Apa itu kapasitansi dalam teknik listrik

Kapasitas listrik mencirikan sifat benda konduktif untuk mengisi daya di bawah pengaruh medan listrik, serta mengakumulasi energi listrik di medan benda ini.

Analogi kapasitas listrik di bidang hidrostatik dapat berupa kapasitas spesifik kapal per satuan tinggi, yang secara numerik sama dengan luas penampang horizontal kapal.

Bayangkan sebuah tangki yang tinggi. Jumlah cairan (jumlah listrik pada tubuh) yang dapat disimpan dalam tangki tergantung pada ketinggian pengisiannya (potensial tubuh) serta volume cairan per satuan tinggi tangki (kapasitas tubuh). Volume cairan ini, pada gilirannya, bergantung pada luas bagian horizontal tangki — pada diameternya.

Semakin besar diameter ini, dan karenanya volume per satuan tinggi, semakin besar kapasitansi spesifik per ketinggian tangki (kapasitansi listrik antara dua pelat sebanding dengan luas pelat, lihat — Apa yang menentukan kapasitansi kapasitor?).Dengan demikian, itu tergantung pada nilai volume cairan per satuan tinggi dan pekerjaan yang harus dilakukan untuk mengisi tangki.

Misalkan ada dua bola tembaga dengan ukuran yang sama (merah dan biru) yang terletak pada jarak tertentu satu sama lain di luar angkasa. Ambil baterai 9 volt dan sambungkan dengan kutub yang berlawanan ke kedua bola ini sehingga «+» terhubung ke satu bola (ke biru) dan «-» ke bola lainnya (ke merah). Perbedaan potensial listrik yang sama dengan tegangan baterai V = 9 volt akan muncul di antara bola-bola tersebut.

Keadaan kelistrikan kedua bola tembaga ini langsung berbeda dengan sebelum baterai disambungkan, karena sekarang terdapat muatan listrik berlawanan pada bola yang berinteraksi, mengalami gaya tarik-menarik satu sama lain.

Kita dapat mengatakan bahwa baterai telah mentransfer muatan positif + q dari bola kiri ke kanan dan oleh karena itu beda potensial antara bola menjadi V = 9 volt. Sekarang bola kiri bermuatan negatif -q.

Jika kita menambahkan baterai lain dari jenis yang sama ke rangkaian secara seri, maka beda potensial antara bola akan menjadi dua kali lebih besar, tegangan di antara keduanya tidak lagi 9 volt, tetapi 18 volt, dan muatan akan berpindah dari bola ke bola juga akan berlipat ganda (akan menjadi 2q) serta tegangan. Tapi berapa besarnya muatan q yang bergerak setiap kali tegangan naik 9 volt?

Jelas, besarnya muatan ini sebanding dengan perbedaan potensial yang tercipta di antara bola. Tetapi berapa rasio numerik yang tepat untuk muatan dan beda potensial? Di sini kita harus memperkenalkan karakteristik konduktor seperti kapasitas listrik C.

Kapasitansi adalah ukuran kemampuan konduktor untuk menyimpan muatan listrik. Penting juga untuk dipahami bahwa ketika kabel pertama diisi, kekuatan medan listrik di sekitarnya meningkat. Karenanya, efek kabel bermuatan pertama pada kabel bermuatan kedua akan meningkat, terutama jika keduanya mulai saling berdekatan.

Gaya interaksi antar kabel bermuatan menjadi lebih besar jika jarak antar kabel menjadi lebih kecil. Selain itu, tergantung pada parameter media antar kabel, kekuatan interaksinya juga bisa berbeda.

Jadi jika ada ruang hampa di antara kabel, maka gaya tarik-menarik antara muatannya akan menjadi satu, tetapi jika nilon ditempatkan di antara kabel alih-alih ruang hampa, maka gaya interaksi elektrostatik akan berlipat tiga, karena nilon melewati sebuah medan listrik melalui dirinya sendiri 3 kali lebih baik daripada udara dan sebenarnya karena medan listrik, kabel bermuatan berinteraksi satu sama lain.

Jika kabel bermuatan mulai menyebar satu sama lain ke arah yang berbeda, maka interaksinya akan lebih sedikit, perbedaan potensial akan lebih besar untuk muatan yang sama, yaitu kapasitas sistem seperti itu akan berkurang dengan pemisahan kabel. Pekerjaan didasarkan pada gagasan kapasitas listrik kapasitor.

Kapasitor

Properti konduktor bermuatan untuk berinteraksi secara elektrostatis satu sama lain melalui medan listrik satu sama lain yang dipisahkan oleh dielektrik digunakan dalam kapasitor.

Secara struktural, kapasitor adalah dua pelat yang disebut pelat. Pelat dipisahkan oleh dielektrik.Untuk mendapatkan kapasitas sebesar mungkin, pelat harus memiliki permukaan yang besar dan jarak antar pelat minimal.

Kapasitor dalam teknik kelistrikan berfungsi sebagai akumulator energi listrik dalam medan listrik, yang terkonsentrasi dalam volume dielektrik yang ditempatkan di antara pelat kapasitor, yang dengannya muatan diakumulasikan atau dihilangkan (dalam bentuk arus listrik).

Dua pelat ditempatkan terpisah jarak pendek di dalam wadah tertutup. Keramik, polipropilen, elektrolitik, tantalum, dll. — kapasitor berbeda dalam jenis dielektrik antara pelat.

Kapasitor adalah tegangan tinggi dan tegangan rendah, tergantung pada kekuatan dielektriknya.

Bergantung pada luas pelat dan konstanta dielektrik dari dielektrik yang digunakan, ada kapasitor dengan kapasitas besar, mencapai ratusan farad (superkapasitor), dan kapasitas kecil - satuan picofarad.

Penggunaan kapasitas listrik dalam teknik listrik

Properti sistem kapasitif banyak digunakan dalam teknik kelistrikan dalam teknologi arus bolak-balik, terutama di bidang frekuensi tinggi dan ultra tinggi.

Dalam teknologi DC, kapasitansi digunakan dalam perangkat magnetisasi magnet permanen, untuk pengelasan listrik berdenyut, uji kerusakan dielektrik berdenyut, perataan kurva arus dalam penyearah, dll.

Kapasitansi dari sistem apa pun dari badan penghantar terisolasi, yang tidak dapat sepenuhnya direduksi menjadi nol, dalam beberapa kasus dapat memiliki efek yang tidak diinginkan pada karakteristik perangkat listrik (dalam bentuk interferensi, kebocoran kapasitif, dll.).

Anda dapat menghilangkan pengaruh semacam itu atau dengan mengkompensasi efeknya secara tepat (biasanya menggunakan induktansi), atau dengan menciptakan kondisi seperti itu di mana potensi benda tertentu dari sistem sehubungan dengan objek di sekitarnya memiliki nilai minimum (misalnya, pentanahan salah satu benda).