Формула емкости: В доступе на страницу отказано

Содержание

Расчетная формула и описание емкости нагрузки кристалла

Емкость нагрузки кварцевого генератора — это емкость, соединенная с двумя ножками кварцевого генератора и землей, обычно в десятках пф. Это повлияет на резонансную частоту и выходную амплитуду кварцевого генератора. Когда клиенты спрашивают нас о кварцевом генераторе, мы спрашиваем их, какова нагрузочная емкость кварцевого генератора. Резистор, подключенный к кварцевому генератору, является функцией обратной связи, которая облегчает запуск генератора.

 

Значение емкости нагрузки кристалла напрямую связано с точностью частотной модуляции. Если емкость нагрузки не является достаточно точной, точность приобретенного кристалла будет плохой, и способ расчета емкости нагрузки является суммой емкости, видимой с обоих концов кристалла.

 

Формула расчета: нагрузочная емкость кварцевого генератора Cf = [Cd * Cg / (Cd + Cg)] + Cic + △ C, где Cd и Cg — емкости, соответственно подключенные к двум ветвям кварцевого генератора и заземлению, Cic (интегральная схема) Внутренняя емкость) + △ C (емкость на печатной плате) составляет от 3 до 5 пф.

Различные интегральные схемы, Cic (внутренняя емкость интегральных микросхем) + △ C по-прежнему несколько отличаются, и материалы печатных плат также будут разными, поэтому их необходимо отрегулировать в соответствии с реальной ситуацией.

 

 

 

1. Соответствующая емкость: емкость нагрузки относится к емкости, необходимой для нормального колебания кварцевого генератора. Общая внешняя емкость должна сделать эквивалентную емкость на обоих концах кристалла равной или близкой к емкости нагрузки. В случаях, когда предъявляются высокие требования, следует также учитывать емкость относительно земли на входной клемме ic. Как правило, емкость, подключенная на обоих концах кварцевого генератора, в два раза больше требуемой емкости нагрузки. Это близко к емкости нагрузки параллельно.

 

2. Емкость нагрузки относится к общей внешней эффективной емкости поперек кристалла в цепи. Он является условием испытания и условием использования. При применении он обычно регулируется в соответствии с заданным значением емкости нагрузки для получения точной частоты. Размер этого конденсатора в основном влияет на частоту резонанса нагрузки и эквивалентное сопротивление резонанса нагрузки.

 

3. Как правило, увеличение емкости нагрузки будет уменьшать частоту колебаний, в то время как уменьшение емкости нагрузки будет увеличивать частоту колебаний.

 

4. Емкость нагрузки относится к сумме всех эффективных емкостей внутри и снаружи блока ИС, соединенных двумя выводами кварцевого генератора, который можно рассматривать как последовательное соединение кварцевого генератора в цепи. Разная частота нагрузки определяет разную частоту колебаний генератора. Для кристаллов с одинаковой номинальной частотой емкость нагрузки не обязательно одинакова. Поскольку кварцевый кварцевый генератор имеет две резонансные частоты, одна представляет собой кристалл конденсатора с низкой нагрузкой с последовательно расположенным кварцевым генератором, а другая представляет собой кристалл конденсатора с высокой нагрузкой с кварцевым генератором с параллельным ходом.

Следовательно, при замене кристаллов с одинаковой номинальной частотой требуется нагрузочная емкость, и они не могут быть заменены преждевременно, в противном случае это приведет к неправильной работе электрических приборов.

 

Формула емкости конденсатора через напряжение. Зарядка конденсатора от источника постоянной эдс

По назначению конденсатор можно сравнить с батарейкой. Но имеется принципиальное отличие в работе данных элементов. Существуют отличия в предельной емкости и скорости зарядки конденсатора и батарейки.

Формула заряда конденсатора

где q – величина заряда одной из обкладок конденсатора, а – разность потенциалов между его обкладками.

Электроемкость конденсатора — это величина, которая зависит то размеров и устройства конденсатора.

Заряд на пластинах плоского конденсатора равен:

где – электрическая постоянная; – площадь каждой (или наименьшей) пластины; – расстояние между пластинами; – диэлектрическая проницаемость диэлектрика, который находится между пластинами конденсатора.

Заряд на обкладках цилиндрического конденсатора вычисляется при помощи формулы:

где l – высота цилиндров; – радиус внешней обкладки; – радиус внутренней обкладки.

Заряд на обкладках сферического конденсатора найдем как:

Заряд конденсатора связан с энергией поля (W) внутри него:

Из формулы (6) следует, что заряд можно выразить как:

Рассмотрим последовательное соединение из N конденсаторов (рис. 1).

Здесь (рис.1) положительная обкладка одного конденсатора соединяется с отрицательной обкладкой следующего конденсатора. При таком соединении, обкладки соседних конденсаторов создают единый проводник. У всех конденсаторов, соединенных последовательно на обкладках имеются равные по величине заряды.

При параллельном соединении конденсаторов (рис.2), соединяют обкладки, имеющие заряды одного знака. Суммарный заряд соединения (q) равен сумме зарядов конденсаторов.

Примеры решения задач по теме «Заряд конденсатора»

ru. solverbook.com

Формула емкости конденсатора, С

Если q – величина заряда одной из обкладок конденсатора, а – разность потенциалов между его обкладками, то величина C, равная:

называется емкостью конденсатора. Это постоянная величина, которая зависит то размеров и устройства конденсатора.

Рассмотрим два одинаковых конденсатора, разница между которым заключается только в том, что между обкладками одного вакуум (или часто говорят воздух), между обкладками другого находится диэлектрик. В таком случае при равных зарядах на конденсаторах разность потенциалов воздушного конденсатора будет в раз меньше, чем между обкладками второго. Значит емкость конденсатора с диэлектриком (C) в раз больше, чем воздушного ():

где – диэлектрическая проницаемость диэлектрика.

За единицу емкости конденсатора принимают емкость такого конденсатора, который единичным зарядом (1 Кл) заряжается до разности потенциалов, равной одному вольту (в СИ). Единицей емкости конденсатора (как и любой эклектической емкости) в международной системе единиц (СИ) служит фарад (Ф).

Формула электрической емкости плоского конденсатора

Поле между обкладками плоского конденсатора обычно считают однородным. Его однородность нарушается только около краев. При вычислении емкости плоского конденсатора этими краевыми эффектами часто пренебрегают. Это следует делать, если расстояние между пластинами мало в сравнении с их линейными размерами. Для расчета емкости плоского конденсатора применяют формулу:

Электрическая емкость плоского конденсатора, который содержит N слоев диэлектрика толщина каждого , соответствующая диэлектрическая проницаемость i-го слоя , равна:

Формула электрической емкости цилиндрического конденсатора

Цилиндрический конденсатор представляется собой две соосных (коаксиальных) цилиндрические проводящие поверхности, разного радиуса, пространство между которыми заполняет диэлектрик. Электрическая емкость цилиндрического конденсатора вычисляется как:

Формула электрической емкости сферического конденсатора

Сферическим конденсатором называют конденсатор, обкладками которого являются две концентрические сферические проводящие поверхности, пространство между ними заполнено диэлектриком. Емкость такого конденсатора находят как:

где – радиусы обкладок конденсатора.

Примеры решения задач по теме «Емкость конденсатора»

ru.solverbook.com

Ёмкость конденсатора — Все формулы

Электрическая ёмкость — характеристика проводника (конденсатора), мера его способности накапливать электрический заряд.

Конденсатор состоит из двух проводников (обкладок), которые разделены диэлектриком. На емкость конденсатора не должны влиять окружающие тела, поэтому проводникам придают такую форму, чтобы поле, которое создается накапливаемыми зарядами, было сосредоточено в узком зазоре между обкладками конденсатора. Этому условию удовлетворяют: 1) две плоские пластины; 2) две концентрические сферы; 3) два коаксиальных цилиндра. Поэтому в зависимости от формы обкладок конденсаторы делятся на плоские, сферические и цилиндрические.

Так как поле сосредоточено внутри конденсатора, то линии напряженности начинаются на одной обкладке и кончаются на другой, поэтому свободные заряды, которые возникают на разных обкладках, равны по модулю и противоположны по знаку. Под емкостью конденсатора понимается физическая величина, равная отношению заряда Q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов (φ1 — φ2) между его обкладками

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

Конденсаторы можно классифицировать по следующим признакам и свойствам:

1) по назначению — конденсаторы постоянной и переменной емкости;

2) по форме обкладок различают конденсаторы плоские, сферические, цилиндрические и др.;

3) по типу диэлектрика — воздушные, бумажные, слюдяные, керамические, электролитические и т.д.

Так же есть:

Энергия конденсатора:

Ёмкость цилиндрического конденсатора:

Ёмкость плоского конденсатора:

Емкость сферического конденсатора:

В формуле мы использовали:

Электрическая ёмкость (ёмкость конденсатора)

Потенциал проводника (Напряжение)

Потенциал

Относительная диэлектрическая проницаемость

Электрическая постоянная

Площадь одной обкладки

Расстояние между обкладками

xn--b1agsdjmeuf9e. xn--p1ai

Заряд конденсатора, теория и примеры задач

Определение и заряд конденсатора

Возможность конденсатора накопить электрический заряд зависит от главной характеристики конденсатора – емкости (C).

По своему назначению конденсатор можно уподобить батарейке. Однако существует принципиальное отличие в принципах работы этих элементов. Отличаются, также максимальные емкости и скорости зарядки и разряда конденсатора и батарейки.

Если к конденсатору присоединить источник напряжения (рис.1), то на одной из пластин конденсатора станут накапливаться отрицательные заряды (электроны), на другой положительные частицы (положительные ионы). Между обкладками конденсатора находится диэлектрик, вследствие этого, заряды не могут перебраться на противоположную пластину. Однако заметим, что электроны двигаются от источника тока до пластины конденсатора.

При первоначальном соединении конденсатора и источника тока на обкладках конденсатора много свободного места. Это означает, что сопротивление току этот момент времени минимально, сам ток максимален. В ходе зарядки конденсатора сила тока в цепи постепенно падает, до того момента пока не закончится свободное место на обкладках. При полной зарядке конденсатора ток в цепи прекратится.

Время, которое затрачивается на зарядку конденсатора от нулевого заряда (максимального тока) до полностью заряженного конденсатора (минимальная или нулевая сила тока) называют переходным периодом заряда конденсатора. На практике процесс зарядки конденсатора считают законченным, если сила тока уменьшилась до 1% от начальной величины.

Величина заряда конденсатора (q) связана с его емкостью (C) и разностью потенциалов (U) между его обкладками как:

Примеры решения задач


ru.solverbook.com

Формула электроемкости конденсатора

Обкладки должны иметь такую форму и быть расположены так относительно друг друга, что поле, которое создается данной системой, было максимально сосредоточено в ограниченной области пространства, между обкладками.

Назначение конденсатора в том, чтобы накапливать и отдавать в электрической цепи заряд.

Основной характеристикой конденсатора является электрическая емкость (C). Электрическая емкость конденсатора – это взаимная емкость принадлежащих ему обкладок:

q – величина заряда на обкладке; – разность потенциалов между обкладками.

Электрическая ёмкость конденсатора зависит от диэлектрической проницаемости диэлектрика, который заполняет пространство между его обкладками. Если пространство между обкладками одного конденсатора заполнено диэлектриком с проницаемостью равной , а у второго конденсатора воздух между пластинами, то емкость конденсатора с диэлектриком (C) в раз больше, чем емкость воздушного конденсатора ():

Формула электроемкости основных типов конденсаторов

При расчете электроемкости плоского конденсатора нарушением однородности поля около краёв обкладок обычно пренебрегают. Это становится возможным, если расстояние между пластинами существенно меньше, чем линейные размеры обкладок. В таком случае электрическую емкость плоского конденсатора вычисляют при помощи формулы:

где – электрическая постоянная; S – площадь каждой (или наименьшей) пластины; d – расстояние между пластинами.

Если плоский конденсатор между обкладками имеет N слоев диэлектрика, при этом толщина каждого слоя равна , а диэлектрическая проницаемость , то его электрическую емкость рассчитывают при помощи формулы:

Цилиндрический конденсатор составляют две соосных (коаксиальных) цилиндрические проводящие поверхности, разного радиуса, пространство между которыми заполнено диэлектриком. При этом емкость цилиндрического конденсатора находят как:

где l – высота цилиндров; – радиус внешней обкладки; – радиус внутренней обкладки.

У сферического конденсатора обкладками служат две концентрические сферические проводящие поверхности, пространство обкладками заполняет диэлектрик. Емкость сферического конденсатора вычисляют как:

где – радиусы обкладок конденсатора. Если , то можно считать, что , тогда, мы имеем:

так как – площадь поверхности сферы, и если обозначить , то получим формулу для емкости плоского конденсатора (3). Если расстояние между обкладками сферического и цилиндрического конденсаторов малы (в сравнении с их радиусами), то в приближенных расчетах используют формулу емкости для плоского конденсатора.

Электрическую емкость для линии из двух проводов находят как:

где d – расстояние между осями проводов; R – радиус проводов; l – длина линии.

Формулы для вычисления электрической емкости соединений конденсаторов

Если конденсаторы соединены параллельно, то суммарная емкость батареи (C) находится как сумма емкостей отдельных конденсаторов ():

При последовательном соединении конденсаторов емкость батареи вычисляют как:

Если последовательно соединены N конденсаторов, с емкостями то емкость батареи найдем как:

Сопротивление конденсатора

Если конденсатор включен в цепь с постоянного тока, то сопротивление конденсатора можно считать бесконечно большим.

При включении конденсатора в цепь переменного тока, его сопротивление носит название емкостного, и вычисляют его с помощью формулы:

где – частота переменного тока; – угловая частота тока; C – емкость конденсатора.

Энергия поля конденсатора

Электрическое поле локализованное между пластинами конденсатора обладает энергией, которую можно вычислить при помощи формулы:

где –энергия поля конденсатора; q – заряд конденсатора; C – емкость конденсатора; – разность потенциалов между обкладками конденсатора.

Энергия поля плоского конденсатора:

Примеры решения задач по теме «Электроемкость конденсатора»

ru.solverbook.com

Как найти заряд конденсатора 🚩 как определить величину заряда 🚩 Естественные науки

В обычном (без плагинов и модов) варианте Minecraft такого понятия, как конденсатор, не существует. Вернее, устройство, выполняющее его функции, имеется, но название у него совершенно другое — компаратор. Некоторая путаница в этом плане произошла еще в период разработки такого прибора.

Сперва — в ноябре 2012-го — представители Mojang (компании-создателя игры) объявили о скором появлении в геймплее конденсатора. Однако через месяц они высказались уже о том, что как такового этого прибора не будет, а вместо него в игре будет компаратор.

Подобное устройство существует для проверки заполненности расположенных позади него контейнеров. Таковыми могут быть сундуки (в том числе в виде ловушек), варочные стойки, раздатчики, выбрасыватели, печи, загрузочные воронки и т.п.

Помимо этого, его часто используют для сравнения двух сигналов редстоуна между собою — он выдает результат в соответствии с тем, как было запрограммировано в данной цепи, и с тем, какой режим выбран для самого механизма. В частности, компаратор может разрешить зажигание факела, если первый сигнал больше либо равен другому.

Также порой конденсатор-компаратор устанавливают рядом с проигрывателем, подключая его входом к последнему. Когда в звуковоспроизводящем устройстве проигрывается какая-либо пластинка, вышеупомянутый прибор будет выдавать сигнал, равный по силе порядковому номеру диска.

Скрафтить такой компаратор несложно, если имеется достаточно трудно добываемый ресурс — адский кварц. Его надо поставить в центральный слот верстака, над ним и по бокам от него установить три красных факела, а в нижнем ряду — такое же количество каменных блоков.

В большом количестве модов попадаются конденсаторы, имеющие самое разное предназначение. К примеру, в Galacticraft, где у геймеров есть возможность слетать на многие планеты для ознакомления с тамошними реалиями, появляется рецепт крафта кислородного конденсатора. Он служит для создания механизмов вроде коллектора и накопителя газа для дыхания, а также рамки воздушного шлюза. Для его изготовления четыре стальных пластины размещаются по углам верстака, в центре — оловянная канистра, а под нею — воздуховод. Остальные три ячейки занимают пластины из олова.

В JurassiCraft существует конденсатор потока — некий телепорт, позволяющий переместиться в удивительный игровой мир, кишащий динозаврами. Для создания такого прибора нужно поместить в два крайних вертикальных ряда шесть железных слитков, а в средний — два алмаза и между ними единицу пыли редстоуна. Дабы устройство заработало, надо поставить его на свинью либо вагонетку, а затем щелкнуть по нему правой клавишей мыши, быстро запрыгнув туда. При этом требуется поддержание высокой скорости устройства.

С модом Industrial Craft2 у игрока появляется возможность создавать как минимум два вида тепловых конденсаторов — красный и лазуритовый. Они служат исключительно для охлаждения ядерного реактора и для накопления его энергии и хороши для циклических сооружений такого типа. Остужаются они сами, соответственно, красной пылью или лазуритом.

Красный теплоконденсатор делается из семи единиц пыли редстоуна — их надо установить в виде буквы П и расставить под ними теплоотвод и теплообменник. Крафтинг же лазуритового устройства чуть посложнее. Для его создания четыре единицы пыли редстоуна расставляются по углам станка, в центр пойдет блок лазурита, по бокам от него — два красных тепловых конденсатора, сверху — теплоотвод реактора, а снизу — его же теплообменник.

В ThaumCraft, где сделан акцент на настоящем чародействе, конденсаторы тоже используются. Например, один из них — кристаллический — существует для аккумуляции и отдачи магии. Причем, что интересно, создавать его и многие другие вещи разрешено лишь после изучения особого элемента геймплея — исследования, проводимого за специальным столом и с определенными приборами.

Делается такой конденсатор из восьми тусклых осколков, в центр которых на верстаке помещается мистический деревянный блок. К сожалению, подобный прибор — равно как и его составляющие — просуществовал лишь до ThaumCraft 3, а в четвертой версии мода был упразднен.

www.kakprosto.ru

Соединение конденсаторов: формулы

Содержание:
  1. Последовательное соединение
  2. Онлайн калькулятор
  3. Смешанное соединение
  4. Параллельное соединение
  5. Видео

В электронных и радиотехнических схемах широкое распространение получило параллельное и последовательное соединение конденсаторов. В первом случае соединение осуществляется без каких-либо общих узлов, а во втором варианте все элементы объединяются в два узла и не связаны с другими узлами, если это заранее не предусмотрено схемой.

Последовательное соединение

При последовательном соединении два и более конденсаторов соединяются в общую цепь таким образом, что каждый предыдущий конденсатор соединяется с последующим лишь в одной общей точке. Ток (i), осуществляющий зарядку последовательной цепи конденсаторов будет иметь одинаковое значение для каждого элемента, поскольку он проходит только по единственно возможному пути. Это положение подтверждается формулой: i = ic1 = ic2 = ic3 = ic4.

В связи с одинаковым значением тока, протекающего через конденсаторы с последовательным соединением, величина заряда, накопленного каждым из них, будет одинаковой, независимо от емкости. Такое становится возможным, поскольку заряд, приходящий с обкладки предыдущего конденсатора, накапливается на обкладке последующего элемента цепи. Поэтому величина заряда у последовательно соединенных конденсаторов будет выглядеть следующим образом: Qобщ= Q1 = Q2 = Q3.

Если рассмотреть три конденсатора С1, С2 и С3, соединенные в последовательную цепь, то выясняется, что средний конденсатор С2 при постоянном токе оказывается электрически изолированным от общей цепи. В конечном итоге величина эффективной площади обкладок будет уменьшена до площади обкладок конденсатора с самыми минимальными размерами. Полное заполнение обкладок электрическим зарядом, делает невозможным дальнейшее прохождение по нему тока. В результате, движение тока прекращается во всей цепи, соответственно прекращается и зарядка всех остальных конденсаторов.

Общее расстояние между обкладками при последовательном соединении представляет собой сумму расстояний между обкладками каждого элемента. В результате соединения в последовательную цепь, формируется единый большой конденсатор, площадь обкладок которого соответствует обкладкам элемента с минимальной емкостью. Расстояние между обкладками оказывается равным сумме всех расстояний, имеющихся в цепи.

Падение напряжения на каждый конденсатор будет разным, в зависимости от емкости. Данное положение определяется формулой: С = Q/V, в которой емкость обратно пропорциональна напряжению. Таким образом, с уменьшением емкости конденсатора на него падает более высокое напряжение. Суммарная емкость всех конденсаторов вычисляется по формуле: 1/Cобщ = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3.

Главная особенность такой схемы заключается в прохождении электрической энергии только в одном направлении. Поэтому в каждом конденсаторе значение тока будет одинаковым. Каждый накопитель в последовательной цепи накапливает равное количество энергии, независимо от емкости. То есть емкость может воспроизводиться за счет энергии, присутствующей в соседнем накопителе.

Онлайн калькулятор, для расчета емкости конденсаторов соединенных последовательно в электрической цепи.

Смешанное соединение

Параллельное соединение конденсаторов

Параллельным считается такое соединение, при котором конденсаторы соединяются между собой двумя контактами. Таким образом в одной точке может соединяться сразу несколько элементов.

Данный вид соединения позволяет сформировать единый конденсатор с большими размерами, площадь обкладок которого будет равна сумме площадей обкладок каждого, отдельно взятого конденсатора. В связи с тем, что емкость конденсаторов находится в прямой пропорциональной зависимости с площадью обкладок, общая емкость составить суммарное количество всех емкостей конденсаторов, соединенных параллельно. То есть, Собщ = С1 + С2 + С3.

Поскольку разность потенциалов возникает лишь в двух точках, то на все конденсаторы, соединенные параллельно, будет падать одинаковое напряжение. Сила тока в каждом из них будет отличаться, в зависимости от емкости и значения напряжения. Таким образом, последовательное и параллельное соединение, применяемое в различных схемах, позволяет выполнять регулировку различных параметров на тех или иных участках. За счет этого получаются необходимые результаты работы всей системы в целом.

electric-220.ru

Во всех электронных устройствах используются конденсаторы. При их конструировании или изготовлении своими руками параметры устройств рассчитываются по специальным формулам.

Расчёт конденсаторов

Один из главных параметров таких устройств – ёмкость. Рассчитать её можно по следующей формуле:

  • C – ёмкость,
  • q – заряд одной из обкладок элемента,
  • U – разность потенциалов между обкладками.

В электротехнике вместо понятия «разность потенциалов между обкладками» используется «напряжение на конденсаторе».

Ёмкость элемента не зависит от конструкции и размеров устройства, а только от напряжения на нём и заряда обкладок. Но эти параметры могут изменяться в зависимости от расстояния между ними и материала диэлектрика. Это учитывается в формуле:

С=Co*ε, где:

  • С – реальная ёмкость,
  • Со – идеальная, при условии, что между пластинами вакуум или воздух,
  • ε – диэлектрическая проницаемость материала между ними.

Например, если в качестве диэлектрика используется слюда, «ε» которой 6, то ёмкость такого устройства в 6 раз больше, чем воздушного, а при изменении количества диэлектрика меняются параметры конструкции. На этом принципе основана работа ёмкостного датчика положения.

Единицей ёмкости в системе СИ является 1 фарад (F). Это большая величина, поэтому чаще применяются микрофарады (1000000mkF=1F) и пикофарады (1000000pF=1mkF).

Расчет плоской конструкции

  • ε – диэлектрическая проницаемость изолирующего материала,
  • d – расстояние между пластинами.

Расчет конструкции цилиндрической формы

Цилиндрический конденсатор – это две соосные трубки различного диаметра, вставленные друг в друга. Между ними находится диэлектрик. При радиусе цилиндров, близком друг к другу и намного большем, чем расстояние между ними, цилиндрической формой можно пренебречь и свести расчёт к формуле, аналогичной той, по которой рассчитывается плоский конденсатор.

Вычисляются параметры такого устройства по формуле:

C=(2π*l*R*ε)/d, где:

  • l – длина устройства,
  • R – радиус цилиндра,
  • ε – диэлектрическая проницаемость изолятора,
  • d – его толщина.

Расчёт сферической конструкции

Есть устройства, обкладки которых представляют собой два шара, вложенные друг в друга. Формула ёмкости такого прибора:

C=(4π*l*R1*R2*ε)/(R2-R1), где:

  • R1 – радиус внутренней сферы,
  • R2 – радиус внешней сферы,
  • ε – диэлектрическая проницаемость.

Ёмкость одиночного проводника

Кроме конденсаторов, способностью накапливать заряд обладают отдельные проводники. Одиночным проводником считается такой проводник, который бесконечно далёк от других проводников. Параметры заряженного элемента рассчитывается по формуле:

  • Q – заряд,
  • φ – потенциал проводника.

Объём заряда определяется размером и формой устройства, а также окружающей средой. Материал прибора значения не имеет.

Способы соединения элементов

Не всегда есть в наличии элементы с необходимыми параметрами. Приходится соединять их различными способами.

Параллельное соединение

Это такое соединение деталей, при котором к одной клемме или контакту присоединяются первые обкладки каждого конденсатора. При этом вторые обкладки присоединяются к другой клемме.

При таком соединении напряжение на контактах всех элементов будет одинаковым. Заряд каждого из них происходит независимо от остальных, поэтому общая ёмкость равна сумме всех величин. Её находят по формуле:

где C1-Cn – параметры деталей, участвующих в параллельном соединении.

Важно! Конденсаторы имеют предельное допустимое напряжение, превышение которого приведёт к выходу элемента из строя. При параллельном соединении устройств с различным допустимым напряжением этот параметр получившейся сборки равен элементу с наименьшим значением.

Последовательное соединение

Это такое соединение, при котором к клемме присоединяется только одна пластина первого элемента. Вторая пластина присоединяется к первой пластине второго элемента, вторая пластина второго – к первой пластине третьего и так далее. Ко второй клемме присоединяется только вторая обкладка последнего элемента.

При таком соединении заряд на обкладках конденсатора в каждом приборе будет равен остальным, однако напряжение на них будет разным: для зарядки устройств большей ёмкости тем же зарядом требуется меньшая разность потенциалов. Поэтому вся цепочка представляет собой одну конструкцию, разность потенциалов которой равна сумме напряжений на всех элементах, а заряд конденсатора равен сумме зарядов.

Последовательное соединение увеличивает допустимое напряжение и уменьшает общую ёмкость, которая меньше самого меньшего элемента.

Рассчитываются эти параметры следующим образом:

  • Допустимое напряжение:

Uобщ=U1+U2+U3+…Un, где U1-Un – напряжение на конденсаторе;

  • Общая ёмкость:

1/Собщ=1/С1+1/С2+1/С3+…1/Сn, где С1-Сn – параметры каждого устройства.

Интересно. Если в цепи только два элемента, то можно воспользоваться упрощённой формулой: Собщ=(С1*С2)/(С1+С2).

Смешанное соединение

Это такое соединение, в котором есть детали, соединённые последовательно, и есть соединённые параллельно. Параметры всей цепи рассчитывается в следующей последовательности:

  1. определяются группы элементов, соединённые параллельно;
  2. для каждой группы в отдельности рассчитывается эквивалентные значения;
  3. рядом с каждой группой параллельно соединённых деталей пишутся получившиеся величины;
  4. получившаяся схема эквивалентна последовательной схеме и рассчитывается по соответствующим формулам.

Знание формул, по которым можно найти емкость при изготовлении конденсаторов или их соединении необходимо при конструировании электронных схем.

Видео

Содержание:

Одним из важных элементов электрической цепи является конденсатор, формулы для которого позволяют рассчитать и подобрать наиболее подходящий вариант. Основная функция данного устройства заключается в накоплении определенного количества электроэнергии. Простейшая система включает в себя два электрода или обкладки, разделенные между собой диэлектриком.

В чем измеряется емкость конденсатора

Одной из важнейших характеристик конденсатора является его емкость. Данный параметр определяется количеством электроэнергии, накапливаемой этим прибором. Накопление происходит в виде электронов. Их количество, помещающееся в конденсаторе, определяет величину емкости конкретного устройства.

Для измерения емкости применяется единица — фарада. Емкость конденсатора в 1 фараду соответствует электрическому заряду в 1 кулон, а на обкладках разность потенциалов равна 1 вольту. Эта классическая формулировка не подходит для практических расчетов, поскольку в конденсаторе собираются не заряды, а электроны. Емкость любого конденсатора находится в прямой зависимости от объема электронов, способных накапливаться при нормальном рабочем режиме. Для обозначения емкости все равно используется фарада, а количественные параметры определяются по формуле: С = Q / U, где С означает емкость, Q — заряд в кулонах, а U является напряжением. Таким образом, просматривается взаимная связь заряда и напряжения, оказывающих влияние на способность конденсатора к накоплению и удержанию определенного количества электричества.

Для расчетов используется формула:
в которой ε 0 = 8,854187817 х 10 -12 ф/м представляет собой постоянную величину. Прочие величины: ε — является диэлектрической проницаемостью диэлектрика, находящегося между обкладками, S — означает площадь обкладки, а d — зазор между обкладками.

Формула энергии конденсатора

С емкостью самым тесным образом связана другая величина, известная как . После зарядки любого конденсатора, в нем образуется определенное количество энергии, которое в дальнейшем выделяется в процессе разрядки. С этой потенциальной энергией вступают во взаимодействие обкладки конденсатора. В них образуются разноименные заряды, притягивающиеся друг к другу.

В процессе зарядки происходит расходование энергии внешнего источника для разделения зарядов с положительным и отрицательным значением, которые, затем располагаются на обкладках конденсатора. Поэтому в соответствии с законом сохранения энергии, она не исчезает бесследно, а остается внутри конденсатора в виде электрического поля, сосредоточенного между пластинами. Разноименные заряды образуют взаимодействие и последующее притяжение обкладок между собой.

Каждая пластина конденсатора под действием заряда создает напряженность электрического поля, равную Е/2. Общее поле будет складываться из обоих полей, возникающих в каждой обкладке с одинаковыми зарядами, имеющими противоположные значения.

Таким образом, энергия конденсатора выражается формулой: W=q(E/2)d. В свою очередь, напряжение выражается с помощью понятий напряженности и расстояния и представляется в виде формулы U=Ed. Это значение, подставленное в первую формулу, отображает энергию конденсатора в таком виде:W=qU/2. Для получения окончательного результата необходимо использовать определение емкости: C=q/U, и в конце концов энергия заряженного конденсатора будет выглядеть следующим образом: W эл = CU 2 /2.

Формула заряда конденсатора

Для выполнения зарядки, конденсатор должен быть подключен к цепи постоянного тока. С этой целью может использоваться генератор. У каждого генератора имеется внутреннее сопротивление. При замыкании цепи происходит зарядка конденсатора. Между его обкладками появляется напряжение, равное электродвижущей силе генератора: U c = E.

Обкладка, подключенная к положительному полюсу генератора, заряжается положительно (+q), а другая обкладка получает равнозначный заряд с отрицательной величиной (- q). Величина заряда q находится в прямой пропорциональной зависимости с емкостью конденсатора С и напряжением на обкладках Uc. Эта зависимость выражается формулой: q = C x Uc.

В процессе зарядки одна из обкладок конденсатора приобретает, а другая теряет определенное количество электронов. Они переносятся по внешней цепи под влиянием электродвижущей силы генератора. Такое перемещение является электрическим током, известным еще как зарядный емкостной ток (Iзар).

Течение зарядного тока в цепи происходит практически за тысячные доли секунды, до того момента, пока напряжение конденсатора не станет равным электродвижущей силе генератора. Напряжение увеличивается плавно, а потом постепенно замедляется. Далее значение напряжения конденсатора будет постоянным. Во время зарядки по цепи течет зарядный ток. В самом начале он достигает максимальной величины, так как напряжение конденсатора имеет нулевое значение. Согласно закона Ома I зар = Е/R i , поскольку к сопротивлению Ri приложена вся ЭДС генератора.

Формула тока утечки конденсатора

Ток утечки конденсатора вполне можно сравнить с воздействием подключенного к нему резистора с каким-либо сопротивлением R. Ток утечки тесно связан с типом конденсатора и качеством используемого диэлектрика. Кроме того, важным фактором становится конструкция корпуса и степень его загрязненности.

Некоторые конденсаторы имеют негерметичный корпус, что приводит к проникновению влаги из воздуха и возрастанию тока утечки. В первую очередь это касается устройств, где в качестве диэлектрика использована промасленная бумага. Значительные токи утечки возникают из-за снижения электрического сопротивления изоляции. В результате нарушается основная функция конденсатора — способность получать и сохранять заряд электрического тока.

Основная формула для расчета выглядит следующим образом: I ут = U/R d , где I ут, — это ток утечки, U — напряжение, прилагаемое к конденсатору, а R d — сопротивление изоляции.

§ 6. Заряд и разряд конденсатора

Чтобы зарядить конденсатор, надо, чтобы свободные электроны перешли из одной обкладки на другую. Переход электронов с одной обкладки конденсатора на другую происходит под действием напряжения источника по проводам, соединяющим этот источник с обкладками конденсатора.

В момент включения конденсатора зарядов на его обкладках нет и напряжение на нем равно нулю μ с =0. Поэтому зарядный ток определяется внутренним сопротивлением источника r в и имеет наибольшую величину:

I З max =E/ r в.

По мере накопления зарядов на обкладках конденсатора напряжение на нем увеличивается и падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника будет равно разности ЭДС источника и напряжения на конденсаторе (Е- μ с). следовательно, зарядный ток

i з =(Е- μ с)/ r в.

Таким образом, с увеличением напряжения на конденсаторе ток заряда снизится и при μ с =Е становится равным нулю. Процесс изменения напряжения на конденсаторе и тока заряда во времени изображен на рис. 1. В самом начале заряда напряжение на конденсаторе резко возрастает, так как зарядный ток имеет наибольшее значение и накопление зарядов на обкладках конденсатора происходит интенсивно. По мере повышения напряжения на конденсаторе зарядный ток уменьшается и накопление зарядов на обкладках замедляется. Продолжительность заряда конденсатора зависит от его емкости и сопротивления цепи, увеличение которых приводит к возрастанию продолжительности заряда. С увеличением емкости конденсатора, возрастает количество зарядов, накапливаемых на его пластинах, а если увеличить сопротивление цепи уменьшится и зарядный ток, а это замедляет процесс накопления зарядов на этих обкладках.

Если обкладки заряженного конденсатора подключить к какому-либо сопротивлению R , то за счет напряжения на конденсаторе будет протекать разрядный ток конденсатора. При разряде конденсатора электронысодной пластины (при их избытке) будут переходить на другую (при их недостатке) и будет продолжается до тех пор, пока потенциалы обкладок не выравняются, т. е. напряжение на конденсаторе станет равным нулю. Изменение напряжения в процессе разряда конденсатора изображено на рис. 2. Ток разряда конденсатора пропорционален напряжению на конденсаторе (i р =μ с /R ), и его изменение во времени подобно изменению напряжения.



В начальный момент разряда напряжение на конденсаторе наибольшее (μ с =Е) и разрядный ток максимальный (I р max =E /R ), так что разряд происходит быстро. При понижении напряжения, ток разряда снижается и процесс перехода зарядов с одной обкладки на другую затормаживается.

Время процесса разряда конденсатора зависит от сопротивления цепи и емкости конденсатора, причем возрастание как сопротивления, так и емкости увеличивает продолжительность разряда. С увеличением сопротивления разрядный ток снижается, замедляется процесс переноски зарядов с одной на другую обкладок; с увеличением емкости конденсатора повышается заряд на обкладках.

Таким образом, в цепи, содержащей конденсатор, ток проходит только в процессе его заряда и разряда, т. е. когда напряжение на обкладках претерпевает изменение во времени. При постоянстве напряжения ток через конденсатор не проходит, т. е. конденсатор не пропускает постоянный ток, так как между его обкладками помещен диэлектрик и в результате этого цепь разомкнута.

При зарядке конденсатора, последний способен накапливать электрическую энергию, потребляя ее от энергоисточника. Накопленная энергия сохраняется определенное время. При разряде конденсатора эта энергия переходит к разрядному резистору, нагревая его, т. е. энергию электрического поля превращается в тепловую. Чем выше емкость конденсатора и напряжение на его обкладках, тем будет больше энергии, запасенной на нем. Энергия электрического поля конденсатора определяется следующим выражением

W=CU 2 /2.

Если конденсатор емкостью 100 мкФ заряжен до напряжения 200 В, то энергия, запасенная в электрическом поле конденсатора, W =100· 10 -6 · 200 2 /2=2 Дж.

Вам понадобится

  • — знание емкости или геометрических и физических параметров конденсатора;
  • — знание энергии или заряда на конденсаторе.

Инструкция

Найдите напряжение между пластинами конденсатора, если известна текущая величина накопленной им энергии, а также его емкость. Энергия, запасенная конденсатором, может быть вычислена по формуле W=(C∙U²)/2, где C — емкость, а U — напряжение между пластинами. Таким образом, значение напряжения может быть получено как корень из удвоенного значения энергии, деленного на емкость. То есть, оно будет равно: U=√(2∙W/C).

Энергия, запасенная конденсатором, также может быть вычислена на основании значения содержащегося в нем заряда (количества ) и напряжения между обкладками. Формула, задающая соответствие между этими параметрами, имеет вид: W=q∙U/2 (где q — заряд). Следовательно, зная энергию и , можно вычислить напряжение между его пластинами по формуле: U=2∙W/q.

Поскольку заряд на конденсаторе пропорционален как приложенному к его пластинам напряжению, так и емкости устройства (он определяется формулой q=C∙U), то, зная заряд и емкость, можно найти и напряжение. Соответственно, для проведения расчета используйте формулу: U=q/C.

Для получения значения напряжения на конденсаторе с известными геометрическими и параметрами, сначала рассчитайте его емкость. Для простого плоского конденсатора, состоящего из двух проводящих пластин, разделенных , расстояние между которыми пренебрежимо мало по сравнению с их размерами, емкость может быть вычислена по формуле: C=(ε∙ε0∙S)/d. -12 Ф/м), ε — относительная диэлектрическая проницаемость пространства между пластинами (ее можно узнать из физических справочников). Вычислив емкость, рассчитайте напряжение одним из методов, приведенных в шагах 1-3.

Обратите внимание

Для получения корректных результатов при вычислении напряжений между обкладками конденсаторов, перед проведением расчетов приводите значения всех параметров в систему СИ.

Для того чтобы знать, можно ли использовать в том или ином месте схемы конденсатор, следует определить его . Способ нахождения этого параметра зависит от того, каким образом он обозначен на конденсаторе и обозначен ли вообще.

Вам понадобится

  • Измеритель емкости

Инструкция

На крупных конденсаторах емкость обычно обозначена открытым текстом: 0,25 мкФ или 15 uF. В этом случае, способ ее определения тривиален.

На менее крупных конденсаторах (в том , SMD) емкость двумя или тремя цифрами. В первом случае, она обозначена в пикофарадах. Во втором случае, первые две цифры емкость , а третья — в каких единицах она выражена:1 — десятки пикофарад;
2 — сотни пикофарад;
3 — нанофарады;
4 — десятки нанофарад;
5 — доли микрофарады.

Существует также система обозначения емкости, использующая сочетания латинских букв и цифр. Буквы обозначают следующие цифры:A — 10;
B — 11;
C — 12;
D — 13;
E — 15;
F — 16;
G — 18;
H — 20;
J — 22;
K — 24;
L — 27;
M — 30;
N — 33;
P — 36;
Q — 39;
R — 43;
S — 47;
T — 51;
U — 56;
V — 62;
W — 68;
X — 75;
Y — 82;
Z — 91.Полученное число следует умножить на число 10, предварительно возведенное в степень, равную цифре, следующей после . Результат будет выражен в пикофарадах.

Встречаются конденсаторы, емкость на которых не обозначена вообще. Вы наверняка встречали их, в , в стартерах ламп дневного . В этом случае, измерить емкость можно только специальным прибором. Они цифровыми и мостовыми.В любом случае, если конденсатор впаян в то или иное устройство, его следует обесточить, разрядить в нем конденсаторы фильтра и сам конденсатор, емкость которого следует измерить, и лишь после этого выпаять его. Затем его необходимо подключить к прибору.На цифровом измерителе сначала выбирают самый грубый предел, затем переключают его до тех пор, пока он не покажет перегрузку. После этого переключатель переводят на один предел назад и читают показания, а по положению переключателя определяют, в каких единицах они выражены.На мостовом измерителе, последовательно переключая , на каждом из них прокручивают регулятор из одного конца шкалы в другой, пока звук из динамика не исчезнет. Добившись исчезновения , по шкале регулятора считывают результат, а единицы, в которых он выражен, также определяют по положению переключателя.Затем конденсатор устанавливают обратно в устройство.

Обратите внимание

Никогда не подключайте к измерителю заряженные конденсаторы.

Источники:

  • Справочник по системам обозначения емкости

Найти значение электрического заряда можно двумя способами. Первый – измерить силу взаимодействия неизвестного заряда с известным и с помощью закона Кулона рассчитать его значение. Второй – внести заряд в известное электрическое поле и измерить силу, с которой оно действует на него. Для измерения заряда протекающего через поперечное сечение проводника за определенное время измерьте силу тока и умножьте ее на значение времени.

Вам понадобится

  • чувствительный динамометр, секундомер, амперметр, измеритель электростатического поля, воздушный конденсатор.

Инструкция

Измерение заряда при его с известным зарядомЕсли известен одного тела, поднесите к нему неизвестный заряд и измерьте между ними в метрах. Заряды начнут взаимодействовать. С помощью динамометра измерьте силу их взаимодействия. Рассчитайте значение неизвестного заряда — для этого квадрат измеренного расстояния умножьте на значение силы и поделите на известный заряд. 9)). Если заряды отталкиваются, то они одноименные, если же притягиваются – разноименные.

Измерение значения заряда , внесенного в электрическое полеИзмерьте значение постоянного электрического поля специальным прибором (измеритель электрического поля). Если такого прибора нет, возьмите воздушный конденсатор, зарядите его, измерьте напряжение на его обкладках и поделите не расстояние между пластинами – это и будет значение электрического поля внутри конденсатора в вольтах на метр. Внесите в поле неизвестный заряд. С помощью чувствительного динамометра измерьте силу, которая на него действует. Измерение проводите в . Поделите значение силы на напряженность электрического поля. Результатом будет значение заряда в Кулонах (q=F/Е).

Измерение заряда , протекающего через поперечное проводникаСоберите электрическую цепь с проводниками и последовательно подключите к ней амперметр. Замкните ее на источник тока и измерьте силу тока с помощью амперметра в амперах. Одновременно секундомером засеките , в которого в цепи был электрический ток. Умножив значение силы тока на полученное время, узнайте заряд, через поперечное сечение каждого за это время (q=I t). При измерениях следите, чтобы проводники не перегревались и не произошло короткое замыкание.

Конденсатором называется устройство, способное накапливать электрические заряды. Количество накапливаемой электрической энергии в конденсаторе характеризуется его емкостью . Она измеряется в фарадах. Считается, что емкость в один фарад соответствует конденсатору, заряженному электрическим зарядом в один кулон при разности потенциалов на его обкладках в один вольт.

Инструкция

Определите емкость плоского конденсатора по формуле С = S e e0/d, где S — площадь поверхности одной пластины, d — между пластинами, e — относительная диэлектрическая проницаемость , заполняющей пространство между пластинами (в вакууме она равна ), e0 — электрическая постоянная, равная 8,854187817 10(-12) Ф/м.Исходя из приведенной формулы, величина емкости будет зависеть от площади проводников, между ними и от материала диэлектрика. В качестве диэлектрика может применяться или слюда.

Вычислите емкость сферического конденсатора по формуле С = (4П e0 R²)/d, где П — число «пи», R — радиус сферы, d — величина зазора между его сферами.Величина емкости сферического конденсатора прямо пропорциональна концентрической сферы и обратно пропорциональна расстоянию между сферами.

Рассчитайте емкость цилиндрического конденсатора по формуле С = (2П e e0 L R1)/(R2-R1), где L — длина конденсатора , П — число «пи», R1 и R2 — радиусы его цилиндрических обкладок.

Если конденсаторы в цепи соединены параллельно, рассчитайте их общую емкость по формуле С = С1+С2+…+Сn, где С1, С2,…Сn – емкости параллельно соединенных конденсаторов.

Вычислите общую емкость последовательно соединенных конденсаторов по формуле 1/С = 1/С1+1/С2+…+1/Сn, где С1, С2,…Сn — емкости последовательно соединенных конденсаторов.

Обратите внимание

На любом конденсаторе обязательно должна быть нанесена маркировка, которая может быть буквенно-цифровая или цветовая. Маркировка отражает его параметры.

Источники:

  • Цветовая маркировка резисторов, конденсаторов и индуктивностей

Емкость – величина, в системе СИ выражаемая в фарадах. Хотя используются, фактически, лишь производные от нее – микрофарады, пикофарады и так далее. Что касается электроемкости плоского конденсатора, она зависит от зазора меж обкладок и их площади, от вида диэлектрика, в данном зазоре расположенного.

Инструкция

В том случае, если обкладки конденсатора имеют одинаковую площадь и имеют расположение строго одна над другой, рассчитайте площадь одной из обкладок – любой. Если же одна из них относительно другой смещена либо они разные , нужно рассчитывать площадь области, в которой обкладки друг дружку перекрывают.

При этом используются общепринятые формулы, рассчитывать площади таких геометрических фигур, как круг (S=π(R^2)), прямоугольника (S=ab), его частного случая – квадрата (S=a^2) – и других.(-12) Ф/м и является, по сути, диэлектрической проницаемостью вакуума.

Отображаемая емкость жесткого диска меньше указанной на этикетке


В этой статье объясняется, почему фактическая емкость жесткого диска в операционных системах Windows и более старых версиях macOS часто оказывается меньше заявленной.

При продаже жестких дисков производители указывают емкость на основе десятичной системы счисления. В десятичной системе один мегабайт (МБ) равен 1 000 000 байт, один гигабайт (ГБ) — 1 000 000 000 байт, а один терабайт (ТБ) — 1 000 000 000 000 байт.

В программах, таких как FDISK, системная BIOS, Windows и более старых версиях Mac OS, используется двоичная система счисления (с основанием 2). В двоичной системе счисления один мегабайт равен 1 048 576 байт, один гигабайт — 1 073 741 824 байт, а один терабайт —1 099 511 627 776 байт.

Формула расчета емкости

Емкость в десятичной системе / 1 048 576 = емкость в МБ в двоичной системе 
Емкость в десятичной системе / 1 073 741 824 = емкость в ГБ в двоичной системе
Емкость в десятичной системе / 1 099 511 627 776 = емкость в ТБ в десятичной системе

Пример:
Жесткий диск на 500 ГБ имеет емкость примерно 500 000 000 000 байт (500 x 1 000 000 000).
При подсчете емкости в ГБ в двоичной системе (500 000 000 000 / 1 073 741 824) эти 500 ГБ будут представлены как 465 гигабайт.
Поэтому для накопителя емкостью 500 ГБ ОС Windows покажет объем 465 ГБ.

Жесткий диск на 5 ТБ имеет емкость примерно 5 000 000 000 000 байт (5 x 1 000 000 000 000).
При подсчете емкости в ТБ в двоичной системе (5 000 000 000 000 / 1 099 511 627 776) эти 5 ТБ будут представлены как 4,54 терабайта.
Поэтому для накопителя емкостью 5 ТБ ОС Windows покажет объем 4,54 ТБ.

В таблице ниже приведено несколько примеров сопоставления емкости.

Емкость на этикетке (десятичная система)Емкость в Mac OS X (десятичная система)Вывод в ОС Windows (двоичная система)
500 ГБ500 ГБ465 ГБ
1 ТБ (1000 ГБ)1 ТБ (1000 ГБ)931 ГБ
2 ТБ (2000 ГБ)2 ТБ (2000 ГБ)1,81 ТБ
3 ТБ (3000 ГБ)3 ТБ (3000 ГБ)2,72 ТБ
4 ТБ (4000 ГБ)4 ТБ (4000 ГБ)3,63 ТБ
5 ТБ (5000 ГБ)5 ТБ (5000 ГБ)4,54 ТБ
6 ТБ (6000 ГБ)6 ТБ (6000 ГБ)5,45 ТБ
8 ТБ (8000 ГБ)8 ТБ (8000 ГБ)7,27 ТБ
10 ТБ (10 000 ГБ)10 ТБ (10 000 ГБ)9,09 ТБ
12 ТБ (12 000 ГБ)12 ТБ (12 000 ГБ)10,91 ТБ
14 ТБ (14 000 ГБ)14 ТБ (14 000 ГБ)12,73 ТБ
16 ТБ (16 000 ГБ)16 ТБ (16 000 ГБ)14,55 ТБ
18 ТБ (18 000 ГБ)18 ТБ (18 000 ГБ)16,37 ТБ
20 ТБ (20 000 ГБ)20 ТБ (20 000 ГБ)18,18 ТБ

 

Ниже приведен пример того, как накопитель емкостью 16 ТБ отображается в ОС Windows.

 

Обратите внимание, что для жесткого диска емкостью 16 ТБ (16 000 000 000 000 байт) отображается емкость и в десятичной (красный круг), и в двоичной (синий круг) системе.

Иначе говоря, емкость одного и того же устройства хранения данных оценивается по-разному в зависимости от системы счисления. Представьте, что вам нужно измерить расстояние между точкой A и точкой B. Результат равен 1 км, или 0,621 мили. Расстояние одно и то же, но цифры разные, потому что отличаются единицы измерения.

 

Дополнительную информацию см. в документе 194563 и материалах на сайте Национального института стандартов и технологий по адресу: http://physics.nist.gov/cuu/Units/binary.html

В Формуле Е выбрали новые батареи. Они должны заряжаться за 30 секунд

Организаторы Формулы Е выбрали единого поставщика батарей для гоночных электрических болидов третьего поколения. Им стала компания Williams Advanced Engineering. Она же будет поставлять батареи для чемпионата по ралли-рейдам на электромобилях Extreme E.

Сейчас в болидах Формулы Е используются батареи емкостью 57 киловатт-часов. Они обеспечивают энергию мощностью до 250 киловатт. Заряда хватает на 50 минут в гоночном темпе, за это время машины проезжают дистанцию примерно в 100 километров.

Для машин третьего поколения потребуется уже 350 киловатт электроэнергии. Поскольку почти все команды используют электродвигатели с КПД более 95%, это позволит моторам выдавать почти 475 л.с.

Другим условием в тендере было обеспечение возможности быстрой подзарядки. Во время пит-стопа по ходу гонки на подзарядку будет отводиться всего 30 секунд. Максимальная мощность существующих сейчас зарядных устройств для легковых автомобилей составляет 350 киловатт, то есть за 30 секунд такое устройство способно зарядить батарею менее чем на 3 киловатт-часа, что составляет около 10% от нынешней емкости. Так что стоит ожидать, что гоночные зарядки в Формуле Е окажутся существенно мощнее.

Williams Advanced Engineering была поставщиком батарей для болидов Формулы Е первого поколения. Начиная с сезона 2018/2019 годов дебютировало второе поколение машин с батареями McLaren Applied Technologies. В этом контексте интересно то, что изначально обе компании были связаны с одноименными командами Формулы 1.

В прошлом году Williams Advanced Engineering была продана и более не зависит от испытывающей финансовые трудности команды Williams. А McLaren Applied Technologies по прежнему входит в одну группу с командой McLaren, которая также столкнулась с финансовыми проблемами.

Регламент Формулы Е позволяет командам использовать собственные электромоторы и модули задней подвески. Однако сами болиды и батареи стандартизированы.

Также для всех полагаются одинаковые шины, причем не гоночные, а просто спортивные, от дорожных спорткаров. Для третьего поколения болидов выбран новый поставщик шин. Вместо французской компании Michelin это будет корейская Hankook. До сих пор Hankook поставляла шины для чемпионата DTM, однако после того, как оттуда в Формулу Е ушли Mercedes и Audi, будущее DTM оказалось под вопросом.

Конденсатор

Конденсатор – электронный компонент, предназначенный для накопления электрического заряда. Способность конденсатора накапливать электрический заряд зависит от его главной характеристики – емкости. Емкость конденсатора (С) определяется как соотношение количества электрического заряда (Q) к напряжению (U).

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (F) – единицах, названых в честь британского ученого физика Майкла Фарадея. Емкость в один фарад (1F) равняется количеству заряда в один кулон (1C), создающему напряжение на конденсаторе в один вольт (1V). Вспомним, что один кулон (1С) равняется величине заряда, прошедшего через проводник за одну секунду (1sec) при силе тока в один ампер (1A).

Однако кулон, это очень большое количество заряда относительно того, сколько способно хранить большинство конденсаторов. По этой причине, для измерения емкости обычно используют микрофарады (µF или uF), нанофарады (nF) и пикофарады (pF).

  • 1nF = 0.000000001 = 10-9 F
  • 1pF = 0.000000000001 = 10-12 F

Плоский конденсатор

Существует множество типов конденсаторов различной формы и внутреннего устройства. Рассмотрим самый простой и принципиальный — плоский конденсатор. Плоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин проводника (обкладок), электрически изолированных друг от друга воздухом, или специальным диэлектрическим материалом (например бумага, стекло или слюда).

Заряд конденсатора. Ток

По своему предназначению конденсатор напоминает батарейку, однако все же он сильно отличается по принципу работы, максимальной емкости, а также скорости зарядки/разрядки.

Рассмотрим принцип работы плоского конденсатора. Если подключить к нему источник питания, на одной пластине проводника начнут собираться отрицательно заряженные частицы в виде электронов, на другой – положительно заряженные частицы в виде ионов. Поскольку между обкладками находиться диэлектрик, заряженные частицы не могут «перескочить» на противоположную сторону конденсатора. Тем не менее, электроны передвигаются от источника питания — до пластины конденсатора. Поэтому в цепи идет электрический ток.

В самом начале включения конденсатора в цепь, на его обкладках больше всего свободного места. Следовательно, начальный ток в этот момент встречает меньше всего сопротивления и является максимальным. По мере заполнения конденсатора заряженными частицами ток постепенно падает, пока не закончится свободное место на обкладках и ток совсем не прекратится.

Время между состояниями «пустого» конденсатора с максимальным значением тока, и «полного» конденсатора с минимальным значением тока (т.е. его отсутствием), называют переходным периодом заряда конденсатора.

Заряд конденсатора. Напряжение

В самом начале переходного периода зарядки, напряжение между обкладками конденсатора равняется нулю. Как только на обкладках начинают появляться заряженные частицы, между разноименными зарядами возникает напряжение. Причиной этому является диэлектрик между пластинами, который «мешает» стремящимся друг к другу зарядам с противоположным знаком перейти на другую сторону конденсатора.

На начальном этапе зарядки, напряжение быстро растет, потому что большой ток очень быстро увеличивает количество заряженных частиц на обкладках. Чем больше заряжается конденсатор, тем меньше ток, и тeм медленнее растет напряжение. В конце переходного периода, напряжение на конденсаторе полностью прекратит рост, и будет равняться напряжению на источнике питания.

Как видно на графике, сила тока конденсатора напрямую зависит от изменения напряжения.

Формула для нахождения тока конденсатора во время переходного периода:

  • Ic — ток конденсатора
  • C — Емкость конденсатора
  • ΔVc/Δt – Изменение напряжения на конденсаторе за отрезок времени

Разряд конденсатора

После того как конденсатор зарядился, отключим источник питания и подключим нагрузку R. Так как конденсатор уже заряжен, он сам превратился в источник питания. Нагрузка R образовала проход между пластинами. Отрицательно заряженные электроны, накопленные на одной пластине, согласно силе притяжения между разноименными зарядами, двинутся в сторону положительно заряженных ионов на другой пластине.

В момент подключения R, напряжение на конденсаторе то же, что и после окончания переходного периода зарядки. Начальный ток по закону Ома будет равняться напряжению на обкладках, разделенном на сопротивление нагрузки.

Как только в цепи пойдет ток, конденсатор начнет разряжаться. По мере потери заряда, напряжение начнет падать. Следовательно, ток тоже упадет. По мере понижения значений напряжения и тока, будет снижаться их скорость падения.

Время зарядки и разрядки конденсатора зависит от двух параметров – емкости конденсатора C и общего сопротивления в цепи R. Чем больше емкость конденсатора, тем большее количество заряда должно пройти по цепи, и тем больше времени потребует процесс зарядки/разрядки ( ток определяется как количество заряда, прошедшего по проводнику за единицу времени). Чем больше сопротивление R, тем меньше ток. Соответственно, больше времени потребуется на зарядку.

Продукт RC (сопротивление, умноженное на емкость) формирует временную константу τ (тау). За один τ конденсатор заряжается или разряжается на 63%. За пять τ конденсатор заряжается или разряжается полностью.

Для наглядности подставим значения: конденсатор емкостью в 20 микрофарад, сопротивление в 1 килоом и источник питания в 10В. Процесс заряда будет выглядеть следующим образом:

Устройство конденсатора. От чего зависит емкость?

Емкость плоского конденсатора зависит от трех основных факторов:

  • Площадь пластин — A
  • Расстояние между пластинами – d
  • Относительная диэлектрическая проницаемость вещества между пластинами — ɛ

Площадь пластин

Чем больше площадь пластин конденсатора, тем больше заряженых частиц могут на них разместится, и тем больше емкость.

Расстояние между пластинами

Емкость конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Для того чтобы объяснить природу влияния этого фактора, необходимо вспомнить механику взаимодействия зарядов в пространстве (электростатику).

Если конденсатор не находится в электрической цепи, то на заряженные частицы, расположенные на его пластинах влияют две силы. Первая — это сила отталкивания между одноименными зарядами соседних частиц на одной пластине. Вторая – это сила притяжения разноименных зарядов между частицами, находящимися на противоположных пластинах. Получается, что чем ближе друг к другу находятся пластины, тем больше суммарная сила притяжения зарядов с противоположным знаком, и тем больше заряда может разместится на одной пластине.

Относительная диэлектрическая проницаемость

Не менее значимым фактором, влияющим на емкость конденсатора, является такое свойство материала между обкладками как относительная диэлектрическая проницаемость ɛ. Это безразмерная физическая величина, которая показывает во сколько раз сила взаимодействия двух свободных зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме.

Материалы с более высокой диэлектрической проницаемостью позволяют обеспечить большую емкость. Объясняется это эффектом поляризации – смещением электронов атомов диэлектрика в сторону положительно заряженной пластины конденсатора.

Поляризация создает внутренне электрическое поле диэлектрика, которое ослабляет общую разность потенциала (напряжения) конденсатора. Напряжение U препятствует притоку заряда Q на конденсатор. Следовательно, понижение напряжения способствует размещению на конденсаторе большего количества электрического заряда.

Ниже приведены примеры значений диэлектрической проницаемости для некоторых изоляционных материалов, используемых в конденсаторах.

  • Бумага – от 2.5 до 3.5
  • Стекло – от 3 до 10
  • Слюда – от 5 до 7
  • Порошки оксидов металлов – от 6 до 20

Номинальное напряжение

Второй по значимости характеристикой после емкости является максимальное номинальное напряжение конденсатора. Данный параметр обозначает максимальное напряжение, которое может выдержать конденсатор. Превышение этого значения приводит к «пробиванию» изолятора между пластинами и короткому замыканию. Номинальное напряжение зависит от материала изолятора и его толщины (расстояния между обкладками).

Следует отметить, что при работе с переменным напряжением нужно учитывать именно пиковое значение (наибольшее мгновенное значение напряжения за период). Например, если эффективное напряжение источника питания будет 50В, то его пиковое значение будет свыше 70В. Соответственно необходимо использовать конденсатор с номинальным напряжением более 70В. Однако на практике, рекомендуется использовать конденсатор с номинальным напряжением не менее в два раза превышающим максимально возможное напряжение, которое будет к нему приложено.

Ток утечки

Также при работе конденсатора учитывается такой параметр как ток утечки. Поскольку в реальной жизни диэлектрик между пластинами все же пропускает маленький ток, это приводит к потере со временем начального заряда конденсатора.

Расчет мощности

Вместимость ваших ресурсов рассчитывается на основе планов рабочей нагрузки и нерабочих дней, вытекающих из планов отпуска и индивидуальных планов отсутствия.

На приведенной ниже диаграмме показан принцип работы алгоритма, разграничивающего рабочие и нерабочие дни.

Щелкните здесь, чтобы развернуть …

Индивидуальная емкость

Формула для расчета емкости отдельного ресурса:

Индивидуальная мощность в день = сумма (рабочих часов в день — доступность команды в день)

В настоящее время проверка доступности для разных команд не проводится — в результате общая доступность для разных команд может превышать 100%.

Емкость = рабочие часы, указанные в плане рабочей нагрузки — нерабочие дни (другими словами, сколько общей работы может выполнить ресурс за период. Если Кейт работает восемь часов в день, ее стандартная емкость рабочего дня составляет восемь часов. Если понедельник — национальный праздник и у нее выходной, ее пропускная способность в понедельник — 0 часов).

При расчете индивидуальной пропускной способности учитывается доступность членов команды во всех командах (если Кейт назначена 50% -ная доступность в командной Agile, ее индивидуальная производительность в течение стандартного рабочего дня, упомянутого выше, составляет четыре часа.Команда Agile получает четыре часа мощности. Другими словами, половина возможностей Кэти была выделена на командные усилия. Ее способности как личности были уменьшены).

Команда GT1 состоит из двух человек. Каждый из них работает по восемь часов в день, но их команда работает по-разному.

Индивидуальная мощность = значение плана рабочей нагрузки — Распределение группы

Если ресурс назначен команде на 100%, их индивидуальная мощность синонимична мощности группы.Так что это 100% (не 0ч).



Вместимость команды

Формула для расчета вместимости команды:

Емкость команды = 8ч + 4ч (8ч * 100% + 8ч * 50%) = 12ч

Емкость = 0

Емкость равна 0, когда ресурс недоступен в данный день (из-за планов рабочей нагрузки , Праздничные планы или индивидуальные отсутствия).

Вместимость может равняться 0 для отдельного человека или команды.

В этой ситуации в сетке ресурсов (модуль ресурсов) и на панели ресурсов (модуль Ганта) приложение использует следующий алгоритм (применяется только для задач с автоматическим режимом построения контуров):

  • объем задачи составляет распределяется между нерабочими днями ресурса , если все дни из периода задачи являются нерабочими днями (сумма мощности за этот период равна 0),
  • Усилия задачи не распределяются между нерабочими днями -рабочих дней ресурса , если только часть периода задачи состоит из нерабочих дней (сумма мощности за этот период> 0).
    В этом случае трудозатраты распределяются только между рабочими днями.

В результате, если мощность (ресурса или группы) равна 0 и есть несколько задач с оценкой трудозатрат в этот период:

  • в сетке ресурсов, ячейка «Рабочая нагрузка» становится красной и отображает «Распределенная нагрузка» по описанному выше алгоритму.
  • На панели ресурсов ячейка «Рабочая нагрузка» отображается красным цветом и отображает рабочую нагрузку, распределенную в соответствии с указанным выше алгоритмом.
В приведенном ниже примере емкость ресурса = 0 (из-за отсутствия на протяжении недели)

Но рабочая нагрузка распределяется, потому что ресурс отсутствует на протяжении всей задачи.

Этот алгоритм полезен для представления перегрузки ресурсов в следующих случаях:

  1. «Неправильное» выделение ресурса ящику (доступность члена команды не совпадает с назначением задачи этого члена в этом поле , например, доступность = 0%).
  2. Задачи назначаются Ресурсу при длительном отсутствии (например, отпуск по болезни, декретный отпуск и т. Д.)
  3. В команде нет участников

Сведения о емкости

После нажатия на ячейку емкости отображается всплывающее окно поле, содержащее информацию об основных факторах, составляющих суточную мощность:

Подробную информацию о мощности можно просмотреть непосредственно в модуле «Ресурсы».Чтобы использовать эту функциональность, настройте данные модуля следующим образом:

  • Вы должны находиться в индивидуальном ракурсе .

  • Емкость должна быть выбрана в раскрывающемся списке View .
  • Агрегирование периода времени должно быть установлено на Ежедневно .

Всплывающие элементы емкости

элемент описание
дата

Вместимость всегда проверяется для определенного дня — информация о дате указана в верхнем правом углу .

рабочий день /
выходной

Информация о том, работает ли ресурс в данный день

Название ресурса и аватар

Факторы и детали

Перечислены соответствующие элементы, которые приводят к определенной мощности.

Факторы

Окно с подробностями о мощности разделено на разделы, представляющие каждый фактор — некоторые разделы не отображаются, если они не имеют отношения к данному случаю.

  • План рабочей нагрузки и разделы о членстве в команде отображаются только в том случае, если нет Отсутствия и в плане выходных не запланировано ничего, что сделало бы этот день выходным.
  • Отсутствия Раздел отображается только в том случае, если на этот день запланировано отсутствие.
    • Пользователь не информируется о типе отсутствия и прилагаемых комментариях, так как они могут содержать личные данные. Подробности доступны в Администрации.
  • Holiday Plan раздел — отображается, только если что-то запланировано на этот день в Holiday Plan; если это обычный день, раздел исчезает.

Например, когда емкость = 0, вы видите факторы, которые приводят к этому результату.

Случай 1: Отсутствия

Случай 2 : план рабочей нагрузки (ресурс не работает по выходным.

На членство в команде влияют фильтры в модуле ресурсов:

  • Члены команды XYZ (фильтры команды)
  • Все члены команды
  • Люди с задачами

Емкость превышает рабочую нагрузку в часах

Такая ситуация возможна, если доступность ресурса в командах превышает 100% (для всех ящиков в приложении).Подробнее

Эта ситуация отмечена в модуле «Ресурсы и команды» желтой рамкой вокруг аватара .



Чтобы рассчитать общее количество «Распределенных мощностей» и «Ход работы», система импортирует количество часов в день и часов в неделю из глобальной конфигурации отслеживания времени хост-платформы.

Что такое производственная мощность и как ее рассчитать?

Зная свои производственные мощности, вы сможете лучше планировать и составлять график производства, предоставлять клиентам более точное время выполнения заказов и прогнозировать денежные потоки.Вот руководство, которое поможет вам рассчитать и увеличить его.

Что такое производственная мощность?

Многие мелкие производители не знают, что их производственная мощность есть. Часто они могут дать приблизительную оценку, но не могут вернуть это с числами. Это нервирует, учитывая, что многие важные дела решения зависят от производственных мощностей компании. Решения на основе Однако оценки никогда не бывают такими хорошими, как оценки, основанные на холодных и достоверных данных.

Производственная мощность — это максимально возможный выпуск продукции обрабатывающей промышленности, измеренный в единицах выпуска за период.Знание своих производственных мощностей дает вам возможность улучшить планирование производства и составление графиков производства, указать более точное время выполнения заказа и спрогнозировать денежный поток.

Теоретически вместимость — это определенное число, которое говорит вам, как намного ваша фабрика могла производить . Но практически сколько у вас можно выход почти никогда не бывает фиксированным числом. Это так, даже если вы единый продукт, но особенно актуально, если вы производите смесь продуктов.

Как определить вашу производственную мощность?

Есть несколько различных способов определения вашего производственная мощность.

  1. Измерение емкости вручную — простой способ определения ваших прошлых результатов и использования их для планирования будущего.
  2. Черновое планирование производственных мощностей (RCCP) — подход для общего долгосрочного планирования.
  3. Планирование мощностей и календарное планирование — подход для точного краткосрочного планирования.

Измерение емкости вручную

Один из способов сделать это — подсчитать количество продуктов, проходящих через весь производственный процесс в данный момент времени, когда производство работает на полную мощность.Однако это можно сделать только в средах производства на склад, которые основаны на системе выталкивания, и в производстве на заказ (система вытягивания), когда спрос настолько же или выше, чем ваша производственная мощность.

Имейте в виду, что:

  • Этот метод очень упрощен и может быть неточно.
  • Вы знаете свой исторический потенциал, но там Нет гарантии, что мощность в будущем будет такой же.
  • Тоже невозможно оценить свой производственная мощность при использовании этого метода при производстве большого количества разные товары.

Черновое планирование производственных мощностей (RCCP)

Чтобы получить более реалистичное представление о ваших производственных мощностях, особенно если вы производите несколько видов товаров, вы должны использовать расчеты, которые учитывают ваши:

1. Производственные часы в день. Сколько людей / машин работают над определенным типом продукции на предприятии время? Как долго длится их смены? Сколько смен в день? Что среднее время простоя? Когда запланированы ремонтные работы и праздники?

2.Продукты’ время прохождения. Сколько времени нужно на изготовление одного продукта с самого начала заканчивать?

Зная эти переменные, вы можете легко определить свою производственную мощность — максимально возможный выпуск вашей продукции на текущий момент. Затем вы можете назначить эту мощность для различных наборов продуктов, чтобы определить, возможно ли удовлетворить спрос и как долго будет время выполнения заказа.

Узнайте больше о том, как рассчитать время обработки.

Пример

Компания производит деревянную мебель: стулья, обеденные столы, журнальные столики.Все их продукты проходят одни и те же процессы и следуют одной и той же производственной схеме. Единственное отличие состоит в том, что время цикла обработки продуктов разное, то есть время их обработки различается.

  • Время работы кресла 0,4 часа.
  • Время прохождения обеденного стола 0,8 часы.
  • Проходимость журнального столика 0,6 часы.

В компании 16 производственных сотрудников, работающих в двух 8-часовых смены 5 дней в неделю.Это означает, что общее количество часов продуктивной работы в неделю равно 16 х 8 х 5 = 640 часов.

Таким образом, в течение одной недели можно произвести:

  • 640 / 0,4 = 1600 стульев, ИЛИ
  • 640 / 0,8 = 800 обеденных столов, ИЛИ
  • 640 / 0,6 = 1066 журнальных столиков

Допустим, компании необходимо доставить:

  • 800 стульев в конце второй недели
  • 300 обеденных столов в конце первой недели и 400 в конце 3 недели.
  • 400 журнальных столиков в конце 1 недели и 500 в конце 3 недели.

Чтобы усложнить ситуацию, на второй неделе 12 сотрудников находятся в ежегодном отпуске.

С учетом вышеуказанных ограничений, приблизительный план производственных мощностей за 3 недели может быть следующее:

Такие черновые планы довольно легко сделать в виде таблиц, но есть также специализированное программное обеспечение, которое может помочь сделать это лучше.

Имейте в виду, что при предварительном планировании мощностей не учитываются:

  • Последовательность операций и время переключения между различными продуктами.В результате могут возникнуть неожиданные узкие места, из-за которых время обработки продуктов будет больше, и, как следствие, производственная мощность будет ниже. Для этого целесообразно использовать коэффициент.
  • Доступность материалов.

Планирование мощностей и график

Чтобы точно определить ваши мощности на будущий период, необходимо выполнить подробное планирование. Производство каждого продукта должно быть разбито на последовательность операций, рабочие станции и их индивидуальная доступность должны быть определены, время настройки должно быть измерено, доступность материалов и время выполнения должны быть рассмотрены, а также любые другие детали, которые могут повлиять на расписание.

Сделать это вручную сложно, поэтому было разработано программное обеспечение MRP. Эти программные решения будут использовать всю доступную информацию и ограничения для составления реалистичного графика.

Диаграмма Ганта — отличный инструмент для визуализации результатов планирования мощностей и составления графиков.

Имейте в виду, что:

  • Из-за большого количества движущихся деталей этот подход наиболее полезен для краткосрочного планирования. Из-за эффекта бабочки небольшое изменение в краткосрочной перспективе может привести к резкому сдвигу в долгосрочных планах.
  • Такой подход очень ресурсоемкий — используйте для этого специализированное программное обеспечение.

Как увеличить производственные мощности?

Кто угодно может догадаться, что емкость можно увеличить за счет приобретение нового оборудования и найм нового персонала.

Однако практически в любой производственной компании это возможно. для увеличения производственных мощностей за счет имеющихся ресурсов:

  • Планируйте получше. Когда что-то идет не по плану, работа останавливается.Даже небольшая рябь может иметь большие неожиданные последствия для всей компании.
  • Улучшение бизнес-процессов. Например. начать использовать обратное планирование для закупки материалов и завершить производство вовремя, чтобы сократить запасы и улучшить денежный поток.
  • Используйте производственные технологии для улучшения . Например. использовать принципы бережливого производства для устранения отходов, теорию ограничений (TOC) для поиска и устранения узких мест, одноминутную замену штампов (SMED) для сокращения времени переналадки и т. д.

В качестве краткосрочного решения увеличение производственных мощностей до Удовлетворить внезапное изменение спроса можно по:

  • Добавление смены или сверхурочная работа сотрудников. Это работает, когда требуется работа выполняется вручную или когда оборудование еще не используется на полную мощность.
  • Аутсорсинг производство. Это можно сделать, когда ваша техника уже работает на полную мощность. передач и не может вместить увеличение вместимости.

Что такое коэффициент использования емкости?

Коэффициент использования производственных мощностей является важным ключевым показателем эффективности, связанным с производственная мощность.Он показывает, сколько производственных мощностей компании используется, а сколько осталось неиспользованным. Рисунок представлен в виде процент.

Вы можете узнать коэффициент использования производственных мощностей, разделив фактический уровень выпуска на вашу производственную мощность и умножение результата по 100.

Коэффициент использования мощностей отлично подходит для оценки вашего операционная эффективность, а также ваши затраты и цены. Как правило, 85% Скорость считается оптимальной. Чем выше коэффициент загрузки мощностей, тем ниже стоимость единицы продукции, что позволяет вам предлагать свой товар по более низкой цене и продавайте больше или просто увеличивайте размер прибыли.

Производственная мощность в программном обеспечении ERP / MRP

Управление производственными мощностями — важная часть любого правильная система ERP / MRP. Использование возможностей специализированного программного обеспечения для планирование мощностей имеет множество преимуществ, в том числе:

  • Повышение точности планирования и контроля затрат
  • Гибкость с учетом сезонности и прочего скачки спроса
  • Сбор исторических данных и более точная аналитика
  • Повышение эффективности за счет лучшего принятия решений

Использование системы ERP / MRP также может помочь вам автоматизировать процесс определения производственных мощностей, тем самым снижая риск ручного ввода данных ошибок и позволяя вам управлять множеством рабочих станций или машин одновременно.

Подробнее о планировании мощностей в ERP на производстве.

Основные выводы

  • Производственная мощность максимально возможная выпуск производственного предприятия, измеряемый в единицах выпуска за период.
  • Зная свои производственные мощности, вы возможность лучше планировать и составлять график производства, давать более точные сроки выполнения, и спрогнозируйте свой денежный поток.
  • Есть несколько разных способов определения ваша производственная мощность: ручное измерение мощности, объем черновой резки Планирование (RCCP), а также планирование и планирование мощностей.
  • Производственные мощности могут быть увеличены в долгосрочной перспективе. срок за счет лучшего планирования, улучшения бизнес-процессов и внедрения производственные методологии, такие как Lean, Theory of Constraints и Single Мгновенная замена штампов.
  • В краткосрочной перспективе можно увеличить производство мощности, добавляя смены или заставляя сотрудников работать сверхурочно, или используя аутсорсинг часть вашей продукции.
  • Коэффициент использования производственных мощностей в процентах это показывает, какая часть производственных мощностей компании используется.В чем выше ставка, тем ниже стоимость единицы.
  • Использование системы ERP / MRP для управления мощностями позволяет компаниям более точно и эффективно планировать производство, а также принимать более обоснованные решения благодаря более качественному анализу и анализу данных.

Вам также может понравиться: Коэффициент оборачиваемости запасов — Формула и советы по улучшению

Что такое загрузка мощностей? (И как это рассчитать)

  1. Руководство по карьере
  2. Развитие карьеры
  3. Что такое использование производственных мощностей? (И как это рассчитать)
Редакционная группа Indeed

16 ноября 2021 г.

Использование мощностей — важный показатель, который используют профессионалы и экономисты для определения того, насколько эффективно предприятия, организации и экономические субъекты используют ресурсы для получения результатов.Его расчетный коэффициент может многое сказать об операционной эффективности компании. В этой статье мы исследуем, что такое загрузка производственных мощностей, как рассчитать ее коэффициент и почему это важный показатель для понимания корпоративных и экономических операций.

Связано: чем занимается экономист? Обязанности и рабочая среда

Ключевые выводы

  • Меры по использованию производственных мощностей, если компания или экономика полностью достигают своего производственного потенциала.

  • Национальные экономисты могут использовать результаты использования производственных мощностей для корректировки налогово-бюджетной или денежно-кредитной политики.

  • Большинство компаний и стран стремятся к загрузке производственных мощностей от 85% до 100%.

& NBSP;

Что такое загрузка мощностей?

Использование производственных мощностей представляет собой производственные или производственные возможности, которые экономика или компания использует для создания продукции. Это важное соотношение, которое измеряет пропорцию потенциального выпуска к фактическому реализованному выпуску. Результатом использования производственных мощностей является процент, который дает представление об операционной эффективности компании и может колебаться в зависимости от потребительского и рыночного спроса.

Национальные экономисты используют коэффициенты загрузки производственных мощностей, чтобы отслеживать, как работают отрасли в текущих экономических условиях. Например, Федеральная резервная система США публикует ставки для экономики США с 1960-х годов. Руководители могут корректировать свою денежно-кредитную или фискальную политику в ответ на свои выводы.

Связано: Экономический спрос: определение, определяющие факторы и типы

Формула коэффициента использования производственных мощностей

Формула использования производственных мощностей дает вам коэффициент использования производственных мощностей:

Использование производственных мощностей = (фактический уровень выпуска / потенциальный выпуск) x 100

В По формуле фактический уровень выпуска представляет собой количество единиц, производимых компанией или экономикой за определенный период.Потенциальный объем производства представляет собой максимальную мощность, на которой могут работать компании и страны, когда они используют все ресурсы без дополнительных операционных расходов.

Связано: Формула безубыточности: как рассчитать точку безубыточности (на примере)

Как рассчитать коэффициент использования производственных мощностей

Для расчета коэффициента использования мощностей используйте формулу использования мощностей = (100000 / потенциальный выпуск) x 100 и выполните следующие шаги:

1. Рассчитайте уровень фактического выпуска

В течение определенных учетных и отчетных периодов компания регистрирует количество произведенных продуктов.Это значение представляет уровень фактического выпуска в формуле и включает общее количество завершенных запасов.

Например, компания-производитель, производящая велосипедные шины, может рассчитать общий объем производства, найдя количество велосипедных шин, которые она изготовила и продала за данный период. Предполагая, что компания производит 100 000 шин, это будет представлено как фактический уровень выпуска в формуле:

Использование производственных мощностей = (100 000 / потенциальный выпуск) x 100

2.Определите свой потенциальный уровень выпуска

Потенциальный выпуск представляет собой максимальный уровень операционной мощности, когда компания полностью использует свои ресурсы. Экологичный выход на полную мощность может положительно повлиять на объем производства, продажи и выручку.

Найдите потенциальный объем производства, оценив цели продаж и определив количество продуктов, необходимых для достижения этих целей. Это значение, вероятно, является вашим потенциальным выходным уровнем.

Используя предыдущий пример компании, предположим, что потенциальный уровень выпуска равен 225 000.Это означает, что компания уверена, что сможет производить более чем вдвое больше своей текущей продукции, если задействует все свои доступные ресурсы. Используйте это значение в формуле:

Загрузка мощностей = (100000/225000) x 100

3. Разделите фактический выпуск на потенциальный

После того, как вы вычислили фактический выпуск и оценили свой потенциальный уровень выпуска, разделите фактический выпуск на потенциальный выход. Используя предыдущие примеры в формуле, разделите два выходных значения:

Загрузка мощностей = (100000/225000) x 100 = (0.44) x 100

4. Умножьте результат на 100

Результат, который вы получите после деления выходных значений, даст вам десятичное значение, которое вам нужно умножить на 100, чтобы преобразовать в процент. Этот процент представляет собой коэффициент использования производственных мощностей:

Использование производственных мощностей = (100000/225000) x 100 = (0,44) x 100 = 44%

Коэффициент использования производственных мощностей для компании-примера составляет 44%.

5. Интерпретируйте свои результаты

Когда вы получите коэффициент использования мощности, вы можете интерпретировать значение, исходя из того, что 100% — это полная эксплуатационная мощность.Если коэффициент использования производственных мощностей составляет менее 100%, это означает, что компании работают не на полную мощность. Ставки выше 100% указывают на превышение допустимой мощности.

Как правило, коэффициент использования производственных мощностей от 85% до 100% является приемлемым для большинства экономических и корпоративных операций. Примерный показатель 44% показывает, что компания работает значительно ниже полной мощности из-за недостаточного использования своих ресурсов, неэффективного распределения ресурсов или необходимости повышения производительности.

Связано: Как рассчитать коэффициенты (на примере)

Важность коэффициента использования производственных мощностей

Понимание коэффициента использования производственных мощностей чрезвычайно важно для компаний и экономики в целом, поскольку оно дает основу для планирования использования ресурсов для получения максимальной производительности. качественный товар.

Коэффициент использования производственных мощностей также дает представление о том, насколько хорошо компании и экономика максимизируют выручку и прибыль, удовлетворяя растущие потребности в продукции.Кроме того, планирование использования мощностей требует знания рыночного спроса и того, как он влияет на операционные возможности и текущие процессы.

Также важно отметить, что коэффициент использования производственных мощностей дает ценную информацию об эффективности операционных процессов компании или экономики. Например, коэффициент использования производственных мощностей менее 85% может указывать на необходимость улучшения методов производства, укомплектования персоналом или другого аспекта бизнес-приложений. И наоборот, если компания работает со значительно более высокой производительностью, чем полная, она может слишком быстро истощить свои ресурсы.

Связано: Спрос и предложение: определение и как это работает

Что вы можете сделать с низким коэффициентом использования производственных мощностей?

Для увеличения мощности и выпуска, когда ваш расчет дает низкий коэффициент использования производственных мощностей, вы можете:

  • Принимать стратегические решения о том, какие продукты увеличивать в производстве, какие излишки ресурсов использовать в производстве и как выпуск соответствует рыночному спросу.

  • Небольшие увеличения выпуска продукции по мере увеличения спроса и отслеживание операционных расходов для обеспечения адекватного финансового покрытия.

  • Планирование производственных графиков и определение сроков достижения важных производственных квот.

  • Совместное использование мощности с другими владельцами, которые имеют аналогичные цели в области производства, выручки и прибыли для увеличения мощности и использования ресурсов.

  • Рассмотрите возможность заключения субподряда, когда ваша организация берет на себя контракты и производственные заказы для других предприятий, что приводит к увеличению прибыли и производительности.

  • Улучшение методов распределения ресурсов за счет стратегического планирования, устранения устаревших ресурсов и обеспечения эффективного использования текущих ресурсов.

Связано: что такое управление ресурсами? Руководство по распределению ресурсов и планированию

Как рассчитать производственную мощность завода?

В производстве одежды «Производственная мощность» является одним из наиболее важных критериев, используемых покупателями при выборе поставщика. Это потому что; Срок изготовления заказа прямо пропорционален производственной мощности продавца. Поэтому очень важно, чтобы персонал по маркетингу и планированию знал о производственных мощностях своих производственных единиц.

Производительность завода в первую очередь выражается в общем количестве машин, которые имеет завод. Во-вторых, сколько изделий фабрика производит в день для конкретной продукции? Как правило, общее количество машин на заводе в течение определенного периода остается неизменным. Но в течение сезона фабрика может производить различные виды продукции. В зависимости от категории продукта (стиля) требования к оборудованию могут меняться, а среднесуточное производство для каждого стиля может отличаться. Таким образом, чтобы быть конкретным во время резервирования заказов, планировщик должен точно знать, сколько мощностей ему или ей необходимо для обеспечения заказа в заданный период времени.

Швейный пол (Изображение предоставлено: Shahi Exports Pvt. Ltd. через страницу в Facebook)

Производственная мощность предприятия выражается в минутах, часах или штуках (производство в день). Ниже приводится объяснение метода, используемого для расчета емкости. Для расчета суточной производственной мощности (в штуках) необходима следующая информация.

1. Производственная мощность в часах
2. Продукт SAM
3. Производительность линии (средняя)

1.Расчет производственной мощности (в часах):
Проверьте, сколько машин имеет завод и сколько часов завод работает в день. Например, предположим,

Общее количество машин = 200
часов смены в день = 10 часов
Таким образом, общая производственная мощность завода (в часах) = 200 * 10 часов = 2000 часов

2. Расчет продукта SAM (SAM):
Составьте список категорий продуктов, которые вы производите, и получите стандартные минуты (SAM) всех продуктов, которые вы производите, от инженеров-исследователей.Если у вас нет продукта SAM, рассчитайте SAM. Предположим, вы производите рубашку, и ее SAM составляет 25 минут.

Расчет производственной мощности (в штуках):
После получения вышеуказанной информации используйте следующую формулу для расчета производственной мощности.

Производственная мощность (в штуках) = (Производительность в часах * 60 / продукт SAM) * эффективность линии
Например: Предположим, что на фабрике 8 швейных линий, и каждая линия имеет 25 машин. Всего 200 станков, а рабочая смена 10 часов в сутки.Суммарная производственная мощность завода в сутки составляет 2000 часов (200 машин * 10 часов). Если фабрика производит только один стиль (Рубашку) SAM 25 минут и использовала все 200 машин, ежедневная производственная мощность 50%

= (2000 * 60/25) * 50% штук
= (2000 * 60 * 50) / ( 25 * 100) Штук
= (6000000/2500) Штук
= 2400 штук

Таблица-1: шаблон расчета производственных мощностей
[Примечание: производство будет варьироваться в зависимости от эффективности линии и во время обучения или в первые дни, когда стиль загружается в линию] Планирование производства (мощности) обычно осуществляется на основе швейных мощностей.Знание возможностей других процессов (внутренних или внешних) также очень важно. В противном случае планировщик может потерпеть неудачу и не уложится в срок. Другие отделы, такие как мощность цеха раскроя, емкость отделочного цеха, мощность стирки и объем рабочих мест с добавленной стоимостью.

Обновления:
Со временем я получил вопросы по этой статье в поле для комментариев. Что в настоящее время не отображается после обновления сайта. Вы можете просмотреть старые комментарии к этому сообщению здесь.Я добавил в сообщение несколько избранных вопросов и ответил на них. Надеюсь, вы найдете это добавление полезным.

Q-1: Швейная линия включает в себя шитье m / c, а также прессование m / c, нужно ли нам использовать все m / c или только шить m / c для производственных мощностей? любезно поясните.
Ответ: Хороший вопрос. В формуле расчета производственной мощности мы используем продукт SAM для расчета дневной производственной мощности. Следовательно, если вы добавляете SAM завершающей операции, ручную работу (например, маркировку, глажку) SAM, в общую SAM одежды, эти рабочие станции будут частью расчета рабочих часов фабрики.Но поскольку некоторые из этих рабочих станций менялись от стиля к стилю, учитывая швейные машины для расчета производительности машины в часах.

Q-2: Как мы оцениваем эту 50% эффективность? И как это влияет на SAM?
Ответ: Эффективность линии, которую мы использовали здесь, взята из прошлых данных о производительности линии. В этом посте показан метод расчета эффективности линии. SAM — эталон стиля. Стандартное время для продукта останется прежним.SAM для одежды не изменит, работает ли линия с эффективностью 50% или 80%. Производственная мощность линии изменится, если эффективность линии изменится.
В приведенном выше примере при 50% эффективности линии дневное производство составляет 2400 штук. При КПД линии 75% суточное производство составит 3600 штук.
Q-3: Учитывая формулу выше. что, если у вас есть 5 продуктов с разными SAM …
продукт A — 5 минут
продукт B — 10 минут
продукт C — 15 минут
продукт D — 20 минут
продукт E — 25 минут
Как я могу рассчитать производственную мощность ? Спасибо и больше сил (надеюсь на ответ).

Ответ: Вы можете вычислить производственную мощность завода, производящего продукцию различных SAM. Здесь вы знаете

  • SAM для всех 5 различных продуктов
  • Найдите среднюю эффективность линии по продукту.
  • Рассчитайте общую мощность в часах. У вас уже есть данные о мощности машины в часах в день. (показано в шаге №1)
Сколько часов из общего числа машинных часов вы потратите на разные изделия? Решите, сколько часов вы будете уделять продукту.См. Таблицу производственных мощностей по продукту. Я предположил, что распределение машин, количество часов ежедневной смены и эффективность производственной линии указаны в таблице 2. Затем следуйте формуле и найдите производственную мощность продукта. При расчете производственных мощностей всегда учитывайте кривую обучения.

Таблица 2: Шаблон для расчета производственной мощности для нескольких продуктов

В-4: Если нет, это не сработает.продуктов очень много. Скажем, существует 100 типов продуктов, и все они производятся на одном и том же оборудовании, и это занимает разное время, поэтому нет уверенности в требованиях к продукту, тогда как кто-то может рассчитать установленную мощность.
Ответ: Это нормально, что типы продуктов, которые вы производите, время от времени меняются. SAM того же продукта также может измениться. Производственная мощность в штуках (дюжинах) соответственно изменится — при изменении SAM продукта и эффективности линии.Количество машин может быть фиксированным, и одну машину можно использовать для производства одного продукта за раз.

В таком сценарии не фиксируйте / показывайте заводскую мощность по частям. Вы можете сохранить производительность машины в часах в день, так как она останется прежней.

Рассчитайте производственную мощность только для текущих заказов / текущих стилей или для будущих стилей. Подготовьте отдельный отчет о мощности для каждого типа продукта с указанием временных рамок. Например, предположим, что у вас есть 100 швейных машин, и в настоящее время вы делаете только футболку и рубашки.Из этих 100 швейных машин 20 машин предназначены для изготовления футболок (5 минут SAM) и 80 машин предназначены для изготовления рубашек (20 минут SAM). Линия футболки работает с эффективностью 90%, а линия рубашки работает с уровнем эффективности 70%.

Таким образом, мощность вашего завода будет такой, как показано ниже. (см. Таблицу -3)

  • 100 швейных машин,
  • 800 часов в сутки,
  • Производственная мощность
  • 1728 единиц футболок и 1344 единицы рубашек в сутки.
Таблица 3: Расчет производственной мощности продукта путем изменения параметров

Предположим, через месяц у вас есть заказ на изготовление рубашки-поло и брючного фасона.Итак, на 20 машинах выделяют рубашки-поло, а на других 80 машинах изготавливают брюки. Рассчитайте производственную мощность завода отдельно, как указано выше. Вы можете увеличить / изменить количество машин для продуктов в соответствии с требованиями. Если вы получаете заказ на несколько позиций одновременно, вы рассчитываете объем продукта в штуках в соответствии с машиной, которую вы будете выделять для каждого стиля. См. Ответ ниже.



Q-5: Подойдет ли этот расчет для других машин, кроме швейной? Я промышленный инженер хотел знать, как я рассчитываю производство для листового металла или обрабатывающей промышленности, пожалуйста, не могли бы вы объяснить в отношении других станков, таких как токарный, фрезерный и др. бурение.
Ответ: Формула производственной мощности

Производственная мощность = (Доступное время машины / Время, необходимое для изготовления одной детали)


Если вы можете измерить доступное время (мощность) станка и знаете стандартное время, необходимое для изготовления элемента, используйте эту формулу и узнайте производственную мощность вашего токарного или фрезерно-сверлильного станка.
В формуле учитывается КПД линии, потому что — указанный для продукта стандарт рассчитан на 100% КПД.Но на практике в большинстве случаев работникам требуется больше времени, чем SAM. Если рассчитать производственную мощность без учета эффективности линии, получится недостижимая цифра.

Если у вас есть какие-либо вопросы, вы можете задать их мне, разместив свой вопрос в поле для комментариев.

Как улучшить формулу планирования мощностей

Специалисты по планированию мощностей часто сталкиваются с трудным решением, поскольку большая часть их работы требует балансирования трудного компромисса между производительностью приложений и эффективностью инфраструктуры.Обязанность планировщика емкости — понять, когда требуется больше оборудования для обеспечения производительности приложений, и в то же время избежать потери оборудования. Традиционный подход включает определение текущих избыточных мощностей, а затем попытки сопоставить их с будущим ростом. Обычно это делается по ключевым показателям, таким как ЦП и память.

Простая формула ниже помогает проиллюстрировать этот подход:

Например, если вы пытаетесь найти запас памяти в кластере, нужно предпринять следующие шаги:

  • Кластер имеет 5 хостов; у каждого хоста 128 ГБ памяти.Итак, общий объем = 640 ГБ.
  • Среднее использование памяти хоста в кластере составляет 80 ГБ. Итак, использованная емкость = 400 ГБ.
  • Желаемое использование памяти 70%.
  • В среднем виртуальная машина использует 0,5 ГБ памяти (среднее использование = 0,5).
  • ((640 * 0,7) — 400) / 0,5 = 96 виртуальных машин = доступный запас

Очевидно, что это упрощенная формула, и есть другие зависимости, которые следует учитывать, например, сколько времени занимает оборудование в стойке, лицензионные ограничения, сезонный спрос и т. Д.В любом случае, независимо от того, насколько сложен расчет, в конечном итоге вы понимаете, что кластер может принимать определенное количество виртуальных машин с определенным размером шаблона в определенный момент времени. Эти данные позже рассчитываются отдельно относительно будущего роста, ожидаемого от окружающей среды. Обычно это делается в режиме «пакетной обработки» по сравнению с годовыми или ежеквартальными циклами закупок.

Проблема с этим подходом заключается в том, что это статический расчет, который делает МНОГО допущений и не изменяется вместе с изменениями в использовании среды.Как обсуждалось в предыдущем посте, в котором подробно описаны ограничения вычисления емкости в вакууме на листе Excel, при таком подходе невозможно гарантировать, что для отдельных виртуальных машин на отдельных хостах достаточно ресурсов. Чтобы понять доступную мощность, вы должны разумно принять решения о размещении и размере, которые будут учитывать все ресурсы в среде. Лучшее размещение приводит к большей плотности, что позволяет покупать меньше оборудования.

Если вам нужен этот тип данных, Turbonomic предоставит их вам одним щелчком мыши по всем вашим кластерам, что лучше, чем любой расчет таблицы Excel на основе использования:

На приведенном выше изображении показан для каждого кластера в вашей среде средняя потребность в рабочей нагрузке (с учетом ВСЕХ ресурсов, необходимых виртуальным машинам), доступный запас для аналогичных рабочих нагрузок на кластер с учетом хранилища, вычислительных ресурсов и сети.Выходные данные основаны не только на «среднем спросе», но и на максимальном увеличении запаса на основе эффективного размещения и определения размеров существующей и новой рабочей нагрузки.

Требовательный подход

Но что будет, если мы перевернем этот подход с ног на голову? Вместо того, чтобы начинать с предложения (доступная мощность), а затем выяснять спрос в автономном режиме, что произойдет, если мы начнем со спроса (необходимые виртуальные машины) и определим необходимое оборудование в непрерывном режиме онлайн во всей организации.

Применяя этот подход, вы устраняете множество различных предположений в своем плане роста. Если вы действительно знаете, как далеко вам нужно зайти, вы можете лучше спланировать это. В этом разница между знанием того, что ваш бак бензина заполнен на 75%, и знанием того, что вы можете проехать еще 150 миль, прежде чем вам понадобится его заправить.

Давайте посмотрим, как Turbonomic использует этот подход:

На вкладке «Развертывание» Turbonomic вы можете указать, какую рабочую нагрузку вы ожидаете развернуть, когда, а также когда вам необходимо зарезервировать необходимую мощность:

С этого момента все оговорки принимаются во внимание в отношении всех решений, принятых Turbonomic.Например, если у вас есть активное резервирование, и у вас недостаточно мощностей, Turbonomic сгенерирует действие для предоставления дополнительной мощности. Или, когда вы составляете план прогнозирования на будущее, вы поймете, когда именно вам нужно покупать больше оборудования для будущего роста. Они рассчитываются в реальном времени с учетом колебаний спроса в окружающей среде.

В представлении «Результаты проекции» показаны будущие требования к вашей среде. На диаграммах показаны точки данных, соответствующие дате начала действия плана и указанным вами интервалам — ежемесячно, каждые 2 месяца, каждые три месяца и т. Д.
На диаграммах вверху показано использование ресурсов хоста и хранилища в течение периода прогноза. На сводной панели дополнительных ресурсов перечислены ресурсы, которые будут добавлены в вашу среду с течением времени. Три панели проекции предоставления в правом нижнем углу показывают прогнозируемую рабочую нагрузку и прогнозируемые требования к ресурсам для виртуальных машин, хостов и хранилища. Зеленая линия указывает на текущую емкость, а полосы — на прогнозируемые значения. Как вы можете видеть в приведенном выше примере, 16 ноября нам понадобится дополнительное хранилище, добавленное в среду.

Используя этот подход, специалисты по планированию емкости могут быть уверены, что они добавляют именно ту емкость, которая им нужна, когда она им нужна, чтобы обеспечить производительность приложения при сохранении эффективности. Не требуются игры в угадайку или электронные таблицы.

Бонусный балл:

Нет никаких обязательств по использованию пользовательского интерфейса Turbonomic для выполнения этих резервирований и развертывания виртуальных машин. Фактически, я предполагаю, что во многих организациях процесс развертывания более сложен и будет включать дополнительные шаги.Вы можете создавать бронирования и получать размещение с помощью API Turbonomic.

Подробные примеры доступны в нашем сообществе Green Circle: https://greencircle.Turbonomic.com/community/products/blog/2016/03/25/reserve-vms-using-api-into-user-defined-segments. Клиенты Turbonomic используют это, чтобы получить единый источник достоверной информации, из которого вся организация может запросить будущий спрос, рассчитанный с учетом существующих и будущих мощностей.

Калькулятор удельной теплоемкости + формула (уравнение C = Q / (м ΔT))

Удельная теплоемкость — это в основном мера того, насколько сложно нагреть различных материалов.Чтобы рассчитать удельную теплоемкость (C) любого вещества, вам понадобится формула удельной теплоемкости (уравнение, если хотите).

Далее вы также найдете калькулятор удельной теплоемкости : вы просто подключаете Q (тепловая энергия) , м (масса) и ΔT (разница температур) , и калькулятор будет динамически рассчитать для вас удельную теплоемкость. Вот как выглядит вычислитель удельной теплоемкости (снимок экрана):

Пример калькулятора: 30.000 Дж тепла нагреют 5 кг вещества на 10К. Какая удельная теплоемкость? 600 Дж / кг × К. Вы можете найти этот калькулятор далее; он будет динамически и автоматически рассчитывать удельную теплоемкость.

Сначала рассмотрим формулу удельной теплоемкости. Это довольно простая формула, которую может использовать каждый. В конце мы также перечислим удельные теплоемкости воздуха, воды и некоторых других веществ. Также мы решим несколько простых примеров того, как рассчитать удельную теплоемкость.Давайте рассмотрим пример, чтобы проиллюстрировать, что на самом деле говорит нам удельная теплоемкость:

Пример: Воздух при комнатной температуре имеет удельную теплоемкость 1012 Дж / кг × K. Вода при комнатной температуре имеет удельную теплоемкость 4181 Дж / кг × K. Это означает, что нам нужно примерно в 4 раза больше тепла, чтобы нагреть килограмм воды, чем килограмм воздуха.

Удельная теплоемкость определяется как количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 кг вещества на 1К.Чаще всего для этого используются единицы СИ (Дж = Джоули, кг = килограммы, К = градусы Кельвина).

Мы можем аккуратно представить все эти числа в такой формуле:

Формула удельной теплоемкости

Удельная теплоемкость обозначается C (C для мощности). Вот уравнение для расчета удельной теплоемкости C:

C = Q ÷ (м × ΔT)

Довольно просто, правда?

  • Q — количество тепла, которое мы отдаем веществу. Может быть 1 Дж, 40 Дж или даже 50.000 Дж, идет любое количество Джоулей.
  • м — масса нагреваемого вещества. Можно нагреть 1 кг вещества, 20 кг или даже 10 г вещества, любой вес идет.
  • ΔT — это разница температур между начальной и конечной температурами, и она всегда измеряется не в градусах Фаренгейта (° F), не в градусах Цельсия (° C), а в Кельвинах (K). Пример: если мы нагреем воду с 68 ° F или 20 ° C (это 293K) до 158 ° F или 70 ° C (то есть 343K), разница температур составит 343K — 293K = 50K.

Вот быстрый пример: допустим, нам нужно 6000 Дж тепла, чтобы нагреть 3 кг вещества на 10 К. Вот как мы рассчитываем удельную теплоемкость, используя приведенное выше уравнение.

C = 6000 Дж ÷ (3 кг × 10 K) = 200 Дж / кг × K

Формула для удельной теплоемкости говорит нам, что удельная теплоемкость (C) этого вещества составляет 200 Дж / кг × K.

Чтобы еще больше упростить задачу, вы можете использовать этот калькулятор

Калькулятор удельной теплоемкости

Обычно вы просто вставляете Q, m и ΔT, и калькулятор динамически рассчитает за вас удельную теплоемкость.Вы также можете, конечно, немного поэкспериментировать с числами.

С помощью этого калькулятора вы можете просто определить, какова удельная теплоемкость вещества, без необходимости рассчитывать все самостоятельно.

Давайте посмотрим на удельную теплоемкость некоторых обычных газов, жидкостей и твердых тел:

Таблица удельной теплоемкости

Вещество: Фаза (газ, жидкость, твердое тело): Удельная теплоемкость (Дж / кг × K)
Воздух при комнатной температуре Газ 1012 Дж / кг × K
Аргон (Ar) Газ 520.3 Дж / кг × K
Двуокись углерода (CO2) Газ 839 Дж / кг × K
Гелий (He) Газ 5193,2 Дж / кг × К
Водород (h3) Газ 14,300 Дж / кг × K
Сероводород (h3S) Газ 1015 Дж / кг × К
Метан при 275 К (Ch5) Газ 2191 / кг × К
Азот (N2) Газ 1040 Дж / кг × К
Неон (Ne) Газ 1030.1 Дж / кг × K
Кислород (O2) Газ 918 Дж / кг × K
Аммиак (Nh4) Жидкость 4700 Дж / кг × K
Этанол (Ch4Ch3OH) Жидкость 2440 Дж / кг × К
Бензин Жидкость 2220 Дж / кг × К
Меркурий Жидкость 139,5 Дж / кг × K
Метанол (Ch4OH) Жидкость 2140 Дж / кг × К
Вода при 25 ° C Жидкость 4181.3 Дж / кг × K
Алюминий (Al) цельный 897 Дж / кг × K
Сурьма цельный 207 Дж / кг × K
Мышьяк цельный 328 Дж / кг × K
Бериллий цельный 1820 Дж / кг × К
Кадмий цельный 231 Дж / кг × K
Хром цельный 449 Дж / кг × K
Медь цельный 385 Дж / кг × K
Алмаз цельный 509.1 Дж / кг × K
Стекло цельный 840 Дж / кг × K
Золото цельный 129 Дж / кг × K
Гранит цельный 790 Дж / кг × K
Графит цельный 710 Дж / кг × K
Утюг цельный 412 Дж / кг × K
Свинец цельный 129 Дж / кг × K
Литий цельный 3580 Дж / кг × К
Магний цельный 1020 Дж / кг × K
Полиэтилен цельный 2302.7 Дж / кг × K
Кремнезем цельный 703 Дж / кг × K
Серебро цельный 233 Дж / кг × K
Натрий цельный 1230 Дж / кг × K
Сталь цельный 466 Дж / кг × K
Олово цельный 227 Дж / кг × K
Титан цельный 528 Дж / кг × K
Уран цельный 116 Дж / кг × K
Асфальт цельный 920 Дж / кг × K
Кирпич цельный 840 Дж / кг × K
Бетон цельный 880 Дж / кг × K
Гипс Газ 1090 Дж / кг × K
Песок Газ 835 Дж / кг × K
Почва Газ 800 Дж / кг × K

Если у вас есть какие-либо вопросы о удельной теплоемкости, вы можете использовать комментарии ниже, и мы постараемся помочь вам, как только сможем.

Определение, формула, уравнение, расчет и применение

Молярная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 моля вещества на 1 единицу, и рассчитывается путем деления теплоемкости на общее количество молей.

Вы когда-нибудь задумывались, почему мы не обжигаемся, пользуясь сковородой?

Конечно, нас защищает ручка, но почему она не так горячая, как сама сковорода? Ведь он подвергается воздействию одинакового количества тепла.

Во-первых, ручку-попарку обычно делают из пластика, а это значит, что она плохо проводит тепло. Кроме того, при таком же количестве теплового воздействия повышение температуры пластиковой ручки намного меньше, чем повышение температуры металлической части. Это связано с высокой теплоемкостью ручки по сравнению с металлом, из которого сделана сковорода.

Теплоемкость определяется как количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры данной массы вещества на одну единицу. Удельная теплоемкость и молярная теплоемкость — это свойства, производные от теплоемкости материала.

Благодаря высокой теплоемкости ручки она не нагревается так, как сама сковорода (Фото: Kzenon / Shutterstock).

Удельная теплоемкость и молярная теплоемкость

Теплоемкость — это обширное свойство, то есть она зависит от количества и размера вещества. Модифицированная форма теплоемкости (называемая удельной теплоемкостью или просто удельной теплоемкостью) обычно используется в физике. Удельная теплоемкость не зависит от количества вещества и, следовательно, является более полезным свойством.

Удельная теплоемкость определяется как количество тепла, необходимое для повышения одной единицы массы вещества на 1 единицу температуры. Математически это теплоемкость вещества, деленная на его массу. Формула для определения удельной теплоемкости:

Здесь c — удельная теплоемкость, выраженная в единицах Дж / кг. K, C — теплоемкость вещества в Дж / К, а m — масса вещества в килограммах. Другая очень важная формула, используемая для выражения удельной теплоемкости:

Здесь также c обозначает удельную теплоемкость, ΔQ — разность тепловой энергии в джоулях, m — масса вещества, а ΔT — разница температур. в Кельвинах.

В химии, где количество вещества обычно измеряется в молях, а не в граммах, дальнейшее изменение определения и формулы теплоемкости с включением моль значительно упрощает задачу.

Молярная теплоемкость определяется как количество тепла, необходимое для подъема 1 моля вещества на 1 Кельвин. Как и удельная теплоемкость, молярная теплоемкость является интенсивным свойством, то есть не зависит от количества вещества.

Математически это теплоемкость вещества, деленная на количество молей, и выражается как:

Здесь см — молярная теплоемкость (Дж / К.моль), C — теплоемкость (Дж / К), а n — количество молей (моль).

Удельная теплоемкость и молярная теплоемкость могут не изменяться в зависимости от количества или размера вещества, но их значения меняются в зависимости от метода определения.

Когда к веществу, в частности к газам, подводится тепловая энергия, повышение температуры сопровождается увеличением объема или давления, а иногда и того и другого. Эти явления объясняются законом Шарля и законом Гей-Люссака.

CP, m и CV, m часто используются для обозначения молярной теплоемкости, измеренной при постоянном давлении (изобарический) и постоянном объеме (изохорный).

Значение молярной теплоемкости при постоянном давлении всегда больше, чем измеренное при постоянном объеме. Это связано с тем, что тепло, подаваемое при постоянном давлении, используется для выполнения работы и расширения в объеме. Напротив, тепло, подаваемое при постоянном объеме, полностью используется для повышения температуры вещества.

Отношение CP и CV называется отношением теплоемкости или индексом адиабаты (γ = CP / CV) и является важным термином при работе с обратимыми процессами в термодинамике.С другой стороны, разница между CP, m и CV, m равна универсальной газовой постоянной R. Выражение CP, m — CV, m = R называется соотношением Майера.

Как рассчитать молярную теплоемкость вещества?

Определение теплоемкости вещества и, соответственно, его удельной теплоемкости и молярной теплоемкости — это не совсем ракетная наука. Значения можно вычислить, просто разбив их определения, найдя отдельные величины (количество подаваемого или отведенного тепла, начальную температуру, конечную температуру, массу и количество молей вещества) и подставив их в соответствующие места в формулы.

Шаг 1: Определение теплоемкости

Как уже определено, теплоемкость — это количество тепла, необходимое для повышения температуры известного количества вещества на одну единицу. Определение выражается как:

Здесь C — теплоемкость, Q — тепловая энергия, а ΔT — разница температур. ΔQ может также заменить Q.

ΔT — это T1-T2, где T1 — начальная температура, а T2 — конечная температура вещества. Начните с записи начальной / начальной температуры T1 с помощью термометра.Кроме того, взвесьте образец (м) и запишите значение в кг для дальнейшего использования.

Затем подайте в систему известное количество тепловой энергии (Q). Количество тепловой энергии может быть указано в джоулях или калориях. Когда вы закончите подавать тепло, дождитесь стабилизации температуры и запишите конечную температуру как T2.

Преобразуйте значение температуры в градусы Кельвина, добавив число 273,15 к значению Цельсия (0 ° c = 273,15 K). Если количество поставленной тепловой энергии выражается в калориях, переведите ее в джоули.Умножьте количество тепловой энергии в калориях на 4,184, чтобы получить количество в джоулях (1 кал = 4,184 джоулей).

Наконец, подставьте значения Q, T1 и T2 в формулу теплоемкости. Возьмите калькулятор или используйте свой мозг, чтобы выполнить вычисления и определить теплоемкость образца. Единицы теплоемкости — Дж / К.

Шаг 2: Определение удельной теплоемкости или удельной теплоемкости

Удельную теплоемкость или удельную теплоемкость можно легко найти, разделив теплоемкость образца на его массу (c = C / m).Идите вперед и разделите значение C, найденное на предыдущем шаге, на значение m, также отмеченное на предыдущем шаге, чтобы получить удельную теплоемкость образца. Полученное количество будет выражаться в единицах Дж / кг. K

Шаг 3: Определение молярной теплоемкости

Если вы прокрутите назад и посмотрите на формулу для молярной теплоемкости (см = C / n), вы найдете термин «n», обозначающее количество молей образца. Чтобы найти количество молей, разделите количество пробы на его молярную массу.

Теперь, когда вы нашли n, подставьте значение теплоемкости (C) и количество молей (n) в формулу и вычислите молярную теплоемкость.

Другой метод определения молярной теплоемкости — это умножение удельной теплоемкости (c) образца на его молярную массу (M). При этом обязательно переводите молярную массу в кг / моль.

Альтернативный метод — использование калориметра

Другой метод определения удельной теплоемкости вещества — использование калориметра.Калориметр — это научный прибор, состоящий из следующих частей: внутреннего и внешнего сосуда, мешалки, термометра, изоляционного материала и т. Д.

Внутренний сосуд или чашка содержит материал образца, удельную теплоемкость которого необходимо определить. Его помещают в середину внешнего сосуда, наполненного водой.

Процедура начинается с регистрации массы и начальной температуры воды и вещества пробы.

Калориметр используется для измерения теплового потока в реакции; этот метод называется калориметрией.(Фотография предоставлена ​​Фуадом А. Саадом / Shutterstock)

Затем образец нагревается с помощью запальной проволоки. Когда температура образца поднимается выше температуры внешней воды, начинается теплообмен между ними. Через некоторое время электрический поток отключают и измеряют конечные температуры воды и образца. Тепловая энергия, теряемая материалом образца, будет равна теплу, полученному водой во внешнем сосуде. Воспользуемся формулой ΔQ = mcΔT.

Для образца ΔQs = (mcΔT) s, а для воды ΔQw = (mcΔT) w.

Но ΔQs = ΔQw. Таким образом, (mcΔT) s = (mcΔT) w.

Подставьте значения массы образца и воды (ms и mw соответственно), изменения температуры (ΔTs = T1s-T2s и ΔTw = T1w-T2w) и удельной теплоемкости воды (cw) как 4,1796 кДж / кг · К для определения удельной теплоемкости образца (cs). Как только удельная теплоемкость вещества определена, умножив ее на его молярную массу, вы получите молярную теплоемкость вещества.

Области применения теплоемкости

Теплоемкость вещества определяет, где и когда оно может быть использовано. Например, ручки и ручки посуды производятся из материалов с высокой теплоемкостью для обеспечения безопасности пользователя. С другой стороны, термометры изготавливаются из материалов с низкой удельной теплоемкостью, чтобы обнаруживать даже самые незначительные колебания температуры.

Другой пример — использование воды в системах охлаждения двигателя.Вода имеет самую высокую удельную теплоемкость из всех жидкостей. При том же количестве тепла повышение температуры воды минимально, что делает его идеальным выбором для охлаждающей жидкости / агента.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *