정전 용량

커패시터는 두 개의 분리된 도체로 구성되어 있으며 커패시턴스 C는 "충전 용량"을 나타냅니다. 이 두 도체 들 사이에 전압 차이 V를 적용하면 다른 도체에 한 도체에 +Q와 Q를 유도할 수 있습니다(따라서 총 충전은 0, 즉 커패시터는 전체적으로 충전 중립입니다),

(방정식 1)

Q는 하나의 도체에 대한 충전입니다(0이 될 두 도체의 총 충전은 아님). 전압 V가 시간에 따라 변경되는 경우, 충전 Q도 마찬가지입니다. ΔV 및 ΔQ에 의해 V및 Q가 각각 시간 간격으로 변경되면, 다음,

ΔQ = C • ΔV

그리고

ΔQ/Δt는 커패시터의 양전하 도체로 흐르는 전류("충전 전류"라고 함)이므로 수학식 2에나와 같이 :

(방정식 2)

이는 커패시턴스가 전압 변화 속도(ΔV/Δt)를 커패시터로 흐르는 전류로 변환하는 비례계수(그림 1참조)를 의미한다.

커패시턴스는 커패시턴스 미터를 사용하여 직접 측정할 수도 있습니다(예: 멀티 미터 또는 "LCR 미터"의 커패시턴스 측정 모드를 사용; 그림 2참조).

그림 1과 2에묘사된 가장 간단한 종류의 커패시터는 두 개의 병렬 전도 플레이트로 구성되며 "병렬 플레이트 커패시터"라고 합니다. 그 정전 용량 C는 방정식 에 의해 주어진 다 3

(방정식 3)

여기서 A는 플레이트의 영역이고, d는 플레이트 사이의 분리이며, 두 플레이트 사이의 배지의 유전체 상수(또는 커패시터를 "채우기")이다. 매체는 전기적으로 절연되어야 합니다. 진공청소기의 경우

F/m

이 값은 일반적으로 ε_0으로표시되며, 이는 또한 공기의 ε 좋은 근사치로 묘사합니다. 오일과 같은 다른 매체는 일반적으로 진공 값에서 배율이 0으로 확장되는 더 큰 ε 가지ε 위에_인용된 계수보다 큰 요인이 된다. 이 계수는 매체의 "상대적" 유전체 상수 또는 허용성으로 알려져 있으며 일반적으로 θ로 표시된다. 이러한 매체는 일반적으로 "유전체 재료"라고도 합니다.

따라서 병렬 플레이트 커패시터의 경우 다음을 수행합니다.

충전 Q가 고정되면 플레이트 분리 D를 늘리면 전압 V(d에 비례)가 증가합니다.

(방정식 4) 

커패시터는 저항기와 마찬가지로 병렬 또는 계열로 연결할 수 있습니다. 총 "효과적인" 커패시턴스는 병렬 또는 계열 연결의 개별 커패시턴스와 관련이 있으며, 이는 병렬/계열 저항기 연결의 전기 전도도가 개별 전도와 어떻게 관련이 있는지와 유사하다. 따라서, 커패시턴스 C₁ 및 C_2를가진 2개의 커패시터의 경우, 병렬 연결에 대한 총 정전용량은 두 정전용량의 합과 같다. 또는

(방정식 5)

계열 연결의 경우

(방정식 6)

이 두 종류의 연결은 그림 3과 4에묘사됩니다.

그림 1: 커패시터를 충전하는 데 사용되는 전압 소스에 연결된 커패시터와 전류를 읽을 수 있는 앰프 미터를 보여주는 다이어그램입니다.

그림 2: 커패시터에 연결된 커패시턴스 미터를 보여 주어 정전 용량을 직접 측정합니다.

커패시터의 경우 그림 7과같이 현재 I 대 램프 속도 ΔV/Δt의 플롯이 선형입니다. 전류는 하나의 도체 단자에서 충전 Q의 변화 속도이므로 커패시터(방정식1)에대한 충전 Q와 전압 V 사이의 선형 관계도 반영한다. 선의 기울기는 커패시터(수학식2)의커패시터와 동일합니다.

고정 충전 Q가 있는 병렬 플레이트 커패시터의 경우, 도 8에묘사된 바와 같이 플레이트 와 플레이트 사이의 전압 V의 플롯도 선형이어야 한다. 이는 평행플레이트 커패시터의 커패시턴 C가 거리 d(수학식3)에반비례하고 전압 V가 커패시턴스 C에 반비례하는 결과(충전 Q가 고정되어 있기 때문에, 방정식 1)를검증한다.

두 개의 커패시터의 경우 각각 1μF의 커패시턴스를 갖는 경우, 병렬 연결은 2μF의 총 정전 용량을 제공해야 하며, 시리즈 연결은 0.5 μF의 총 정전 용량을 측정해야 하며, 방정식 5및 6은 평행 또는 연재로 커패시턴스를 결합하는 규칙에 일치합니다.

그림 7: 전류와 전압 램프 속도 사이의 예시선형 플롯입니다.

그림 8: 플레이트 간 전압과 거리 사이의 예시선형 플롯입니다.

이 실험에서 커패시터의 충전이 시연되었으며, 여기서 전류는 커패시턴스의 생성물이며 전압 의 변화 속도입니다. 고정 전하를 감안할 때 전압이 어떻게 달라지는지 관찰함으로써, 우리는 병렬 플레이트 커패시터의 커패시턴스가 분리와 플레이트 사이의 매체에 어떻게 다른지 보여주었습니다.

커패시턴스 미터를 사용하여 정전 용량을 직접 측정하고 병렬 또는 연열에 연결된 커패시터의 총 커패시터에 대한 총 커패시턴스를 결정할 수도 있습니다.

커패시터는 일반적으로 많은 회로 응용 프로그램에서 사용됩니다. 요금과 에너지를 저장하는 데 사용할 수 있습니다. 전기 신호 처리에 필수적입니다. 예를 들어, 커패시터 전류로서 "분화기"라고 불리는 전기 신호의 유도체를 복용하는 것은 커패시터에 적용되는 시간 종속 전압의 유도체에 직접적으로 비례한다. 그들은 또한 필터에 사용됩니다 (커패시터를 구성하는 두 컨덕터 사이의 전도는 일반적으로 낮은 주파수에서 매우 낮지만 더 높은 주파수에서 증가합니다).

실험의 저자는 게리 허드슨의 재료 준비에 대한 도움을 인정하고 비디오의 단계를 시연하기위한 Chuanhsun 리.