電気工学における静電容量とは何ですか

電気容量は、電場の影響下で帯電する導電体の特性、およびこれらの体の場に電気エネルギーを蓄積する特性を特徴付けます。

静水圧学の分野における電気容量の類推は、単位高さあたりの容器の比容量であり、数値的には容器の水平断面の面積に等しい。

高い水槽を想像してください。タンク内に貯められる液体の量（人体にかかる電気量）は、タンクの充填高さ（人体電位）とタンクの単位高さあたりの液体の体積（人体容量）によって決まります。この液体の体積は、タンクの水平部分の面積、つまり直径によって決まります。

この直径が大きくなり、したがって単位高さあたりの体積が大きくなるほど、タンクの高さあたりの比静電容量が大きくなります（2つのプレート間の電気容量はプレートの面積に比例します。参照） コンデンサの静電容量は何で決まるのでしょうか？）。したがって、それは単位高さあたりの液体の体積の値と、タンクを満たすのに費やさなければならない作業に依存します。

空間内に互いに一定の距離を置いて、同じサイズの 2 つの銅球 (赤と青) があるとします。 9 ボルトの電池を用意し、これら 2 つのボールに反対極を接続して、«+» が一方のボール (青) に接続され、«-» がもう一方 (赤) に接続されます。バッテリー電圧 V = 9 ボルトに等しい電位差がボール間に現れます。

これら 2 つの銅ボールの電気的状態は、バッテリーが接続される前とはすぐに異なります。これは、ボール上に逆の電荷が存在し、相互作用し、相互に引力を受けるためです。

バッテリーは左のボールから右に正の電荷 + q を転送したため、ボール間の電位差は V = 9 ボルトになったと言えます。ここで、左側のボールはマイナスに帯電しています -q。

同じ種類の別の電池を回路に直列に追加すると、ボール間の電位差は 2 倍になり、ボール間の電圧は 9 ボルトではなく 18 ボルトになり、充電はバッテリーから移動します。ボールとボールの電圧も2倍（2qになります）になります。しかし、電圧が9ボルト上昇するたびに移動するこの電荷qの大きさはいくらでしょうか?

明らかに、この電荷の大きさはボール間に生じる電位差に比例します。しかし、電荷と電位差は正確な数値比でどのような比率になるのでしょうか?ここで、導体の電気容量 C などの特性を導入する必要があります。

静電容量は、導体の電荷を蓄積する能力の尺度です。 最初のワイヤが帯電すると、その周囲の電界の強度が増加することを理解することも重要です。したがって、第 2 の帯電ワイヤに対する第 1 の帯電ワイヤの影響は、特にそれらが互いに近づき始めると増加します。

帯電したワイヤ間の相互作用力は、ワイヤ間の距離が小さくなると大きくなります。さらに、ワイヤ間の媒体のパラメータに応じて、相互作用の強さも異なります。

したがって、ワイヤ間に真空がある場合、それらの電荷間の引力は 1 になりますが、真空の代わりにナイロンがワイヤ間に配置されると、静電相互作用の力は 3 倍になります。それ自体を通る電界は空気よりも 3 倍優れており、実際に電界により、帯電したワイヤは相互作用します。

帯電したワイヤが互いに異なる方向に広がり始めると、相互作用が少なくなり、同じ電荷に対する電位差が大きくなります。つまり、ワイヤが離れるとそのようなシステムの容量が減少します。作品は電気容量の考え方に基づいています コンデンサ.

コンデンサ

誘電体によって分離された互いの電場を介して静電的に相互作用する帯電した導体の特性は、コンデンサで利用されます。

構造的に、コンデンサはプレートと呼ばれる2枚の板です。プレートは誘電体によって分離されています。可能な限り最大の容量を得るには、プレートの表面積が大きく、プレート間の距離が最小限である必要があります。

電気工学におけるコンデンサは、コンデンサのプレート間に配置された誘電体の体積に集中する電界内の電気エネルギーの蓄積器として機能し、これにより電荷が蓄積または除去されます（電流の形で）。

2 つのプレートは密閉されたハウジング内に短い距離を置いて配置されます。セラミック、ポリプロピレン、電解、タンタルなど— コンデンサはプレート間の誘電体の種類が異なります。

コンデンサには絶縁耐力に応じて高電圧と低電圧があります。

プレートの面積と使用される誘電体の誘電率に応じて、数百ファラッドに達する大容量のコンデンサ（スーパーコンデンサ）と、ピコファラド単位の小さな容量のコンデンサがあります。

電気工学における電気容量の使用

容量性システムの特性は、電気工学、交流技術、特に高周波および超高周波の分野で広く使用されています。

DC技術では、静電容量は、パルス電気溶接、パルス絶縁破壊試験、整流器の電流曲線平滑化などのために、永久磁石磁化装置で使用されます。

絶縁された導電体のシステムの静電容量は、完全にゼロにすることはできず、場合によっては、電気デバイスの特性に望ましくない影響を与える可能性があります (干渉、容量性漏れなどの形で)。

このような影響を取り除くか、その影響を適切に補償することで (通常は インダクタンスを利用する）、または周囲の物体に対するシステムの特定の物体の電位が最小値を持つような条件を作成することによって（たとえば、物体の 1 つが接地される）。