커패시터는 전기장에 충전을 저장하는 전기 성분입니다. 커패시터의 커패시턴스는 단위 전압 당 저장 될 수있는 전하의 양입니다. 커패시터에 저장된 에너지는 커패시턴스 및 전압에 비례합니다.
전자 장치와 관련하여 전기 회로의 기둥 역할을하는 중요한 구성 요소는 저항기, 인덕터 및 커패시터입니다. 커패시터의 주요 역할은 일정량의 전하를 제자리에 보관하는 것입니다. 커패시터의 재미있는 점은 실제로 하늘에 떠 다니는 것을 볼 수 있다는 것입니다! 예, 맞습니다 ... 자연의 커패시터 형태는 구름입니다. 그들은 더 전통적인 커패시터처럼 에너지를 저장하고 전하를 충분히 수집했을 때 폭풍 동안 배출합니다. 즉, 우리의 관심을 작은 인공 커패시터로 되돌려 놓고 그들이 어떻게 작동하는지 정확하게 이해하려고 노력합시다.
(이미지 크레딧 :Pixabay)
작전 이론
(사진 크레딧 :Papa 11 월/Wikimedia Commons)
커패시터는 비전도 영역으로 분리 된 2 개의 도체로 구성된 장치입니다. 이 비전도 영역의 기술 용어는 유전체 로 알려져 있습니다. . 유전체는 진공, 공기, 종이, 플라스틱, 세라믹 또는 반도체를 포함한 임의의 비전도 요소 일 수 있습니다. 이제 커패시터 내부의 전하가 어떻게 개발되는지에 대해 이야기 해 봅시다.
먼저 Coulomb 's Law로 알려진 기본 법을 이해하려고 노력하겠습니다. 이것은 충전과 같은 요금이 전하의 산물에 비례하고 그들 사이의 거리의 제곱에 반비례하는 힘으로 요금을 부과하고 반대의 요금을 유치한다고 말합니다. 이제이 법을 사용하여 커패시터의 한 접시에 쌓인 혐의가 다른 도체의 다른 판의 충전에 힘을 가하는 것으로 설명 할 수 있습니다. 같은 요금은 서로를 유치하는 반면, 반대의 요금은 서로 격퇴 할 것입니다. 이로 인해 도체의 표면이 동등하고 반대되는 충전을 개발하고 유지하게합니다. 두 도체 사이의 유전체는 그것을 통과하는 전기장을 개발합니다.
커패시터가 덜 엄격한 방식으로 어떻게 작동하는지 시각화하려는 경우, 시각화를 더 쉽게 할 수 있도록 항상 유압 비유를 취할 수 있습니다. 고무 막이 물이 흐르는 파이프에 존재한다고 상상해 봅시다. 이제이 경우 멤브레인은 커패시터와 유사한 것입니다. 물은 막을 통과 할 수 없지만 막이 최대 범위로 뻗어 있다면 일부는 할 수 있습니다. 이 비유는 우리에게 몇 가지 사항을 명확하게합니다.
- 전류는 물이 막을 뻗는 것처럼 커패시터의 전하를 변경합니다. 이것은 커패시터의 한 판에 더 많은 전하가 있고 다른 판이 쿨롱 법으로 인해 감소하는 것으로 관찰된다는 사실을 다루고 있습니다. 이것은 한쪽의 물의 양이 다른 쪽의 물량과 비교적 증가하기 때문에 고무 막과 다시 유사합니다. .
- 커패시터가 많이 충전 될수록 커패시터가 경험할 전압 강하가 클수록. 이것은 고무 막이 얼마나 멀리 스트레치되는지에 비례하여 물 위를 다시 밀어 붙인다는 사실과 유사합니다.
- 재미있는 현상이 발생합니다. 즉, 전자가 상대방으로 물리적으로 교차하지 않더라도 충전소는 여전히 커패시터를 통해 흐를 수 있습니다. 이것은 파이프를 통해 흐르는 물과 유사합니다. 물 분자는 막을 통해 흐를 수 없지만 흐름은 같은 방향으로 영원히 계속 될 수 없습니다. 고무 막은 커패시터의 유전체 파괴와 유사한 일부 임계 값 지점에서 물이 끊어지고 물이 지나가도록해야합니다.
커패시턴스, 전압, 전력 및 에너지
정량적 용어로, 커패시턴스는 요소에 의해 저장 될 수있는 단위 전압 당 전하이다. 커패시터의 커패시턴스는 물병의 부피로 상상할 수 있습니다. 병이 클수록 더 많은 물을 저장할 수 있습니다. 마찬가지로, 커패시터가 클수록 커패시턴스 값이 커집니다. 커패시터의 커패시턴스에 대한 공식은 다음과 같습니다.
c =q/v
커패시턴스의 단위는 Farad (F)입니다. 커패시턴스는 하나의 쿨롱이 커패시터 플레이트의 두 끝을 가로 질러 하나의 금고로 저장 될 수 있다면 하나의 파라드라고합니다. 위의 방정식에서 Q는 저장된 전하의 양을 의미하며 V는 커패시터가 경험하는 전압 또는 전위차입니다.
이제 에너지가 커패시터에 어떻게 저장되는지 이해해 보자. 모든 장치를 통해 흐르는 전류는 시간 단위를 통해 흐르는 전하량으로 계산 될 수 있습니다.
i =dq/dt
커패시터의 커패시턴스 값을 재 배열하여 다음과 같습니다.
c*dv =dq
이제 재 배열 된 공식을 현재 공식 (i =dq/dt)에 연결하여 다음 공식을 얻습니다.
.i =c*dv/dt
완전히 충전 된 지점으로 충전되기 전에 한계를 취함으로써 양쪽에 명확한 적분을 취하고 다음과 같은 공식을 얻습니다.
.
위의 공식은 기한 충전 기간 T 후 커패시터의 전압 및 전류를 제공합니다. 표준 전력 공식을 사용하여 커패시터의 전력을 얻을 수 있습니다.
p =vi
상기 방정식에서, P는 커패시터에 의해 흡수되는 전력을 나타냅니다. V와 나는 커패시터의 전압과 전류를 각각 지적합니다. 이제 커패시터의 현재 공식 (i =c*dv/dt)을 꽂아 다음과 같은 공식을 얻습니다.
p =v*c*(dv/dt)
소비자가 소비하는 에너지는 위의 전력의 적분을 취함으로써 얻을 수 있으며, 우아한 솔루션에 도달하기 위해 작은 단일 계산을 수행 할 수 있습니다 :
이를 통해 커패시터는 전기를 전위로 저장하기위한 발전소라는 결론을 내릴 수 있습니다. 이 점을 염두에두고 다음 뇌우 동안 겁에 질린 친구들에게 돌아와서 지구상에서 가장 큰 커패시터가 번개가 만들어지고 있음을 알릴 수 있습니다!
