seetõttu on kuulide potentsiaalide vahe muutunud V = 9 volti. Nüüd on vasak pall negatiivselt laetud -q.

Kui lisame ahelasse järjestikku veel ühe sama tüüpi aku, siis muutub kuulide potentsiaalide vahe kaks korda suuremaks, pinge nende vahel ei ole enam 9 volti, vaid 18 volti ja laeng liigub pall pallile kahekordistub (sellest saab 2q) ja ka pinge. Aga kui suur on see laeng q, mis liigub iga kord, kui pinge tõuseb 9 volti?

Ilmselgelt on selle laengu suurus võrdeline kuulide vahel tekkiva potentsiaalse erinevusega. Kuid millises täpses arvulises vahekorras on laengu ja potentsiaali erinevus? Siin peame tutvustama sellist juhi omadust nagu elektriline võimsus C.

Mahtuvus mõõdab juhi võimet salvestada elektrilaengut. Samuti on oluline mõista, et kui esimene juhe laetakse, suureneb seda ümbritseva elektrivälja tugevus. Vastavalt sellele suureneb esimese laetud juhtme mõju teisele laetud juhtmele, eriti kui need hakkavad üksteisele lähenema.

Laetud juhtmete vastastikmõju suureneb, kui nendevaheline kaugus väheneb. Lisaks, sõltuvalt juhtmetevahelise keskkonna parameetritest, võib nende koostoime tugevus olla erinev.

Nii et kui juhtmete vahel on vaakum, siis on nende laengute vaheline tõmbejõud üks, aga kui vaakumi asemel asetada juhtmete vahele nailon, siis elektrostaatilise vastasmõju jõud kolmekordistub, kuna nailon läbib elektriväli läbib ennast 3 korda paremini kui õhk ja tegelikult tänu elektriväljale interakteeruvad laetud juhtmed omavahel.

Kui laetud juhtmed hakkavad üksteisest eri suundades levima, siis nad suhtlevad vähem, potentsiaalide erinevus on samade laengute puhul suurem, see tähendab, et sellise süsteemi võimsus väheneb juhtmete eraldumisega. Töö põhineb elektrivõimsuse ideel kondensaatorid.

Kondensaatorid

Kondensaatorites kasutatakse laetud juhtide omadust üksteisega elektrostaatiliselt suhelda üksteise dielektrikuga eraldatud elektriväljade kaudu.

Struktuuriliselt on kondensaatorid kaks plaati, mida nimetatakse plaatideks. Plaadid on eraldatud dielektrikuga.Suurima võimaliku võimsuse saavutamiseks on vajalik, et plaatidel oleks suur pind ja nendevaheline kaugus oleks minimaalne.

Kondensaatorid elektrotehnikas toimivad elektrienergia akumulaatoritena elektriväljas, mis on koondunud kondensaatori plaatide vahele paigutatud dielektriku ruumalasse, mille tõttu laeng akumuleerub või eemaldatakse (elektrivoolu kujul).

Kaks plaati asetatakse üksteisest väikese vahemaa tagant suletud korpusesse. Keraamika, polüpropüleen, elektrolüüt, tantaal jne. — kondensaatorid erinevad plaatidevahelise dielektriku tüübi poolest.

Kondensaatorid on olenevalt dielektrilisest tugevusest kõrge- ja madalpingelised.

Sõltuvalt plaatide pindalast ja kasutatava dielektriku dielektrilisest konstandist on suure võimsusega kondensaatoreid, mis ulatuvad sadade faradeni (superkondensaatorid), ja väikese võimsusega - pikofarade ühikud.

Elektrilise võimsuse kasutamine elektrotehnikas

Mahtuvuslike süsteemide omadust kasutatakse laialdaselt elektrotehnikas vahelduvvoolutehnoloogiates, eriti kõrgete ja ülikõrgete sageduste valdkonnas.

Alalisvoolutehnoloogias kasutatakse mahtuvust püsimagnetiga magnetiseerimisseadmetes, impulss-elektri keevitamiseks, impulssdielektriliste läbilöögikatseteks, voolukõvera silumiseks alaldites jne.

Mis tahes isoleeritud juhtivate kehade süsteemi mahtuvus, mida ei saa täielikult nullini vähendada, võib mõnel juhul avaldada soovimatut mõju elektriseadmete omadustele (häirete, mahtuvusliku lekke jne kujul).

Sellisest mõjust saate vabaneda või selle mõju asjakohaselt kompenseerida (tavaliselt kasutades induktiivsust), või luues sellised tingimused, kus süsteemi teatud kehade potentsiaalil ümbritsevate objektide suhtes on minimaalne väärtus (näiteks ühe keha maandus).