Электроемкость — проводник — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Электроемкость — проводник

Cтраница 2

С и ф — электроемкость проводника и его потенциал, начало отсчета которого выбрано в бесконечно удаленной точке.  [16]

Наблюдения показывают, что электроемкость проводника не зависит от вещества, из которого изготовлен проводник, а зависит от его формы, размеров и диэлектрической проницаемости среды, в которой проводник находится.  [17]

Можно сказать, что электроемкость проводника чисшно тому заряду, который изменяет потенциал проводника на единицу.  [18]

Экспериментально установлено, что электроемкости проводников зависят от их линейных размеров, формы проводников, диэлектрической проницаемости среды, в которую они помещены, и наличия других проводников.

 [19]

Как было отмечено выше, электроемкость проводников существенно зависит от положения окружающих тел, поэтому конденсаторы чаще всего делают в виде двух проводников, расположенных близко друг к другу, и придают им такую форму, чтобы поле, созданное их зарядами, было целиком сосредоточено внутри конденсатора. Такие конденсаторы называются простейшими. В этом случае присутствие окружающих тел не оказывает влияния на емкость конденсатора.  [20]

Условия, от которых зависит электроемкость проводника.  [22]

Поскольку проводник электризуется через влияние,

электроемкость проводника должна зависеть от расположения вблизи него других проводников и от окружающей среды.  [23]

Этот результат — проявление общего правила: электроемкость неуединенного проводника всегда больше электроемкости того же проводника, когда он уединен.  [24]

Заряды располагаются только на внешней поверхности проводника, поэтому электроемкость проводника зависит от его формы и площади внешней поверхности; ни материал проводника, ни его масса на его электроемкость не влияют.  [25]

Предполагается, что энергией Wc электрического поля системы можно пренебречь ввиду малости электроемкостей проводников, входящих в систему.  [26]

Электроемкость уединенного проводника зависит от его формы и размеров, причем при прочих равных условиях электроемкости геометрически подобных проводников пропорциональны их линейным размерам. Это связано с тем, что на геометрически подобных проводниках распределение зарядов тоже подобно, а расстояния от аналогичных участков поверхностей проводников до сходственных точек этих проводников пропорциональны их линейным размерам. I 1оэтому потенциалы одинаково заряженных и геометрически подобных проводников обратно пропорциональны их линейным размерам, а электроемкости этих проводников прямо пропорциональны им.

 [27]

Электроемкость уединенного проводника зависит от его формы и размеров, причем при прочих равных условиях электроемкости геометрически подобных проводников пропорциональны их линейным размерам. Это связано с тем, что на геометрически подобных проводниках распределение зарядов тоже подобно, а расстояния от аналогичных участков поверхностей проводников до сходственных точек этих проводников пропорциональны их линейным размерам. Поэтому потенциалы одинаково заряженных и геометрически подобных проводников обратно пропорциональны их линейным размерам, а электроемкости этих проводников прямо пропорциональны им.  [28]

Величина С, характеризующая зависимость заряда наэлектризованного проводника от внешних условий, размеров и формы проводника, называется электроемкостью проводника. Электроемкость проводника измеряется количеством электричества, нужного для повышения потенциала этого проводника на единицу.

 [29]

Величина С, характеризующая зависимость заряда наэлектризованного проводника от размеров и формы проводника и внешних условий, называется электроемкостью проводника. Электроемкость проводника измеряется количеством электричества, необходимым для повышения потенциала этого проводника на единицу.  [30]

Страницы:      1    2    3

3.3. Электрическая емкость проводников

Рассмотрим уединенный проводник, т. е. проводник, находящийся в однородной изотропной среде вдали от других проводников и заряженных тел. При сообщении такому проводнику избыточного заряда

q последний распределяется по поверхности проводника с поверхностной плотностью , которая зависит от размеров и формы проводника.

Выделим на поверхности проводника малый элемент площади dS, полагая, что заряд этого элемента является точечным. В другой точке поверхности этого же проводника, отстоящей от элемента dS на расстояние r, этот заряд создает электрическое поле, потенциал которого равен

,где — относительная диэлектрическая проницаемость среды, в которой находится проводник. Интегрируя это выражение по всей поверхности проводника S, найдем потенциал, создаваемый в рассматриваемой точке всем проводником:

Так как в различных точках на поверхности проводника поверхностная плотность заряда имеет разные значения, то будем полагать, что , где k — некоторая функция координат выбранного элемента поверхности dS. Тогда выражение для потенциала проводника имеет вид

.                  (3.

1)

В полученном выражении интеграл зависит от размеров и формы поверхности проводника, а также от расположения точки, для которой определяется потенциал.

Значения этого интеграла не зависят от величины заряда, сообщенного проводнику, т. е. одинаковы при различных значениях заряда q.

Из формулы (3.1) следует, что потенциал уединенного проводника прямо пропорционален его заряду и отношение заряда q к потенциалу для данного проводника есть величина постоянная. Это отношение называется электрической емкостью, или

электроемкостью, проводника:

Электрическая емкость уединенного проводника зависит от его формы и размеров, а также от величины относительной диэлектрической проницаемости среды, в которой он находится. Электроемкость не зависит от материала проводника, его агрегатного состояния, от формы и размеров возможных полостей внутри проводника. Электроемкость не зависит также ни от заряда проводника, ни от его потенциала.

В качестве примера найдем электроемкость уединенного проводящего шара радиуса R

, покрытого слоем диэлектрика с относительной проницаемостью и толщиной d. Пусть шар имеет заряд q. Тогда напряженность поля, создаваемого шаром внутри диэлектрического слоя,

За пределами слоя напряженность поля определяется выражением:

Потенциал поверхности шара:

Таким образом, электроемкость шара, покрытого слоем диэлектрика, есть

В случае, если толщина диэлектрического слоя , емкость шара равна . При d=0 она равна .

Из приведенных соотношений следует, что потенциалы одинаково заряженных и геометрически подобных проводников должны быть обратно пропорциональны их линейным размерам, а их электрические емкости прямо пропорциональны этим размерам.

Электроемкость проводника численно равна заряду, который нужно сообщить этому проводнику для изменения его потенциала на единицу. В СИ единица измерения электрической емкости 1 фарада (Ф). Это емкость такого проводника, потенциал которого изменяется на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл: 1 Ф = 1 Кл / 1 В.

Если вблизи проводника есть другие проводящие незаряженные тела, то при сообщении проводнику некоторого электрического заряда его потенциал будет

меньше, чем потенциал уединенного проводника таких же формы и размеров. Это обусловлено тем, что на поверхностях тел, обращенных к заряженному проводнику, будут индуцироваться электрические заряды противоположного знака.

Для наглядности поясним это явление на примере. Пусть на некотором расстоянии от проводящего шара радиуса R расположен незаряженный металлический стержень длиной l так, что его ближний конец находится на расстоянии r от центра шара, а дальний — на расстоянии (r + l). Если шару сообщить положительный электрический заряд Q, то создаваемое шаром поле будет индуцировать на ближнем конце стержня заряд -q, а на дальнем заряд +q. Потенциал шара при этом будет равен

Следовательно, электроемкость проводника возрастает, если недалеко от него находятся другие проводящие тела. В этом случае принято говорить о взаимной электроемкости проводников.

Наибольший интерес представляет взаимная электроемкость системы из двух проводников с равными по величине и противоположными по знаку электрическими зарядами: |+q| = |- q| = q. Их взаимная электрическая емкость определяется как отношение заряда к разности потенциалов ,где разность потенциалов между проводниками.

---

Вопросы

1) От чего зависит электроемкость проводника
2) Изобразите качественно изменения Е и в плоском, цилиндрическом и сферическом конденсаторах с изменением расстояния от центра симметрии указанных систем
3) Как изменяется емкость проводника, если недалеко от него находятся другие проводящие тела.

Физический опыт по теме «Электроёмкость плоского конденсатора»

Проведение физического опыта «Электроёмкость плоского конденсатора» 10 класс

на основе деятельностного подхода.

1.11ель опыта: 1. Экспериментально обосновать формулу ёмкости конденсатора.

eeS

С= ———

d

2.Гипотеза: 1). Экспериментально установить зависимости ёмкости конденсатора от расстояния между пластинами,

2. 2. от площади пластин,

   3. от диэлектрика.

      3. Условия. необходимые для проведения опыта.

Для успешного проведения опыта необходимо учитывать относительную влажность в помещении. Отсутствие посторонних электрических приборов.

2. 2. 3. Установка.

5. План эксперимента.

2. 2. 3. 1. Собрать установку по схеме.

         2. Наэлектризовать стеклянную палочку о шёлк.

         3. Зарядить электроскоп.

         4. Выяснить зависимость С от S, для этого не меняя расстояния между пластинами, сдвинуть одну из них в сторону.

         5. Выяснить зависимость С от d, для этого приблизить или удалить одну из пластин.

         6. Выяснить зависимость С от е, для этого в пространство между пластинами внести диэлектрик.

         7. Сделать вывод.

6. Оборудование:

Конденсатор разборный, штативы изолирующие, электрометр, палочка стеклянная с кусочком шёлка, соединительные провода, линейка, диэлектрик.

6. Собрать установку по схеме п. 4.

7. Продумать запись.

Опыт 1.

S↓=>φ↑=>С↓

σ q

Е = —— С = ——

ε Δ φ

q = const

q

σ=——

S

Δ φ

E =

d

d = const

Опыт 2.

d↑→ Δ φ ↑→C↓

Δ φ q

E=—— C=——

d Δ φ

E= const q= const

Опыт 3.

ε↑→E↓→U↓→C↑

E U q

ε=—- E=—- C=—-

E d U

E= const d= const q= const

Вывод: Электроёмкость плоского конденсатора зависит от площади пластин, расстояния между ними, а также от относительной диэлектрической проницаемости вещества, и не зависит от заряда на пластинах и разности потенциалов.

Рефлексия (для учащихся)

1. Какими способами я выполнял задания и что я чувствовал при этом?

2. Какой из опытов вызвал интерес?

3. Понял ли я, от чего зависит электроёмкость плоского конденсатора?

План — памятка деятельности по выполнению опыта.

1. Уяснить (или сформулировать) цель опыта.

2. Сформулировать гипотезу, положенную в основу опыта.

3. Определить условия, необходимые для проведения опыта.

4. Разработать принципиальную схему опыта.

5. Разработать план проведения эксперимента.

6. Определить необходимые для проведения эксперимента приборы и материалы, проверить их наличие на рабочем столе.

7. Собрать установку для проведения опыта.

8. Продумать способ записи результатов измерений.

9. Провести эксперимент, при этом записать результаты измерений.

10. Произвести необходимые расчеты.

11. Выполнить анализ полученных данных, сформулировать выводы.

Электроемкость проводника. Условия, от которого она зависит.

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 40Следующая ⇒

Заряд наэлектризованного проводника изменяется прямо пропорционально его потенциалу: q = c × j. Коэффициент пропорциональности характеризующий зависимость заряда наэлектризованного проводника от его размеров формы и внешних условий называется электрической емкостью проводника. Электрическая емкость проводника измеряется: количеством электричества необходимым для повышения потенциала проводника на единицу.

Единица измерения:

Фарад — это электроемкость такого проводника, которому для повышения потенциала на 1 В надо сообщить заряд в 1 Кл. Это большая величина. На практике измеряется микрофарад и пикофарад: 1мкф=10^-6Ф; 1пф = 10^-12Ф. Так как заряды располагаются на внешней поверхности проводника, то ни материал проводника, ни его масса на электроемкость не влияют. Электроемкость проводника зависит от его размеров, формы, площади внешней поверхности, от расположения вблизи других проводников, а также от диэлектрической проницаемости окружающей среды.

Конструкции конденсаторов.

Конденсаторы — это устройства, служащие для накопления электрических зарядов и электрической энергии, емкость которых не зависит от окружающей среды, т.е. имеет определенную величину. Два проводника на которых накапливаются разноименные заряды называются обкладками конденсатора. Процесс накопления зарядов на обкладках называется зарядкой конденсатора. А их нейтрализация при соединении обкладок – разрядкой. Заряд, который при этом переходит с одной обкладкой на другую, называется зарядом конденсатора. Заряд конденсатора пропорционален напряжению между обкладками:

где С – емкость конденсатора. Если у обкладки плоские поверхности, то конденсатор называется плоским. Его емкость определяется по формуле:

где e_с — диэлектрическая проницаемость диэлектрика между обкладками, S — площадь одной из пластин, d — расстояние между ними.

Самый старинный конденсатор — лейденская банка, она представляет стеклянный сосуд внутри и снаружи оклеенный станиолем. В бумажном конденсаторе обкладками служат полоски фольги, а диэлектриком бумага, пропитанная парафином. В – обкладки: одна – полоска фольги, а другая – электролит. Диэлектрик между ними – тонкий окисел фольги, поэтому такие конденсаторы обладают большой электроемкостью. Если сдвинуть обкладки, заряды тоже сдвинутся.

Это равносильно уменьшению площади пластин, а значит емкости конденсаторов и используется при устройстве конденсаторов переменной емкости, которые широко используются в радиотехнике, приемных контурах, для настройки на частоту нужной радиостанции.

3. Последовательное соединение конденсаторов в батарею.

Для получения нужной емкости конденсаторы соединяют в группы, которые называют батареями. Последовательным называется такое соединение конденсаторов, при котором отрицательно заряженная обкладка предыдущего конденсатора соединена с положительно заряженной обкладкой последующего.

Найдем сумму разностей потенциалов:

(j₁-j₂)+(j₂-j₃)+…+(j_n-1-j_n)=j₁-j_п или U₁+U₂+…+U_n = U_б

; q выносим за скобки и сокращаем

По этой формуле можно вычислить емкость батареи конденсаторов соединенных последовательно, она меньше самой маленькой из электроемкостей отдельных конденсаторов.

Параллельное соединение.

При параллельном соединении все положительно заряженные обкладки присоединяются к одному проводу, а отрицательно заряженные обкладки к другому.

 

При этом очевидно, что разности потенциалов, а значит, напряжение на всех конденсаторах одинаковы, а заряд батареи равен сумме зарядов отдельных конденсаторов

q_б = q₁—q₂+…+q_n

– напряжение вынесем за скобки и сократим

По этой формуле можно вычислить емкость батареи конденсаторов соединенных параллельно, она больше самой большей из электроемкостей отдельных конденсаторов, часто параллельные соединения применяют в виде:

Такие батареи выгодны тем, что используются обе стороны пластин и экономится материал, емкость такой батареи равна: . Очевидно число конденсаторов на единицу меньше числа пластин.

Рекомендуемые страницы:

Электроемкость конденсатора — формула и определение

Электроемкость проводников

Проводники умеют не только проводить через себя электрический ток, но и накапливать заряд. Эта способность характеризуется таким параметром, как электроемкость.

Электроемкость C = q/φ С — электроемкость [Ф] q — электрический заряд [Кл] φ — потенциал [В]

Особенность этой величины в том, что она зависит от формы проводника. Для каждого вида проводников есть своя формула расчета электроемкости. Самая популярная — формула электроемкости шара.

Электроемкость шара C = 4πεε0r С — электроемкость [Ф] ε — относительная диэлектрическая проницаемость среды [-] ε0 — электрическая постоянная ε0 = 8,85 × 10-12 Ф/м r — радиус шара [м]

Конденсаторы

Способность накапливать заряд — полезная штука, поэтому люди придумали конденсаторы. Это такие устройства, которые помогают применять электрическую емкость проводников в практических целях.

Конденсатор состоит из двух проводящих пластин (обкладок), разделенных диэлектриком. Между проводящими пластинами образуется электрическое поле, все силовые линии которого идут от одной обкладки к другой.

Когда заряд накапливается на обкладках, происходит процесс под названием зарядка конденсатора. Заряды на разных обкладках равны по величине и противоположны по знаку.

Электроемкость конденсатора измеряется отношением заряда на одной из обкладок к разности потенциалов между обкладками:

Электроемкость конденсатора C = q/U С — электроемкость [Ф] q — электрический заряд [Кл] U — напряжение (разность потенциалов) [В]

По закону сохранения заряда, если обкладки заряженного конденсатора соединить проводником, то заряды нейтрализуются, переходя с одной обкладки на другую. Так происходит разрядка конденсатора.

Любой конденсатор имеет предел напряжения. Если оно окажется слишком большим, то случится пробой диэлектрика, то есть разрядка произойдет прямо через диэлектрик. Такой конденсатор больше работать не будет.

Виды конденсаторов

Энергия конденсатора

У конденсатора, как и у любой системы заряженных тел, есть энергия. Чтобы зарядить конденсатор, необходимо совершить работу по разделению отрицательных и положительных зарядов. По закону сохранения энергии эта работа будет как раз равна энергии конденсатора.

Доказать, что заряженный конденсатор обладает энергией, несложно. Для этого понадобится электрическая цепь, содержащая в себе лампу накаливания и конденсатор. При разрядке конденсатора вспыхнет лампа — это будет означать, что энергия конденсатора превратилась в тепло и энергию света.

Чтобы вывести формулу энергии плоского конденсатора, нам понадобится формула энергии электростатического поля.

Энергия электростатического поля Wp = qEd Wp — энергия электростатического поля [Дж] q — электрический заряд [Кл] E — напряженность электрического поля [В/м] d — расстояние от заряда [м]

В случае с конденсатором d будет представлять собой расстояние между пластинами.

Заряд на пластинах конденсатора равен по модулю, поэтому можно рассматривать напряженность поля, создаваемую только одной из пластин.

Напряженность поля одной пластины равна Е/2, где Е — напряженность поля в конденсаторе.

В однородном поле одной пластины находится заряд q, распределенный по поверхности другой пластины.

Тогда энергия конденсатора равна:

W_p = qEd/2

Разность потенциалов между обкладками конденсатора можно представить, как произведение напряженности на расстояние:

U = Ed

Поэтому:

W_p = qU/2

Эта энергия равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин.

Заменив в формуле разность потенциалов или заряд с помощью выражения для электроемкости конденсатора C = q/U, получим три различных формулы энергии конденсатора:

Энергия конденсатора Wp = qU/2 Wp — энергия электростатического поля [Дж] q — электрический заряд [Кл] U — напряжение на конденсаторе [В]

Энергия конденсатора Wp = q2/2C Wp — энергия электростатического поля [Дж] q — электрический заряд [Кл] C — электроемкость конденсатора [Ф]

Энергия конденсатора Wp = CU2/2 Wp — энергия электростатического поля [Дж] C — электроемкость конденсатора [Ф] U — напряжение на конденсаторе [В]

Эти формулы справедливы для любого конденсатора.

Применение конденсаторов

Конденсатор есть в каждом современном устройстве. Без него не будет работать ни один прибор. Разберем два самых наглядных примера.

Пример раз — вспышка

Без конденсатора вспышка в фотоаппарате работала бы не так, как мы привыкли, а с большими задержками, и к тому же быстро разряжала бы аккумулятор. Конденсатор в этом случае работает как батарейка. Он накапливает заряд от аккумулятора и хранит его до востребования. Когда нам нужна вспышка, конденсатор разряжается, чтобы она сработала и вылетела птичка.

Пример два — тачскрин

Тачскрин на телефоне работает по принципу, схожему с конденсатором. В самом смартфоне, конечно, тоже есть множество конденсаторов, но этот принцип куда интереснее.

Дело в том, что тело человека тоже умеет проводить электричество — у него даже есть сопротивление и электроемкость. Так что можно считать человеческий палец пластиной конденсатора — тело же проводник, почему бы и нет. Но если поднести палец к металлической пластине, получится плохой конденсатор.

В экран телефона встроена матрица из микроскопических пластинок. Когда мы подносим палец к одной из них, получается своего рода конденсатор. Когда перемещаем палец ближе к другой пластинке — еще один конденсатор. Телефон постоянно проверяет пластинки, и если обнаруживает, что у какой-то из них внезапно изменилась электроемкость, значит, рядом есть палец. Координаты пластинки с изменившейся электроемкостью передаются операционной системе телефона, а она уже решает, что с этими координатами делать.

Кстати, то же самое можно проделать, если взять обычную сосиску и поводить ей по экрану смартфона. Тачскрин будет реагировать на все контакты, как реагирует на человеческий палец.

Это не единственный вариант реализации тачскрина, но один из лучших на сегодняшний день. В айфоне используется именно он.

РАБОТА_2.02

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МАМИ»

Кафедра физики

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА БАЛЛИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Москва 2005 г.

Лабораторная работа № 2.02

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА БАЛЛИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Цель работы: ознакомление с принципом работы баллистического

гальванометра и измерения емкости конденсаторов баллистическим методом.

ВВЕДЕНИЕ

Опыт показывает, что разные проводники, заряженные одним и тем же количеством электричества, имеют разные потенциалы. Увеличение заряда, например, уединенного проводника, вызывает прямо пропорциональное возрастание его потенциала.

q C .

Коэффициент пропорциональности, равный отношению заряда к потенциалу, называется электроемкостью проводника.

(1)

накопленного

(2)

Электроемкость характеризует свойство проводников накапливать электрический заряд. Из соотношения (2) видно, что электроемкость уединенного проводника есть физическая величина, численно равная заряду, который необходимо сообщить проводнику, чтобы увеличить его потенциал на единицу.

Единицей электроемкости является фарад (Ф).

Электроемкость уединенного проводника зависит от его размеров, формы и диэлектрических свойств окружающей среды.

Вприроде, однако, практически не существует уединенных проводников,

аналичие вблизи проводника других тел изменяет его электроемкость. Действительно, под действием поля, создаваемого проводником А (рис. 1), на поднесенным к нему теле В возникают индуцированные заряды. Причем

заряды противоположные по знаку заряду проводника А располагаются ближе к проводнику А и, следовательно, оказывают большее влияние на его потенциал. В связи с этим потенциал проводника А уменьшается, а его электроемкость, в соответствии с формулой (2), увеличивается.

Однако можно осуществить систему проводников с электроемкостью практически не зависящей от окружающих тел. Такая система называется конденсатором.

E σ/εε0

2

Электрический конденсатор представляет собой два металлических электрода (в конденсаторах их называют обкладками), разделенных слоем диэлектрика. В качестве обкладок обычно используется тонкая металлическая фольга, а диэлектрики могут быть твердыми, жидкими и газообразными.

Способность конденсатора накапливать энергию в форме электростатического поля характеризуется величиной его емкости.

Электроемкостью конденсатора называется физическая величина, равная отношению заряда конденсатора q к разности потенциалов 1 2 U между его обкладками

Величина электроемкости конденсатора зависит от формы и размеров обкладок, расстояния между ними и диэлектрических свойств среды, заполняющей пространство между обкладками. Внешние тела не оказывают влияния на величину электроемкости конденсатора, так как электрическое поле конденсатора сосредоточено внутри него.

Простейшим конденсатором является плоский конденсатор, состоящий из двух плоскопараллельных металлических пластин, линейные размеры которых много больше расстояния между ними.

Пусть площадь каждой из пластин равна S (рис.2). На одну пластину помещен заряд (+q), на другую ( q).

Если пластины достаточно велики, то в этом случае можно пренебречь «краевыми» эффектами распределениями зарядов и конфигурациями полей вблизи их краев. Тогда заряды распределяются по внутренним поверхностям пластин практически равномерно, с постоянной

поверхностной плотностью	σ q/S .
Разность потенциалов между	обкладками

равна интегралу от напряженности поля, взятому по любому пути между ними:

Поле, созданное двумя бесконечными параллельными плоскостями, заряженными разноименно с одинаковыми плотностями, является однородным, и его напряженность равна ( диэлектрическая проницаемость

находящегося между пластинами диэлектрика).

Напряженность поля в пространстве, окружающем пластины, можно

3

считать равной нулю, если пренебречь краевыми эффектами. Интегрируя вдоль силовой линии (которые ортогональны пластинам), получаем:

U 1 2	Ed	σ		d	q			d	.
		εε			εε			S
			0			0

Отсюда находим емкость плоского конденсатора:

C	q		εε S	.
			0
	U		d

Во многих случаях для получения нужной емкости объединяют в группу, которая называется батареей. Емкость батареи конденсаторов зависит от схемы соединения составляющих ее конденсаторов. Различают два типа соединения: последовательное (рис.3а) и

параллельное (рис.3b). Возможен также и смешанный тип соединения конденсаторов в батарею.

Если конденсаторы соединены последовательно, то емкость батареи определяется соотношением

1		1		1		…	1		.	(7)
C		C		C			C
					2			n
		1

При параллельном соединении емкость батареи определяется формулой

(5)

(6)

конденсаторы

Используя формулу (3), можно определить электроемкость конденсатора, если известна разность потенциалов между обкладками конденсатора и его заряд. Заряд конденсатора можно измерить при помощи зеркального гальванометра, работающего в баллистическом режиме.

Главной частью баллистического гальванометра (см. рис. 4) является подвешенная на вертикальной нити рамка 1, помещенная в поле постоянного магнита. Рамка помещена между полюсами постоянного магнита. Укрепленное на нити зеркальце 2 служит для измерения угла поворота рамки, определяемого по смещению светового «зайчика» на шкале (луч света от лампочки 3 отражается от зеркала 2 и попадает на шкалу 4). К рамке прикреплен полый цилиндр 5, который сильно увеличивает момент инерции и, следовательно, период колебаний подвижной системы, не очень ее утяжеляя.

4

При замыкании обкладок заряженного конденсатора на баллистический гальванометр по рамке в течение короткого промежутка времени протечет заряд q, накопленный конденсатором, то есть возникает электрический ток.

Известно, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле,

действует сила Ампера
F	IBl sin γ,
A

где I – сила тока в проводнике, l – длина проводника, B – индукция магнитного

поля, угол между вектором B и направлением тока в проводнике. Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки.

На контур с током в магнитном поле (рис. 5) будет действовать пара сил Ампера FA IBl, которые создают вращающий момент относительно оси b:

M

IBl

a

IBl

a

IBla IBS,

(9)

b

2

2

где l длина, a ширина контура, S l a

его площадь.

Если рамка имеет N витков, то тогда вращающий момент будет

определяться соотношением:

M

NIBS NBS

dq

,

(10)

b

dt

5

где

dq

I .

dt

Как уже было отмечено выше, период собственных

баллистического

гальванометра

благодаря

искусственному

увеличению

момента

инерции

рамки

оказывается

очень большим (порядка десяти секунд).

Если

пропускать

через

рамку

гальванометра короткий импульс тока,

то можно считать, что весь ток успеет

пройти при неотклоненном положении

рамки. Рамка, однако, при этом получает

толчок, в результате которого возникает

движение, которое можно описать с

помощью уравнения:

d

2

γ

M

Jε J

b

dt

2

d

2

γ

где J момент инерции рамки,

ε

угловое ускорение.

dt

2

или, с учетом (10)

dq

d

2

γ

NBS

J

.

dt

dt

2

Для определения заряда, прошедшего через рамку, необходимо проинтегрировать уравнение (11).

q

τ

NBS dq J

d2

γ

dt

(12)

dt

2

0

0

После интегрирования имеем:

NBSq Jω ,

(13)

где

ω

dγ

– угловая скорость,

которую

приобретает

рамка

к моменту

dt

прекращения тока.

В дальнейшем, после прекращения тока, в соответствии с законом

сохранения

энергии кинетическая

энергия рамки

W

1

Jω2

перейдет в

k

2

потенциальную энергию упругой деформации нити,

W

1

kγ2

,

где k

п

2

m

коэффициент, учитывающий упругие свойства нити, а m – максимальный угол

6

поворота рамки.

Таким образом,

12 Jω2 12 kγ2m .

Из уравнений (13) и (15) следует, что

	q	Jk	γ		.
		NBS		m

Из рис.4 видно, что максимальный угол поворота рамки m ~ n , где n – число делений, на которое смещается световой «зайчик» по шкале прибора. С учетом этого формулу (15) можно представить в виде:

Величина A называется баллистической постоянной гальванометра и зависит от конструкции прибора.

Соотношение (3) для экспериментального определения емкости конденсатора с помощью баллистического гальванометра с учетом выражения (16) для заряда, накопленного в конденсаторе, имеет вид:

где A баллистическая постоянная гальванометра, n максимальное смещение светового «зайчика» по шкале гальванометра, U разность потенциалов между обкладками конденсатора.

Порядок выполнения работы

а) Определение баллистической постоянной гальванометра.

1.Собрать электрическую схему, изображенную на рис. 6, включив в нее для определения баллистической постоянной А эталонный конденсатор.

2.Включить осветитель гальванометра и установить световой «зайчик» на нулевой отметке.

3.Поставить переключатель II в положение 1 для зарядки эталонного конденсатора от источника постоянного напряжения.

4.Замкнуть ключ К.

5.При помощи потенциометра R установить разность потенциалов на конденсаторе, равную 0,1 В.

7

6.Переключив переключатель П в положение 2, разрядить конденсатор через баллистический гальванометр G и измерить при этом по шкале гальванометра первый отброс светового «зайчика» n.

7.Повторить опыт не менее трех раз, каждый раз увеличивая разность потенциалов на определенную величину, например на 0.1 В.

Результат измерений занести в таблицу 1.

№

U, B

n, дел.

Cэт, Ф

1

2

3

б) Определение емкости конденсаторов.

1.Заменить эталонный конденсатор одним из конденсаторов неизвестной емкости.

2.Провести измерение первого отброса светового “ зайчика “ n для трех различных значений разности потенциалов на конденсаторе. Результаты занести в таблицу 2.

3.Провести аналогичные измерения с конденсатором неизвестной емкости

С2.

8

С1

С2

Последовательное

соединение

Параллельное

соединение

4.Провести измерение, включив конденсаторы С1 и С2 сначала последовательно, а затем параллельно. Результаты измерений также занести в таблицу 2.

Обработка результатов измерений

1.Пользуясь формулой (17) определить баллистическую постоянную гальванометра А для каждого измерения и вычислить ее среднее значение.

2.По данным таблицы 2, используя формулу (17), определить значения

емкостей конденсаторов С1 и С2, а также значения емкости батарей конденсаторов при их последовательном и параллельном соединении.

3.Сравнить результаты опыта с результатами вычислений емкости батарей конденсаторов при их последовательном и параллельном соединении по формулам (7) и (8).

9

Контрольные вопросы

1.От чего зависит электроемкость уединенного проводника? Выведите формулу для расчета емкости уединенной проводящей сферы.

2.Почему наличие вблизи проводника других тел изменяет его электроемкость?

3.Почему электроемкость конденсатора практически не зависит от наличия вблизи него других тел?

4.Что называется электроемкостью конденсатора и от чего она зависит. Выведете формулу для расчета емкости плоского конденсатора.

5.Чему равна емкость батареи конденсатора при параллельном и последовательном их соединении?

6. Расскажите	об устройстве и принципе действия баллистического
гальванометра.

Литература

1.Савельев И.В. Курс общей физики, книга 2. Электричество и магнетизм.

М.: «Наука». 2003 г.

2.Детлаф А.А., Яворский В. М. Курс физики. М.: «Высшая школа», 1999 г.

3.Калашников С.Г. Электричество. M.: Физматлит, 2004 г.

4.Трофимова Т.И. Курс физики. М.: «Высшая школа», 2003г.

Электрическая емкость. Конденсаторы. Емкость конденсатора.

Электрическая емкость. Конденсаторы.
Емкость уединенного проводника. Уединенным будем называть проводник, размеры которого много меньше расстояний до окружающих тел. Пусть это будет шар радиусом r. Если потенциал на бесконечности принять за 0, то потенциал заряженного уединенного шара равен:  , где e — диэлектрическая проницаемость окружающей среды.  Следовательно:  эта величина не зависит ни от заряда, ни от потенциала и определяется только размерами шара (радиусом) и диэлектрической проницаемостью среды. Этот вывод справедлив для проводника любой формы.
Электрической емкостью проводника наз. отношение заряда проводника к его потенциалу: .
Емкость определяется геометрической формой, размерами проводника и свойствами среды (от материала проводника не зависит). Чем больше емкость проводника, тем меньше меняется потенциал при изменении заряда.	Емкость шара в СИ:   —
Единицы емкости. Емкостью 1Ф (фарад) обладает такой проводник, у которого потенциал возрастает на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл. Емкостью 1Ф  обладал бы уединенный шар, радиус которого был бы равен 13 радиусам Солнца. Емкость Земли  700 мкФ Если проводник не уединенный, то потенциалы складываются по правилу суперпозиции и емкость проводника меняется.	1 мкФ=10-6Ф 1нФ=10-9Ф 1пФ=10-12Ф
Конденсаторы (condensare — сгущение) . Можно создать систему проводников, емкость которой не зависит от окружающих тел. Первые конденсаторы — лейденская банка (Мушенбрук, сер. XVII в.).
Конденсатор представляет собой систему из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников.  Проводники наз.  обкладками  конденсатора. Если заряды пластин конденсатора одинаковы по модулю и противоположны по знаку, то  под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из его обкладок.
На рисунке — плоский и сферический конденсаторы. Поле плоского конденсатора почти все сосредоточено внутри (у идеального — все). Усферического — все поле сосредоточено между обкладками.
Электроемкостью конденсатора называют отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между обкладками: .
При подключении конденсатора к батарее аккумуляторов происходит поляризация диэлектрика внутри конденсатора и на обкладках появляютсязаряды — конденсатор заряжается. Электрические поля окружающих тел почти не проникают через металлические обкладки и не влияют на разность потенциалов между ними.
Емкость плоского конденсатора. , т.о. емкость плоского конденсатора зависит только от его размеров, формы и диэлектрической проницаемости. Для создания конденсатора большой емкости необходимо увеличить площадь пластин и уменьшить толщину слоя диэлектрика.
Емкость сферического конденсатора . Если зазор между обкладками мал по сравнению с радиусами, то формула переходит в формулу емкости плоского конденсатора.
Виды конденсаторов
При подключении электролитического конденсатора необходимо соблюдать полярность.
Назначение конденсаторов Накапливать на короткое время заряд или энергию для быстрого изменения потенциала. Не пропускать постоянный ток. В радиотехнике: колебательный контур, выпрямитель. Фотовспышка.

Как рассчитать допустимую нагрузку электрической цепи

Понимание мощности и нагрузки становится необходимым, если вы планируете электрическое обслуживание нового дома или если вы рассматриваете возможность модернизации электроснабжения старого дома. Понимание потребностей в нагрузке позволит вам выбрать электрическую службу соответствующей мощности. В старых домах очень часто существующие услуги сильно занижены для нужд всех современных приборов и функций, используемых в настоящее время.

Что такое электрическая нагрузка?

Термин « электрическая нагрузка» относится к общему количеству мощности, обеспечиваемой основным источником электричества для использования в ответвленных цепях вашего дома и подключенных к ним осветительных приборах, розетках и приборах.

Общая электрическая мощность электросети измеряется в амперах (амперах). В очень старых домах с трубчатой ​​проводкой и ввинчиваемыми предохранителями вы можете обнаружить, что исходная электрическая сеть выдает 30 ампер.Чуть более новые дома (построенные до 1960 года) могут рассчитывать на 60 ампер. Во многих домах, построенных после 1960 года (или модернизированных старых домах), стандартная мощность 100 ампер. Но в больших, более новых домах теперь как минимум 200 ампер, а на самом верхнем уровне вы можете увидеть, что электричество на 400 ампер установлено.

Как вы узнаете, адекватны ли ваши текущие электрические услуги, или как вы планируете новые электрические услуги? Для определения этого требуется небольшая математика, чтобы сравнить общую доступную емкость с вероятной загрузкой , которая будет размещена на этой емкости.

Ель / Нуша Ашджаи

Общие сведения об электрической емкости

Чтобы рассчитать, сколько энергии нужно вашему дому, нужно рассчитать нагрузку в амперах для всех различных приборов и приспособлений, а затем создать запас прочности. Как правило, рекомендуется, чтобы нагрузка никогда не превышала 80 процентов мощности электросети.

Чтобы использовать математику, вам нужно понимать взаимосвязь между ваттами, вольтами и амперами. У этих трех общих электрических терминов есть математическая взаимосвязь, которую можно выразить двумя разными способами:

• Вольт x Ампер = Ватт
• Ампер = Ватт / Вольт

Эти формулы можно использовать для расчета мощности и нагрузок отдельных цепей, а также для всей электрической сети.Например, общая мощность 20-амперной и 120-вольтовой ответвленной цепи составляет 2400 ватт (20 ампер x 120 вольт). Поскольку стандартная рекомендация заключается в том, чтобы общая нагрузка не превышала 80 процентов от мощности, это означает, что реальная мощность 20-амперной схемы составляет 1920 Вт. Таким образом, чтобы избежать опасности перегрузки, все осветительные приборы и подключаемые к электросети устройства вместе в этой цепи должны потреблять не более 1920 Вт мощности.

Достаточно легко прочитать номинальные мощности всех лампочек, телевизоров и других приборов в цепи, чтобы определить вероятность перегрузки цепи.Например, если вы регулярно подключаете обогреватель мощностью 1500 Вт в цепь и используете несколько осветительных приборов или ламп со 100-ваттными лампами в одной цепи, вы уже израсходовали большую часть безопасной мощности в 1920 Вт.

Эту же формулу можно использовать для определения мощности всей системы электроснабжения дома. Поскольку основное напряжение в доме составляет 240 вольт, математические расчеты выглядят следующим образом:

• 240 В x 100 А = 24000 Вт
• 80 процентов от 24 000 Вт = 19 200 Вт

Другими словами, ожидается, что электрическая сеть на 100 ампер обеспечит мощность нагрузки не более 19 200 Вт в любой момент времени.

Расчет нагрузки

После того, как вы узнаете мощность отдельных цепей и полную электрическую сеть дома, вы можете сравнить ее с нагрузкой, которую вы можете рассчитать, просто сложив номинальные мощности всех различных приспособлений и приборов, которые будут потреблять электроэнергию в в то же время.

Вы можете подумать, что это включает в себя сложение мощности всех лампочек осветительных приборов, всех подключаемых устройств и всех проводных устройств, а затем сравнение этой мощности с общей мощностью.Но редко все электроприборы и приспособления работают одновременно — например, нельзя запускать печь и кондиционер одновременно; маловероятно, что вы будете пылесосить, пока работает тостер. По этой причине у профессиональных электриков обычно есть альтернативные методы определения подходящего размера для электрического обслуживания. Вот один из часто используемых методов:

1. Сложите мощность всех ответвленных цепей общего освещения.
2. Добавьте номинальную мощность всех штепсельных розеток.
3. Добавьте номинальную мощность всех постоянных приборов (плиты, сушилки, водонагреватели и т. Д.).
4. Вычтем 10,000.
5. Умножьте это число на 0,40
6. Добавьте 10,000.
7. Найдите полную номинальную мощность постоянных кондиционеров и номинальную мощность нагревательных приборов (печь плюс обогреватели), затем добавьте , большее из этих двух чисел. (Вы не нагреваете и охлаждаете одновременно, поэтому не нужно складывать оба числа.)
8. Разделите сумму на 240.

Это результирующее число дает предполагаемую силу тока, необходимую для адекватного питания дома. Используя эту формулу, вы можете легко оценить текущее электрическое обслуживание.

Другие электрики предлагают еще одно простое практическое правило:

• 100-амперная сеть обычно достаточно велика, чтобы запитать общие параллельные цепи дома небольшого и среднего размера, а также одно или два электроприбора, таких как плита, водонагреватель или сушилка для белья.Этой услуги может хватить для дома площадью менее 2500 квадратных футов, если отопительные приборы работают на газе.
• 200-амперный сервис будет обрабатывать ту же нагрузку, что и 100-амперный, плюс электрические приборы и электрическое отопительное / охлаждающее оборудование в домах размером до 3000 квадратных футов.
• Обслуживание на 300 или 400 ампер рекомендуется для больших домов (более 3500 квадратных футов) с полностью электрическими приборами и электрическим нагревательным / охлаждающим оборудованием. Этот размер рекомендуется, если ожидаемая электрическая тепловая нагрузка превышает 20 000 Вт.Обслуживание на 300 или 400 ампер обычно обеспечивается установкой двух сервисных панелей — одна обеспечивает 200 ампер, а вторая — еще 100 или 200 ампер.

План на будущее

Как правило, рекомендуется увеличивать размер электрической службы, чтобы сделать возможным расширение в будущем. Точно так же, как 100-амперный сервис быстро стал малоразмерным, когда электрические приборы стали обычным явлением, сегодняшнее 200-амперное обслуживание может когда-нибудь показаться сильно малоразмерным, когда вы обнаружите, что перезаряжаете два или три электромобиля.Негабаритные электрические услуги также позволят установить вспомогательную панель в ваш гараж или сарай, если вы когда-нибудь решите заняться деревообработкой, сваркой, гончарным делом или другим хобби, требующим большого количества энергии.

Определение мощности бытовой электросети

Этот информационный бюллетень поможет понять, как определить мощность бытовой электросети. Довольно часто нам задают, казалось бы, простой вопрос: «Каков размер моей электросети»? В большинстве случаев на этот вопрос просто ответить, если известно, что искать.

Вольт против ампер

Во-первых, важно понимать, что мощность электросети измеряется в амперах или токе, а не в вольтах. Сила тока — это скорость протекания доступного электрического тока. Чем выше доступный ток или сила тока, тем больше электроприборов можно использовать в данный момент в здании. Жилое электроснабжение вводится в здание двумя формами: 120 вольт и 240 вольт. Это номинальные числа, а это значит, что фактическое напряжение в доме может варьироваться.Часто электросеть на 240 вольт обозначается как «220».

Чтобы понять разницу между вольтами и амперами, электроснабжение можно сравнить с потоком воды в трубе. Количество воды, протекающей по трубе, обычно измеряется в объеме воды за единицу времени. Например, через определенную трубу может протекать 10 галлонов воды в минуту. Этот расход воды аналогичен силе тока в электрическом проводе. Ток — это измерение количества электроэнергии, которая «протекает» по проводу в данный момент.Давление воды, протекающей по трубе, не является мерой количества воды, а, скорее, количеством энергии, генерируемой водой внутри трубы. Точно так же напряжение, переносимое электрическим проводом, является мерой переносимой энергии.

Еще раз, сила тока в электрической сети определяет ее мощность, а напряжение в сети (120 вольт или 240 вольт) определяет вид используемой электрической сети.В жилых помещениях напряжение 120 В используется для освещения, розеток, небольших бытовых приборов (таких как микроволновые печи, утюги, тостеры, часы, телевизоры) и т. Д. Сеть «220 В» используется для более крупных электроприборов, таких как кондиционеры, электрические сушилки. , электрические плиты, электрические обогреватели и т. д. Практически во всех современных домах есть возможность подключения к электросети 220 вольт. Вокруг все еще есть несколько домов, в которых в настоящее время нет напряжения 220 В. Обычно это старые дома, в которых не проводилась модернизация электричества в течение многих лет.Они большая редкость.

Рискуя чрезмерно упрощать, простой способ определить, есть ли в доме электрическая сеть 220 вольт или только 120 вольт, — это визуально осмотреть воздушный провод, который соединяется с домом. Воздушный провод называется служебным входным кабелем или служебным кабелем. Есть три провода, две «горячие ноги» и отдельная нейтраль. Нейтраль обычно голая, что означает, что вы действительно можете видеть металлический провод. Горячие ножки изолированы, как правило, с черным резиновым покрытием.Этот воздушный провод подключается к служебному электрическому кабелю или «стояку» для дома в точке, где воздушный провод присоединяется к зданию. Если все три провода подключены к служебному «стояку», который проходит по стене дома, обычно можно сделать вывод, что в доме есть напряжение 220 вольт. Это связано с тем, что каждая из «горячих ног» несет 120 вольт, вместе обеспечивая 240 вольт или «220» в доме. Напротив, если один из горячих проводов для воздушной сети не подключен к стояку. Определение пропускной способности услуги

Электрические мощности, которые можно увидеть в жилых домах, составляют 30 ампер, 60 ампер, 100 ампер, 125 ампер, 150 ампер и 200 ампер.В некоторых случаях мощность превышает 200 ампер, но это будет иметь место только в случае больших современных высококлассных домов с большими потребностями в электричестве. В отношении этих различных мощностей мы предлагаем следующее:

• 30 ампер. Как уже говорилось выше, 30-амперный сервис стал большой редкостью. Служба на 30 ампер будет только при напряжении 120 вольт. Те редкие случаи, когда обнаруживается 30-амперная сеть, — это небольшие старые дома, в которых одна и та же семья или человек жили в течение нескольких поколений, и потребность в модернизации или обновлении не возникла.Эта услуга считается неадекватной для современного проживания.
• 60 ампер. Обычно это самая низкая емкость для сети 120/240 вольт. Эта способность считается в лучшем случае незначительной для современной жизни. Довольно часто служба 60 ампер также включает в себя наличие старой панели предохранителей в отличие от более современной панели автоматического выключателя.
• 100 ампер. Большое количество существующих домов среднего размера имеют электрические сети мощностью 100 ампер. Дома среднего размера с системами газового или масляного отопления и горячего водоснабжения, как правило, не нуждаются в электричестве мощностью более 100 ампер.Конечно, это также может зависеть от использования электричества пассажирами и других электроприборов.
• 125 Ампер. Они очень редки и будут обсуждаться в конце этого документа.
• 150 Ампер. Обычная практика такова, что это типичный минимум, который может быть установлен в современном строительстве для дома на одну семью.
• 200 Ампер. Это становится нормой для современного односемейного жилищного строительства. Во многих случаях это не является необходимостью, но устанавливается при новой конструкции.

Какая емкость?

Проще говоря, мощность электроснабжения в доме определяется тремя факторами: мощностью кабеля служебного ввода (кабеля, питающего дом), мощностью главной электрической панели и мощностью главный выключатель. В большинстве случаев эти три фактора совпадают. Другими словами, очень часто кабель на 100 ампер питает панель автоматического выключателя на 100 ампер с главным выключателем на 100 ампер.

Емкость служебного кабеля ввода.

Иногда фактическая емкость служебного кабеля указывается прямо на кабеле. К сожалению, это нечасто, но при просмотре некоторых кабелей вы увидите «100A» или «150A». Это легко определяет емкость кабеля. Чаще всего емкость кабеля можно оценить по его размеру. Опять же, рискуя упростить:

• Кабели служебного ввода на 60 ампер имеют ширину от 3/4 до 7/8 дюймов
• Кабели на 100 ампер имеют ширину примерно 1 дюйм
• Кабели на 150 ампер примерно 1 Ширина -1/4 дюйма
• Кабели на 200 ампер обычно имеют ширину 1 и 1/2 дюйма.
• Ширина кабеля может варьироваться в зависимости от того, медный (старый) или алюминиевый, а также в зависимости от материала внешней оболочки.

Рейтинг панели

Рейтинг панели обычно указывается на этикетке внутри двери панели. Эти метки обычно указывают «200 ампер макс. емкость »или« максимальная мощность 100А ».

Пропускная способность главного разъединителя

Большинство современных панелей имеют один главный выключатель. Часто это отключение обозначается как «основное».Мощность разъединителя указана непосредственно на разъединителе. Обычно он обозначает «100A», «150A» или «200A».

Как видно из вышеизложенного, если вы увидите, что панель рассчитана на максимум 150 ампер, оборудована главным выключателем на 150 ампер и питается от кабеля на 150 ампер, вы можете сделать вывод, что служба имеет мощность 150 ампер.

Бывают случаи, когда три определяющих фактора не равны. Например, если кабель на 100 ампер питает панель на 150 ампер с разъединителем на 150 ампер, технически услуга будет считаться услугой на 100 ампер.Кабель был бы ограничивающим фактором. Кроме того, это было бы небезопасным состоянием, поскольку кабель не имел бы достаточно большой емкости, чтобы выдерживать потенциал 150 ампер тока, который может быть разрешен панелью и отключен. Кабель будет считаться слишком маленьким, и из соображений безопасности будет рекомендована его замена на кабель подходящего размера. Напротив, кабель на 150 ампер, питающий панель на 100 ампер и отключение, будет считаться услугой на 100 ампер и также будет считаться безопасным (размер кабеля может быть больше, но он не может быть меньше).

Многосемейные дома

Часто бывает, что в многоквартирных домах есть отдельные или индивидуальные электрические сети для каждой квартиры. В этих случаях один большой служебный вводной кабель обычно питает несколько электросчетчиков. Затем каждый отдельный счетчик питает каждую отдельную электрическую панель. Мощность службы для каждой квартиры определяется кабелем, питающим каждую из отдельных панелей, и номиналом отдельных панелей и их разъединителей.

Разделенные панели шин

Путаница возникает, когда в игру вступают раздельные панели шин. Эти типы панелей очень часто использовались в 1950-60-х годах. Они не оборудованы одноконтактным выключателем. Это может вызвать путаницу, поскольку размер основного отключения часто определяет производительность услуги. Для панели с разделенной шиной размер или мощность обслуживания определяется размером кабеля и номиналом панели (поскольку нет единого главного разъединителя).Часто для раздельных шинных панелей максимальная мощность составляет 125 ампер. Также обычно эти панели питаются кабелем с пропускной способностью 100. Эта услуга будет считаться мощностью 100 ампер (в зависимости от кабеля). Службы с номинальной мощностью 125 ампер — это редкость из-за того, что служебные кабели с номинальной мощностью 125 ампер — большая редкость.

Электрические нормы для существующих служб не требуют, чтобы панель была оборудована одним главным выключателем. Вот почему панели с раздельными шинами используются и сегодня.Они не используются для новых установок, но многие панели все еще используются. Электрические нормы и правила ограничивают количество главных отключений до шести. Это обычно называют «правилом шести бросков». Это означает, что нужно иметь возможность отключить все электричество в доме с помощью не более 6 основных отключений.

Я надеюсь, что это обсуждение даст вам некоторое общее представление о том, как определить мощность электросети. Пожалуйста, звоните в наш офис, если у вас есть конкретные вопросы по этому поводу.Мы всегда готовы помочь.

Дуглас Дж. Бургассер, PE

Емкость батареи — обзор

20.2.3 Емкость батареи

Емкость батареи соответствует количеству электрического заряда, которое может быть накоплено во время заряда, сохраненного во время пребывания в разомкнутой цепи, и выпускается во время разряда обратимым образом. Он получается путем интегрирования тока разряда, начиная с полностью заряженной батареи и заканчивая процесс разряда при определенном пороге напряжения, часто обозначаемом как напряжение отсечки или U _{cut_off} , достигнутом в момент t _{cut_off} .В этом случае она обозначается как разрядная емкость или C _d , а в случае электрохимии свинцово-кислотных аккумуляторов она может быть выражена как

(20,5) Cd = ∫0tcut_offIdt = −2FMPbO2 (mPbO2initial_off ) = — 2FMPb (mPbinitial − mPbcut_off)

Уравнение (20.5) показывает, что емкость батареи пропорциональна количеству активных материалов, которые могут быть преобразованы электрохимически, пока напряжение батареи не достигнет порогового значения U _{cut_off} .Знак разрядной емкости отрицательный; однако на практике его значение рассматривается как модуль. Когда батарея разряжается постоянным током, ее емкость определяется формулой C _d = I · t _d , где t _d — продолжительность разряда. Когда последнее выражается в часах, типичной единицей измерения емкости аккумулятора является ампер-час.

Разрядная емкость новой батареи (т. Е. До заметного начала деградации батареи) является функцией температуры и профиля тока разряда.Основным этапом разработки каждого алгоритма управления батареями является оценка зависимости разрядной емкости от тока и температуры. Обычно это делается путем подвергания одной или нескольких идентичных батарей или элементов нескольким циклам заряда / разряда при постоянной температуре с использованием гальваностатического разряда с разными токами разряда и фиксированным режимом полной перезарядки. Процедура повторяется при нескольких разных температурах. При разработке такого плана экспериментов следует учитывать типичную скорость разрушения батареи при циклическом включении.Для аккумуляторов, скорость старения которых в режиме глубокого цикла высока (например, свинцово-кислотные аккумуляторы с тонкими пластинами и решетками, не содержащими сурьмы), количество таких глубоких циклов определения характеристик должно быть меньше, а количество экспериментальных точек на батарею должно быть ограничено. может быть компенсировано тестированием большего количества батарей.

Зависимость разрядной емкости от тока разряда часто соответствует уравнению Пейкерта [2]:

(20.6a) Cd = K · I1 − n

, где K и n — эмпирические константы.Коэффициент n сильно зависит от конструкции электродов. Например, свинцово-кислотные батареи с толстыми пластинами имеют значение n в диапазоне 1,4 [3], а для конструкций с более тонкими пластинами n находится в диапазоне 1,20–1,25 [4]. Для таких технологий, как литий-ионные батареи, где пластины очень тонкие (в диапазоне 0,2–0,3 мм), значение n близко к 1 [5]. В этом случае уравнение Пойкерта и соответствующие экспериментальные данные могут быть представлены с использованием продолжительности разряда t _d вместо емкости:

(20.6b) td = K · I − n

Когда экспериментальные данные t _d (I) построены в двойных логарифмических координатах, уравнение (20.6b) преобразуется в прямую линию с наклоном, равным к коэффициенту n . Уравнение Пойкерта демонстрирует одну и ту же тенденцию почти для всех типов первичных и аккумуляторных батарей — чем выше ток разряда, тем меньше емкость. Последнее с электрохимической точки зрения соответствует меньшему количеству активных материалов, превращающихся в продукты разряда.В технологии аккумуляторов степень этого преобразования обозначается как «использование активных материалов». Снижение использования активных материалов при высоких токах разряда очень часто можно приписать эффектам диффузии. Например, в случае разряда свинцово-кислотной батареи (уравнения (20.1a) и (20.1b)) серная кислота, необходимая для преобразования PbO ₂ и Pb в PbSO ₄ , должна диффундировать из объема электролита. к геометрической поверхности электрода, а затем внутрь его пористого объема.При высоких токах разряда электролит из объема элемента, расположенного между пластинами батареи, не успевает диффундировать внутри объема пластин, где он быстро истощается из-за электрохимических реакций. Это приводит к развитию локальных градиентов концентрации и появлению диффузной поляризации [6]. Последнее вызывает быстрое снижение напряжения разряда ячейки. По логике вещей, мы можем достичь большей емкости при более высоких токах только в аккумуляторных технологиях, использующих конструкции ячеек с более тонкими пластинами, где диффузия происходит быстрее.

Уравнение Пейкерта имеет различный диапазон применимости для каждой аккумуляторной технологии — для очень высокого и очень низкого тока разряда оно больше не действует. Следует отметить, что точный алгоритм BMS должен также полагаться на набор параметров n и K , измеренных для конкретного типа батареи, используемой в энергетической системе, т. Е. Пара «батарея плюс BMS» ведет себя как ключ и замочная скважина.

Уравнение (20.6b) может использоваться для объяснения терминов «номинальная емкость» и «номинальный ток», которые часто используются в аккумуляторной практике.Здесь «номинальный» соответствует выбору тока, который соответствует заданной продолжительности разряда (или желаемой автономности), или наоборот — как долго мы будем работать от батареи при приложенном токе разряда. Таким образом, ток, соответствующий 20-часовому разряду, обозначается как 20-часовой номинальный ток или I ₂₀ (или I _20h ). Когда последнее умножается на 20 часов, произведение обозначается как 20-часовая номинальная производительность C ₂₀ (C _20h ).

Другой термин, связанный с емкостью батареи, — это «номинальная емкость» (или емкость, указанная на паспортной табличке), обозначенная как C _n . Определение C _n часто связано с определенным приложением или стандартом тестирования батарей. Например, номинальная емкость свинцово-кислотных аккумуляторов для запуска, освещения и зажигания обычно совпадает с 20-часовой номинальной емкостью C _20h . Номинальная емкость может использоваться для выражения плотности тока заряда и разряда в виде рейтинга C, представленного как отношение между номинальной емкостью и « целевой » длительностью разряда или заряда (последняя отличается от реальной продолжительности заряда или продолжительности заряда). увольнять).Таким образом, для тока, предназначенного для зарядки или разрядки аккумулятора в течение 10 часов, плотность тока выражается как C _n /10 час. Более высокие токи, такие как C _n /1 ч, обозначаются как 1 C, C _n /30 мин как 2 C, C _n /15 мин как 4 C и т. Д. позволяет применять одинаковые условия тестирования к батареям разного размера и надежно сравнивать полученные результаты. Удобство такого подхода связано с большой разницей между возможностями тестирования аккумуляторов в лаборатории, на которую возложена задача разработки BMS, и фактическими размерами установки для аккумулирования энергии.Обычно стенды для проверки аккумуляторных батарей предназначены для проверки ячеек в диапазоне напряжений 0–5 В и тока ± 5–50 А (чем выше ток, тем дороже оборудование). Во многих реальных аккумуляторных установках для хранения возобновляемой энергии и поддержки сети типичный диапазон постоянного напряжения составляет 400 В, а токи могут достигать 500–1000 А в случае, когда используются огромные аккумуляторные элементы, что свидетельствует о том, что BMS фактически экстраполирует лабораторные характеристики элементов и батарей меньшего размера, чтобы контролировать и прогнозировать работу крупногабаритных аккумуляторов энергии.

Емкость аккумулятора | PVEducation

«Емкость батареи» — это мера (обычно в ампер-часах) заряда, накопленного в батарее, и определяется массой активного материала, содержащегося в батарее. Емкость аккумулятора представляет собой максимальное количество энергии, которое может быть извлечено из аккумулятора при определенных условиях. Однако фактические возможности аккумулирования энергии аккумулятора могут значительно отличаться от «номинальной» номинальной емкости, поскольку емкость аккумулятора сильно зависит от возраста и прошлой истории аккумулятора, режимов зарядки или разрядки аккумулятора и температуры.

Единицы емкости аккумулятора: Ампер-часы

Энергия, запасенная в батарее, называемая емкостью батареи, измеряется в ватт-часах (Втч), киловатт-часах (кВтч) или ампер-часах (Ач). Наиболее распространенной мерой емкости батареи является Ач, определяемая как количество часов, в течение которых батарея может обеспечивать ток, равный скорости разряда при номинальном напряжении батареи. Единица измерения в ампер-часах обычно используется при работе с аккумуляторными системами, поскольку напряжение аккумулятора будет меняться в течение цикла зарядки или разрядки.Емкость Втч может быть приблизительно равна емкости Ач путем умножения емкости АН на номинальное (или, если известно, среднее по времени) напряжение батареи. Более точный подход учитывает изменение напряжения путем интегрирования емкости AH x V (t) за время цикла зарядки. Например, 12-вольтовая батарея емкостью 500 Ач позволяет хранить энергию примерно 100 Ач x 12 В = 1200 Втч или 1,2 кВтч. Однако из-за большого влияния скорости зарядки или температуры для практического или точного анализа производители аккумуляторов предоставляют дополнительную информацию об изменении емкости аккумулятора.

Влияние скорости зарядки и разрядки на емкость

Скорость зарядки / разрядки влияет на номинальную емкость аккумулятора. Если аккумулятор разряжается очень быстро (т. Е. Большой ток разряда), то количество энергии, которое может быть извлечено из аккумулятора, уменьшается, и емкость аккумулятора ниже. Это связано с тем, что компоненты, необходимые для возникновения реакции, не обязательно имеют достаточно времени, чтобы переместиться в свои необходимые положения. Только часть всех реагентов превращается в другие формы, и поэтому доступная энергия снижается.В качестве альтернативы, если батарея разряжается очень медленно с использованием низкого тока, из батареи может быть извлечено больше энергии, и емкость батареи будет выше. Следовательно, емкость аккумулятора должна включать скорость зарядки / разрядки. Обычный способ определения емкости батареи — это указать емкость батареи как функцию времени, которое требуется для полной разрядки батареи (обратите внимание, что на практике батарея часто не может быть полностью разряжена).

Температура

Температура батареи также влияет на энергию, которая может быть извлечена из нее.При более высоких температурах емкость аккумулятора обычно выше, чем при более низких температурах. Однако намеренное повышение температуры батареи не является эффективным методом увеличения емкости батареи, так как это также сокращает срок службы батареи.

Возраст и история батареи

Возраст и история батареи имеют большое влияние на ее емкость. Даже если следовать спецификациям производителя в отношении DOD, емкость аккумулятора будет оставаться на уровне или близкой к номинальной емкости в течение ограниченного числа циклов зарядки / разрядки.История батареи оказывает дополнительное влияние на емкость, так как если батарея была взята ниже ее максимального DOD, то емкость батареи может быть преждевременно уменьшена, и номинальное количество циклов заряда / разряда может быть недоступно.

курсов PDH онлайн. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экология или экономия энергии

курсов.

Рассел Бейли, П.E.

Нью-Йорк

«Это укрепило мои текущие знания и научило меня еще нескольким новым вещам.

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации.

Стивен Дедак, P.E.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

.

очень быстро отвечает на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова . Спасибо. «

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

«Простой в использовании веб-сайт. Хорошо организованный. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по твоей роте

имя другим на работе. «

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, и курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что я уже знаком

с деталями Канзас

Городская авария Хаятт.»

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

.

информативно и полезно

на моей работе »

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны.Вы

— лучшее, что я нашел ».

Russell Smith, P.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

материал «.

Jesus Sierra, P.E.

Калифорния

«Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

человек узнает больше

от отказов »

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения »

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.е., позволяя

студент, оставивший отзыв на курс

материалов до оплаты и

получает викторину «

Арвин Свангер, П.Е.

Вирджиния

«Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил много удовольствия «.

Мехди Рахими, П.Е.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

на связи

курсов.»

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

«Этот материал во многом оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

.

обсуждаемых тем ».

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам »

Джеймс Шурелл, П.Е.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основании каких-то неясных раздел

законов, которые не применяются

— «нормальная» практика.»

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор

организация.

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

а онлайн-формат был очень

доступный и простой

использовать. Большое спасибо ».

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

Joseph Frissora, P.E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь распечатанный тест во время

.

обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

фактических случаев предоставлено.

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

«Документ» Общие ошибки ADA при проектировании объектов «очень полезен.

испытание потребовало исследований в

документ но ответы были

в наличии »

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Я эффективно использовал свое время. Спасибо за то, что у вас есть широкий выбор.

в транспортной инженерии, что мне нужно

для выполнения требований

Сертификат ВОМ.»

Джозеф Гилрой, P.E.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роудс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. Пока все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курсов со скидкой.»

Кристина Николас, П.Е.

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать еще

курсов. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

вынуждены ехать «.

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

Инженеры получат блоки PDH

в любое время.Очень удобно ».

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время исследовать где на

получить мои кредиты от.

Кристен Фаррелл, P.E.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

проще поглотить все

теорий. «

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

.

мой собственный темп во время моего утро

метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, П.Е.

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы очень рекомендовал

вам на любой PE, требующий

CE единиц. «

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

по ваш промо-адрес электронной почты который

сниженная цена

на 40%.

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P.E.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

кодов и Нью-Мексико

правил.

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

при необходимости дополнительных

сертификация. «

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

оценено! «

Джефф Ханслик, P.E.

Оклахома

«CEDengineering предоставляет удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материалы были краткими, а

хорошо организовано.

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

.

хороший справочный материал

для деревянного дизайна.

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку.»

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

Building курс и

очень рекомендую .»

Денис Солано, P.E.

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

хорошо подготовлены. »

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы на

.

обзор где угодно и

всякий раз, когда.»

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Поддерживаю широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, без всякой ерунды. Хороший опыт».

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и демонстрировали понимание

материала. Полная

и комплексное.

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили курс

поможет по моей линии

работ.»

Рики Хефлин, P.E.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я определенно буду использовать этот сайт снова».

Анджела Уотсон, П.Е.

Монтана

«Легко выполнить. Никакой путаницы при прохождении теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличное освежение ».

Luan Mane, P.E.

Conneticut

«Мне нравится подход к регистрации и возможность читать материалы в автономном режиме, а затем

Вернись, чтобы пройти викторину «

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях.

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

«Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы позволить мне

успешно завершено

курс.»

Ира Бродская, П.Е.

Нью-Джерси

«Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материалы для изучения, а затем вернуться

и пройдите викторину. Очень

удобно а на моем

собственный график «

Майкл Глэдд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Деннис Фундзак, П.Е.

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

Сертификат . Спасибо за создание

процесс простой ».

Фред Шейбе, P.E.

Висконсин

«Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и закончил

один час PDH в

один час. «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

«Мне понравилось загружать документы для проверки содержания

и пригодность, до

имея для оплаты

материал .»

Ричард Вимеленберг, P.E.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не занимающихся электричеством».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

.

процесс, которому требуется

улучшение.»

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

«Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

сертификат. «

Марлен Делани, П.Е.

Иллинойс

«Учебные модули CEDengineering — очень удобный способ доступа к информации по номеру

.

много различных технических зон за пределами

по своей специализации без

надо ехать.»

Гектор Герреро, П.Е.

Грузия

Характеристики батареи

— Как определить и протестировать батарею

Технические характеристики, стандарты и реклама

Батареи

могут рекламироваться как батареи с длительным сроком службы, большой емкости, высокой энергии, глубокого цикла, тяжелые условия, быстрая зарядка, быстрая зарядка, ультра и другие, плохо определенные параметры, и существует несколько отраслевых или юридических стандартов, точно определяющих каждый из этих терминов. означает.Рекламные слова могут означать все, что хочет продавец. Помимо базовой конструкции батареи, производительность фактически зависит от того, как используются батареи, а также от условий окружающей среды, в которых они используются, но эти условия редко, если вообще когда-либо, указываются в рекламе для массового рынка. Для потребителя это может сбивать с толку или вводить в заблуждение. Однако сама аккумуляторная промышленность не использует такие расплывчатые термины для определения характеристик батареи, а технические характеристики обычно включают заявление, определяющее или ограничивающее условия эксплуатации или окружающей среды, в которых может быть достигнута заявленная производительность.

В следующем разделе описаны основные параметры, используемые для характеристики элементов или батарей, и показано, как эти параметры могут изменяться в зависимости от условий эксплуатации.

Кривые нагнетания

Ячейки

были разработаны для широкого спектра применений с использованием множества различных технологий, что привело к широкому диапазону доступных рабочих характеристик.На графиках ниже показаны некоторые из основных факторов, которые разработчик приложений должен учитывать при выборе батареи для соответствия требованиям к производительности конечного продукта.

Cell Chemistry

Номинальное напряжение гальванического элемента фиксируется электрохимическими характеристиками активных химикатов, используемых в элементе, так называемым химическим составом элемента. Фактическое напряжение, появляющееся на выводах в любой конкретный момент времени, как и в любой ячейке, зависит от тока нагрузки и внутреннего импеданса ячейки, и это зависит от температуры, состояния заряда и возраста элемента.

На приведенном ниже графике показаны типичные кривые разряда-разряда для элементов с различным химическим составом при разряде со скоростью 0,2 ° C. Обратите внимание, что химический состав каждой ячейки имеет свое собственное номинальное номинальное напряжение и кривую разряда. Некоторые химические вещества, такие как литий-ионный, имеют довольно плоскую кривую разряда, в то время как другие, такие как свинцово-кислотная, имеют ярко выраженный наклон.

Мощность, отдаваемая элементами с наклонной кривой разряда, постепенно падает на протяжении всего цикла разряда.Это может вызвать проблемы для приложений с большой мощностью ближе к концу цикла. Для приложений с низким энергопотреблением, которым требуется стабильное напряжение питания, может потребоваться установка регулятора напряжения, если наклон слишком крутой. Обычно это не вариант для приложений с большой мощностью, поскольку потери в регуляторе могут лишить аккумулятор еще большей мощности.

Плоская кривая разряда упрощает конструкцию приложения, в котором используется аккумулятор, поскольку напряжение питания остается достаточно постоянным на протяжении всего цикла разряда.Наклонная кривая облегчает оценку состояния заряда батареи, поскольку напряжение элемента может использоваться как мера оставшегося заряда в элементе. Современные литий-ионные элементы имеют очень плоскую кривую разряда, поэтому для определения состояния заряда

необходимо использовать другие методы.

На оси X показаны характеристики ячеек, нормированные в процентах от емкости ячеек, так что форма графика может быть показана независимо от фактической емкости ячейки.Если бы ось X была основана на времени разряда, длина каждой кривой разряда была бы пропорциональна номинальной емкости элемента.

Температурные характеристики

Производительность элемента может резко меняться в зависимости от температуры. В нижнем пределе, в батареях с водными электролитами, сам электролит может замерзнуть, задав нижний предел рабочей температуры. При низких температурах литиевые батареи страдают от литиевого покрытия анода, что приводит к необратимому снижению емкости.В крайнем случае активные химические вещества могут выйти из строя и разрушить аккумулятор. Между этими пределами характеристики элемента обычно улучшаются с повышением температуры. См. Также «Управление температурным режимом» и «Срок службы батареи» для получения более подробной информации.

На приведенном выше графике показано, как характеристики ионно-литиевых батарей ухудшаются при снижении рабочей температуры.

Вероятно, более важным является то, что как для высоких, так и для низких температур, чем дальше рабочая температура от комнатной, тем больше сокращается срок службы.См. Неисправности литиевых батарей.

Характеристики саморазряда

Скорость саморазряда — это мера того, как быстро элемент теряет свою энергию, находясь на полке, из-за нежелательных химических воздействий внутри элемента. Скорость зависит от химического состава клеток и температуры.

Клеточная химия

Ниже показан типичный срок хранения некоторых первичных ячеек:

• Цинк Углерод (Leclanché) от 2 до 3 лет
• Щелочная 5 лет
• Литий 10 лет и более

Типичные скорости саморазряда для обычных перезаряжаемых элементов следующие:

• Свинцово-кислотный от 4% до 6% в месяц
• Никель Кадмий от 15% до 20% в месяц
• Никель-металлогидрид 30% в месяц
• Литий от 2% до 3% в месяц

Температурные эффекты

Скорость нежелательных химических реакций, которые вызывают внутреннюю утечку тока между положительным и отрицательным электродами элемента, как и все химические реакции, увеличивается с температурой, тем самым увеличивая скорость саморазряда батареи.См. Также Срок службы батареи. На приведенном ниже графике показана типичная скорость саморазряда литий-ионной батареи.

Внутреннее сопротивление

Внутреннее сопротивление ячейки определяет ее пропускную способность по току. Низкое внутреннее сопротивление допускает большие токи.

Схема эквивалента батареи

На схеме справа показана эквивалентная схема для энергетической ячейки.

• Rm — сопротивление металлического пути через ячейку, включая клеммы, электроды и межсоединения.
• Ra — сопротивление электрохимического тракта, включая электролит и сепаратор.
• Cb — емкость параллельных пластин, которые образуют электроды ячейки.
• Ri — нелинейное контактное сопротивление между пластиной или электродом и электролитом.

Типичное внутреннее сопротивление порядка миллиомов.

Влияние внутреннего импеданса

Когда через элемент протекает ток, на внутреннем сопротивлении элемента возникает падение напряжения IR, которое снижает напряжение на выводах элемента во время разряда и увеличивает напряжение, необходимое для зарядки элемента, таким образом уменьшая его эффективную емкость, а также уменьшая его заряд. / эффективность разряда.Более высокие скорости разряда приводят к более высоким внутренним падениям напряжения, что объясняет более низкие кривые разряда напряжения при высоких скоростях C. См. «Скорость разряда» ниже.

На внутренний импеданс влияют физические характеристики электролита: чем меньше размер гранул материала электролита, тем ниже полное сопротивление. Размер зерна контролируется производителем ячейки в процессе измельчения.

Спиральная конструкция электродов часто используется для увеличения площади поверхности и, таким образом, уменьшения внутреннего импеданса.Это снижает тепловыделение и обеспечивает более быструю зарядку и разрядку.

Внутреннее сопротивление гальванического элемента зависит от температуры и уменьшается с повышением температуры из-за увеличения подвижности электронов. График ниже является типичным примером.

Таким образом, элемент может быть очень неэффективным при низких температурах, но эффективность улучшается при более высоких температурах из-за более низкого внутреннего импеданса, а также из-за увеличения скорости химических реакций.Однако более низкое внутреннее сопротивление, к сожалению, также приводит к увеличению скорости саморазряда. Кроме того, срок службы ухудшается при высоких температурах. Для поддержания ячейки в ограниченном температурном диапазоне для достижения оптимальных характеристик в приложениях с большой мощностью может потребоваться какая-либо форма нагрева и охлаждения.

Внутреннее сопротивление большинства химических элементов ячеек также имеет тенденцию к значительному увеличению к концу цикла разряда, поскольку активные химические вещества переводятся в разряженное состояние и, следовательно, эффективно израсходуются.Это в основном отвечает за быстрое падение напряжения на элементе в конце цикла разряда.

Кроме того, эффект джоулева нагрева I ² R, потери во внутреннем сопротивлении элемента вызывают повышение температуры элемента.

Падение напряжения и потери I ² R могут быть незначительными для элемента емкостью 1000 мАч, питающего мобильный телефон, но для 100-элементного автомобильного аккумулятора на 200 Ач они могут быть значительными.Типичное внутреннее сопротивление литиевой батареи мобильного телефона емкостью 1000 мА составляет от 100 до 200 мОм и около 1 мОм для литиевой батареи емкостью 200 Ач, используемой в автомобильной батарее. См. Пример.

При работе со скоростью C падение напряжения на элемент будет около 0,2 В в обоих случаях (немного меньше для мобильного телефона). Потери I ² R в мобильном телефоне будут составлять от 0,1 до 0,2 Вт. Однако в автомобильной батарее падение напряжения на всей батарее будет 20 В, а потеря мощности, рассеиваемой в виде тепла внутри батареи, составит 40 Вт на элемент или 4 кВт для всей батареи.Это в дополнение к теплу, выделяемому в результате электрохимических реакций в ячейках.

По мере старения элемента сопротивление электролита имеет тенденцию к увеличению. Старение также вызывает ухудшение поверхности электродов и увеличение контактного сопротивления, и в то же время эффективная площадь пластин уменьшается, уменьшая их емкость. Все эти эффекты увеличивают внутренний импеданс клетки, что отрицательно сказывается на ее работоспособности.Сравнение фактического импеданса ячейки с ее импедансом, когда она была новой, может быть использовано для измерения или представления возраста ячейки или ее эффективной емкости. Такие измерения намного удобнее, чем фактическая разрядка элемента, и их можно проводить без разрушения тестируемого элемента. См. «Испытания импеданса и проводимости»

Внутреннее сопротивление также влияет на эффективную емкость ячейки.Чем выше внутреннее сопротивление, тем выше потери при зарядке и разрядке, особенно при более высоких токах. Это означает, что при высоких скоростях разряда доступная емкость ячейки ниже. И наоборот, если он разряжается в течение длительного периода, емкость в ампер-часах выше. Это важно, потому что некоторые производители указывают емкость своих батарей при очень низкой скорости разряда, что делает их намного лучше, чем они есть на самом деле.

Скорость разряда

Кривые разряда для литий-ионного элемента ниже показывают, что эффективная емкость элемента уменьшается, если элемент разряжается с очень высокой скоростью (или, наоборот, увеличивается с низкой скоростью разряда).Это называется смещением емкости, и этот эффект характерен для большинства химических составов ячеек.

Нагрузка батареи

Время разряда батареи зависит от нагрузки, которую она должна обеспечивать.

Если разрядка происходит в течение длительного периода в несколько часов, как в некоторых высокопроизводительных приложениях, таких как электромобили, эффективная емкость аккумулятора может быть вдвое больше указанной емкости при коэффициенте C.Это может быть наиболее важным при выборе дорогой батареи для использования с высокой мощностью. Емкость маломощных аккумуляторов бытовой электроники обычно указывается для разряда со скоростью C, тогда как SAE использует разряд в течение 20 часов (0,05 ° C) в качестве стандартного условия для измерения емкости автомобильных аккумуляторов в амперах. График ниже показывает, что эффективная емкость свинцово-кислотных аккумуляторов с глубокой разрядкой почти удваивается, поскольку скорость разряда снижается с 1,0 ° C до 0.05C. При времени разряда менее одного часа (высокие значения C) эффективная емкость резко падает.

Эффективность зарядки также зависит от скорости зарядки. Объяснение причин этого приведено в разделе «Время зарядки».

Из этого графика можно сделать два вывода:

• Следует проявлять осторожность при сравнении характеристик емкости аккумуляторов, чтобы гарантировать, что используются сопоставимые скорости разряда.
• В автомобильной промышленности, если высокие значения тока используются регулярно для резкого ускорения или для подъема на холм, дальность действия транспортного средства будет уменьшена.

Рабочий цикл

Рабочие циклы различаются для каждого приложения. Приложения EV и HEV накладывают особые переменные нагрузки на аккумулятор. См. Пример нагрузочного тестирования. Стационарные батареи, используемые в распределенных сетевых накопителях энергии, могут иметь очень большие изменения SOC и много циклов в день.

Важно знать, сколько энергии используется за цикл, и рассчитывать на максимальную пропускную способность и мощность, а не на средний уровень.

Примечания: Для информации

• Типичный небольшой электромобиль будет потреблять от 150 до 250 Втч энергии на милю при нормальном вождении. Таким образом, для диапазона 100 миль при 200 Вт-час на милю потребуется аккумулятор емкостью 20 кВт-ч.
В гибридном электромобиле
• используются батареи меньшего размера, но они могут потребоваться для работы при очень высокой скорости разряда до 40 ° C. Если в автомобиле используется рекуперативное торможение, аккумулятор также должен выдерживать очень высокую скорость зарядки, чтобы быть эффективным. См. В разделе о конденсаторах пример того, как это требование может быть выполнено.

Уравнение Пойкерта

Уравнение Пойкерта — это удобный способ описания поведения ячеек и количественной оценки смещения емкости в математических терминах.

Это эмпирическая формула, которая приблизительно определяет, как доступная емкость батареи изменяется в зависимости от скорости разряда. C = I ⁿ T, где «C» — теоретическая емкость аккумулятора, выраженная в ампер-часах, «I» — ток, «T» — время, а «n» — число Пейкерта, постоянная для данного аккумулятор. Уравнение показывает, что при более высоких токах в батарее меньше доступной энергии. Число Пейкерта напрямую связано с внутренним сопротивлением батареи.Более высокие токи означают больше потерь и меньшую доступную мощность.

Значение числа Пейкерта показывает, насколько хорошо батарея работает при длительных сильных токах. Значение, близкое к 1, указывает на то, что аккумулятор работает нормально; чем выше число, тем больше емкость теряется при разряде аккумулятора при больших токах. Число Пейкерта батареи определяется эмпирически. Для свинцово-кислотных аккумуляторов это число обычно составляет от 1,3 до 1,4

График выше показывает, что эффективная емкость аккумулятора снижается при очень высокой скорости непрерывной разрядки.Однако при периодическом использовании батарея успевает восстановиться в периоды покоя, когда температура также возвращается к уровню окружающей среды. Из-за этой возможности восстановления емкость меньше уменьшается, а эффективность работы выше, если аккумулятор используется с перерывами, как показано пунктирной линией.

Это обратное поведение двигателя внутреннего сгорания, который наиболее эффективно работает при непрерывных устойчивых нагрузках.В этом отношении электроэнергия — лучшее решение для средств доставки, которые подвержены постоянным перебоям.

Участки Рагон

График Рагона полезен для характеристики компромисса между эффективной мощностью и управляемой мощностью. Обратите внимание, что графики Рагона обычно основаны на логарифмических шкалах.

На приведенном ниже графике показана превосходная гравиметрическая плотность энергии литий-ионных элементов.Также обратите внимание, что литий-ионные элементы с анодами из титаната лития (Altairnano) обеспечивают очень высокую плотность мощности, но пониженную плотность энергии.

Энергия и плотность мощности — участок Рагона

Источник Альтаирнано

На графике Ragone ниже сравниваются характеристики ряда электрохимических устройств.Это показывает, что ультраконденсаторы (суперконденсаторы) могут обеспечивать очень высокую мощность, но емкость хранилища очень ограничена. С другой стороны, топливные элементы могут хранить большое количество энергии, но имеют относительно низкую выходную мощность.

Рагон Участок электрохимических устройств

Наклонные линии на графиках Ragone показывают относительное время, необходимое для того, чтобы зарядить устройство или выйти из него.С одной стороны, мощность может накачиваться или извлекаться из конденсаторов за микросекунды. Это делает их идеальными для сбора энергии рекуперативного торможения в электромобилях. С другой стороны, топливные элементы имеют очень плохие динамические характеристики, требуя часов для выработки и передачи энергии. Это ограничивает их применение в электромобилях, где они часто используются вместе с батареями или конденсаторами для решения этой проблемы. Литиевые батареи находятся где-то посередине и обеспечивают разумный компромисс между ними.

См. Также Сравнение альтернативных хранилищ энергии.

Характеристики импульса

Способность передавать сильноточные импульсы является требованием многих батарей. Пропускная способность ячейки по току зависит от эффективной площади поверхности электродов. (См. Компромисс между энергией и мощностью). Однако ограничение по току устанавливается скоростью, с которой происходят химические реакции в ячейке.Химическая реакция или «перенос заряда» происходит на поверхности электродов, и начальная скорость может быть довольно высокой, так как химические вещества, расположенные рядом с электродами, преобразуются. Однако, как только это произошло, скорость реакции ограничивается скоростью, с которой активные химические вещества на поверхности электрода могут пополняться путем диффузии через электролит в процессе, известном как «массоперенос». Тот же принцип применяется к процессу зарядки и более подробно описан в разделе «Время зарядки».Следовательно, импульсный ток может быть значительно выше, чем частота C, которая характеризует характеристики непрерывного тока.

Срок службы

Это один из ключевых параметров производительности ячейки, который указывает ожидаемый срок службы ячейки.

Срок службы определяется как количество циклов, которое может выполнить элемент, прежде чем его емкость упадет до 80% от его первоначальной указанной емкости.

Каждый цикл заряда-разряда и связанный с ним цикл трансформации активных химикатов, который он вызывает, сопровождается медленным ухудшением химикатов в элементе, что будет почти незаметно для пользователя. Это ухудшение может быть результатом неизбежных нежелательных химических воздействий в ячейке или роста кристаллов или дендритов, изменяющих морфологию частиц, составляющих электроды. Оба эти события могут иметь эффект уменьшения объема активных химических веществ в элементе и, следовательно, его емкости, или увеличения внутреннего импеданса элемента.

Обратите внимание, что элемент не умирает внезапно в конце указанного жизненного цикла, а продолжает свое медленное разрушение, так что он продолжает нормально функционировать, за исключением того, что его емкость будет значительно меньше, чем когда она была новой.

Цикл срока службы, как он определен, является полезным способом сравнения батарей в контролируемых условиях, однако он может не дать наилучшего представления о сроке службы батарей в реальных условиях эксплуатации.Элементы редко эксплуатируются в последовательных полных циклах заряда-разряда, они с большей вероятностью будут подвергаться частичным разрядам различной глубины перед полной перезарядкой. Поскольку в частичных разрядах задействовано меньшее количество энергии, аккумулятор может выдерживать гораздо большее количество неглубоких циклов. Такие циклы использования типичны для гибридных электромобилей с рекуперативным торможением. Посмотрите, как продолжительность цикла зависит от глубины разряда (DOD) в разделе «Срок службы батареи».

Срок службы также зависит от температуры, как от температуры эксплуатации, так и от температуры хранения.См. Более подробную информацию в разделе «Неисправности литиевых батарей».

Общая пропускная способность энергии

Более характерным показателем срока службы батареи является Lifetime Energy Throughput . Это общее количество энергии в ватт-часах, которое может быть вложено в аккумулятор и снято с него в течение всех циклов в течение срока его службы, прежде чем его емкость снизится до 80% от первоначальной емкости нового аккумулятора.Это зависит от химического состава клетки и условий эксплуатации. К сожалению, эта мера еще не используется производителями элементов питания и еще не принята в качестве отраслевого стандарта для аккумуляторов. Пока он не войдет в широкое использование, его нельзя будет использовать для сравнения производительности элементов от разных производителей таким образом, но, если он доступен, по крайней мере, он предоставляет более полезное руководство для инженеров по применению для оценки срока службы используемых батарей. в своих проектах.

См. Также Состояние работоспособности (SOH) и Расчетный срок службы батареи

Глубокий разряд

Срок службы цикла уменьшается с увеличением глубины разряда (DOD) (см. Срок службы батареи), и многие химические элементы элементов не допускают глубокого разряда, и элементы могут быть необратимо повреждены при полной разрядке.Специальные конструкции ячеек и химические смеси необходимы, чтобы максимально увеличить потенциальную глубину разряда батарей глубокого разряда.

Зарядные характеристики

Кривые зарядки и рекомендуемые методы зарядки включены в отдельный раздел зарядки

Как рассчитать электрическую нагрузку в доме?

Если вы похожи на большинство людей, то вы не электрик.Это означает, что концепция электрических нагрузок может сбивать с толку. Однако вам нужно будет рассчитать его, если вы вносите какие-либо серьезные изменения в электрическую сеть.

Давайте разберем все, что вам нужно знать о для расчета электрической нагрузки .

Что такое электрическая нагрузка?

Электрическая нагрузка — это расчет того, сколько энергии требуется для работы всего, что потребляет электричество в вашем доме. При внесении значительных электрических дополнений в дом, все, что будет использовать электричество для работы, рассчитывается, чтобы найти электрическую нагрузку.

Почему важен расчет электрической нагрузки?

Электрическая нагрузка дома определяет многие вещи, в том числе силу тока вашей электрической панели. Определение электрической нагрузки — важная часть определения того, нужно ли вам менять систему электроснабжения, поскольку она подскажет вам, недостаточно ли мощности, подаваемой в ваш дом (в амперах), для использования вами электроэнергии.

Изменение электрической нагрузки в вашем доме также указывает на изменение вашего счета за электроэнергию.Например, если вы приобретете новую систему отопления, вентиляции и кондиционирования, которая не потребляет столько электроэнергии, ваша электрическая нагрузка и ваш счет за электроэнергию будут ниже.

Расчет электрической нагрузки

Выясните, нужно ли вам изменить электрическую сеть, сравнив ее с электрической нагрузкой. Вы можете рассчитать, сколько усилителей необходимо вашему дому, выполнив следующие действия:

• Сложите мощность всех цепей общего освещения и номинальную мощность всех ваших розеток.
• Сложите номинальную мощность всех ваших постоянных приборов (стиральная / сушильная машина, посудомоечная машина, водонагреватель и т. Д.).
• Вычтите 10 000 ватт из суммы всех этих значений и умножьте результат на 0,4 (40%). Затем снова добавьте 10 000 Вт.
• Сравните мощность вашего кондиционера и печи. Поскольку вы используете только по одному, добавляйте в уравнение только большую номинальную мощность.
• Разделите полученное количество ватт на вольт (в большинстве домов используется 220 вольт), чтобы получить количество ампер или электрическую нагрузку.

Если электрическая нагрузка превышает текущую электрическую мощность, вам необходимо повысить ее до следующего уровня обслуживания. Чтобы избежать этого сложного уравнения, вы можете использовать онлайн-калькулятор нагрузки. Однако лучший способ убедиться, что нагрузка рассчитана правильно, — это обратиться к профессионалу. Мы позаботимся об этом за вас.

Свяжитесь с нами

Выбирайте экспертов Arnold Electric Services для решения всех ваших задач в области электрики. Свяжитесь с нами сегодня для получения дополнительной информации или запроса услуги.

.