Физика проводников и диэлектриков

Роль диэлектрика в конденсаторах

В увлекательном мире электроники есть компоненты, которые играют основополагающую роль в работе многих устройств. Один из них — конденсаторы, небольшие, но мощные элементы, накапливающие и выделяющие электрическую энергию. Однако знаете ли вы, что в его конструкции и характеристиках есть решающий элемент? Мы имеем в виду диэлектрик.

Что такое диэлектрик?

Диэлектрик – это материал, который используется внутри конденсатора для разделения двух проводов и создания диэлектрического слоя. Он обладает высокой удельной емкостью, что позволяет конденсатору хранить больше заряда. Диэлектрики могут быть сделаны из различных материалов, таких как керамика, пластик, стекло или даже вакуум.

Влияние диэлектрика на работу конденсатора

Диэлектрик играет решающую роль в работе конденсатора. Его способность сохранять заряд и препятствовать его разряду влияет на емкость, рабочее напряжение и температурный диапазон конденсатора. Различные типы диэлектриков имеют разные характеристики, и выбор подходящего материала для конкретного приложения критически важен.

Заключение

Итак, диэлектрик – это не просто заполнитель внутри конденсатора. Это ключевой элемент, определяющий характеристики и производительность устройства. При выборе конденсатора не забывайте обратить внимание на тип используемого диэлектрика и его влияние на общую работу устройства. А теперь погрузитесь в мир электроники еще глубже и расширьте свои знания об этом захватывающем предмете!

Влияние проволоки 14 калибра на работу силовой цепи

Давайте рассмотрим, как провод 14 калибра влияет на работу силовой цепи. Посмотрим на таблицу размеров проводов:

Если мы используем медь в качестве материала проволоки (бюджетный выбор), удельное сопротивление будет 10,09 Ом-кр.мил/фут.

Определение сопротивления

При использовании медного провода 14 калибра получаем сопротивление в 5,651 Ом на 2300 футов.

Общее сопротивление

В нашей цепи два участка по 2300 футов с сопротивлением 5,651 Ом. Общее сопротивление составляет 11,301 Ом.

Проблемы с сопротивлением

При силе тока 25 ампер и напряжении 230 вольт, общее сопротивление 11,301 Ом ограничивает ток до 20,352 ампер. Низкое сопротивление провода имеет серьезные последствия для цепи.

Пример проблемы

Для куска алюминиевого стержня размером 4x3x125 см высчитываем площадь поперечного сечения.

Итак, влияние проволоки 14 калибра на силовую цепь критично. Следите за сопротивлением для эффективной работы вашей цепи!

Диэлектрик – это вещество или материал, который хорошо изолирует электричество и плохо проводит электрический ток. Диэлектрики обладают высокими электрическими свойствами, которые позволяют им быть прекрасными изоляторами в электрических цепях.

Свойства диэлектриков:

• Электрическая прочность: Диэлектрики способны выдерживать высокие электрические поля без проблем.
• Низкое удельное сопротивление: Диэлектрики обладают очень высоким удельным сопротивлением, что не позволяет току проходить через них.
• Инертность: Диэлектрики стабильны и не реагируют с другими веществами.

Поведение диэлектриков в электрическом поле:

Когда диэлектрик находится во внешнем электрическом поле, его молекулы под воздействием этого поля начинают ориентироваться таким образом, что создаются дополнительные электрические силы, препятствующие прохождению тока. Это явление называется поляризацией.

Применение диэлектриков:

Диэлектрики широко применяются в электротехнике и электронике для изоляции проводов, создания конденсаторов, трансформаторов, изоляторов и других устройств.

Таким образом, диэлектрики играют важную роль в обеспечении безопасности и надежности электрических цепей и устройств. Понимание их свойств и применение в практике позволяют создавать эффективные и функциональные электрические системы.

Что такое диэлектрик?

Мы можем определить понятие диэлектрика по удельному сопротивлению (резистивности) этого материала. Мы определяем удельное сопротивление ρ как электрическое сопротивление проводника из однородного материала с площадью поперечного сечения S, равной одному квадратному метру, и длиной l, равной одному метру.

Однако в данной статье будет более уместно связать удельное сопротивление материала с напряженностью электрического поля. Внутри материала, по которому течет электрический ток плотностью , существует поле напряженности . Для однородного и изотропного материала мы можем записать удельное сопротивление как отношение значений этих двух векторов:

ρ = E / j

В системе СИ единицей удельного сопротивления является Ом на метр (Ом * м).

Удельное сопротивление — это постоянная величина, характеризующая материал. Чем выше значение удельного сопротивления, тем хуже материал проводит электричество. Предполагается, что удельное сопротивление диэлектриков больше 107 Омм, в то время как хорошие проводники имеют значение удельного сопротивления порядка 10^-8 — 10^-6 Омм.

Проводимость и сопротивление

Проводимость — это перенос электрических зарядов носителями. К таким носителям относятся электроны. В металлах, например, валентные электроны отрываются от отдельных атомов и под воздействием приложенного электрического поля перемещаются по металлу, неся отрицательный заряд. Поэтому в металле течет электрический ток. Металл является хорошим проводником.

В изоляторах, с другой стороны, заряды относительно неподвижны.

Поскольку диэлектрики имеют очень высокие значения электрического сопротивления (обычно порядка гига Ом), для получения даже небольшого тока необходимо приложить высокое электрическое напряжение порядка гигавольт. Это повлечет за собой разрушение диэлектрика. Таким образом, проведение электрического тока через диэлектрики невозможно.

Типы диэлектриков и их свойства

Диэлектрики обладают очень интересными свойствами. При помещении во внешнее электрическое поле они подвергаются электрической поляризации. При этом внутри диэлектрика образуется электрическое поле, направленное противоположно внешнему полю, вызвавшему поляризацию.

Откуда она берется? Почему внутри диэлектрика возникает электрическое поле? Давайте поищем ответ в молекулярной структуре диэлектриков.

Полярные и неполярные диэлектрики

Существует два типа диэлектриков: полярные и неполярные.

Полярные диэлектрики — это диэлектрики, молекулы которых являются постоянными диполями. Диполь — это расположение двух разнородных электрических зарядов одинаковой величины q на расстоянии l друг от друга.

Величина, характеризующая диполи, — это дипольный момент . Дипольный момент определяется как произведение величины заряда q и вектора имеющий величину, равную расстоянию между зарядами, направлению прямой линии, соединяющей заряды, и возврату от отрицательного заряда к положительному.

Единицей дипольного момента является произведение кулона и метра (Кл*м).

В полярных диэлектриках молекулы обладают собственным дипольным моментом.

Примерами полярных диэлектриков являются соляная кислота (HCl) с дипольным моментом = 3,70*10-30 Кл*м и вода (H2O) с дипольным моментом = 6,15*10-30 Кл*м.

Рис. 2. Молекула воды как диполь

Если такой диполь поместить во внешнее электрическое поле напряженностью , то на него будет действовать момент силы :

Поэтому момент силы заставит диполь повернуться так, чтобы его ось была направлена вдоль линии поля, как показано на рисунке 3.

Рис. 3. Диполь, помещенный в электрическое поле

Этот момент исчезнет, когда векторы и станут параллельными.

Неполярные диэлектрики не имеют собственного дипольного момента (их дипольный момент равен нулю). Однако мы можем получить момент, поместив такой атом или молекулу во внешнее электрическое поле. В этом случае положительные заряды (ядра) и отрицательные заряды (электроны) разделяются.

Примерами неполярных диэлектриков являются водород (H2) и метан (CH4). Без поля они имеют нулевой дипольный момент.

Существует также группа диэлектриков с особыми свойствами. К таким диэлектрикам относятся пьезоэлектрики, пироэлектрики и ферроэлектрики.

Пьезоэлектрики — это кристаллы, в которых под действием механического напряжения индуцируются электрические заряды. То есть, под давлением (или растяжением) мы можем генерировать электрическое поле.

Примером пьезоэлектрика является кварц. Пьезоэлектрики применяются в качестве электроакустических преобразователей, например, в громкоговорителях, а также в качестве искровых промежутков в сигаретных зажигалках.

Пироэлектрики — это вещества (обычно кристаллы), в которых поляризация происходит при изменении температуры, например, при нагревании.

Примером пироэлектрика является сульфат триглицина. Пироэлектрики являются частным случаем пьезоэлектриков. Пироэлектрики могут найти применение в тепловизионных матрицах.

Третий тип диэлектриков, о котором стоит знать, — это ферроэлектрики. Ферроэлектрики приобретают дипольный момент при помещении во внешнее электрическое поле, но, в отличие от других диэлектриков, этот момент не исчезает, когда значение внешнего поля достигает нуля. Дипольный момент ферроэлектрика изменяется, как показано на диаграмме ниже — такая зависимость называется гистерезисом (от греческого hysteresis — задержка).

Рис. 4. Петля гистерезиса изменение дипольного момента ферроэлектрика в зависимости от напряженности внешнего электрического поля

На рис. 4 мы видим петлю гистерезиса, зависимость дипольного момента p от напряженности поля E. Первоначально напряженность поля и дипольный момент равны 0. По мере увеличения напряженности поля значение дипольного момента также увеличивается.

Затем значение напряженности электрического поля уменьшается — значение дипольного момента также уменьшается, но это уменьшение «запаздывает», как показано на кривой 2.

Когда значение E снова равно 0 — значение дипольного момента pr (остаточная поляризация). Дипольный момент достигает нуля только для E = Ec, направленного противоположно исходному полю. После достижения минимума значения E и p снова увеличиваются, на этот раз в виде части гистерезиса, обозначенной — 3.

Ферроэлектрики являются частным случаем пироэлектриков.

Что касается агрегатного состояния, то различают диэлектрики:

Магазины AliExpress — глобальная виртуальная (в Интернете) торговая площадка, предоставляющая возможность покупать товары производителей из КНР;computeruniverse.net – Интернет-магазин компьютеров(Промо код 5 Евро на первую покупку:FWWC3ZKQ);

Теория по электронике

Основные концепты электричества • • Проводники, диэлектрики и поток электронов • Что такое электрические цепи • Напряжение и электроток • • Напряжение и электроток в реальной цепи • Условный ток и поток электронов

• Закон Ома – Как напряжение, сила тока и сопротивление связаны друг с другом • Аналогия для закона Ома • Мощность в электрических цепях • Расчёт электрической мощности • • • • Полярность перепада напряжения • Компьютерная симуляция электрических цепей

• Важность правил электробезопасности • Воздействие электричества на психологическое состояние • Путь, который ток проходит перед ударом • Закон Ома (снова!) • • Первая медицинская помощь при ударе током • Распространённые источники опасности • Проектирование электроцепей с учётом требований безопасности • Безопасное использование приборов для измерения электрических показателей • Данные о влиянии удара током на тело человека

Экспоненциальная запись и метрические приставки • • Арифметические операции для экспоненциальной записи • • Преобразование метрических приставок • Используем ручной калькулятор • Экспоненциальная форма в программе SPICE

Последовательные и параллельные электрические цепи • Что такое «последовательные» и «параллельные» электрические цепи • Простая последовательная цепь • Простая параллельная цепь • • • Правильно используем закон Ома • Анализ отказов компонентов цепи • Строим простые резистивные цепи

Схемы с делителями напряжения и правила Кирхгофа • Схемы с делителем напряжения • Правило напряжений Кирхгофа (ПНК) • Цепи – делители тока и формула делителя тока • Правило Кирхгофа для силы тока (ПКТ)

Комбинированные последовательно-параллельные схемы • Что такое последовательно-параллельная цепь • Методы анализа последовательно-параллельных резисторных цепей • Перерисовываем избыточно усложнённые схемы • Анализ отказов компонентов (продолжение) • Построение простых резисторных цепей

Измерения в электрических цепях постоянного тока • Что такое измеритель? • Как устроен вольтметр • Как вольтметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен амперметр • Как амперметр влияет на измеряемую цепь • Как устроен омметр • • • Кельвиновское 4-проводное измерение сопротивления • • Как устроен ваттметр • Как самостоятельно сделать ручной калибратор

Сигналы электрического оборудования • Аналоговые и цифровые сигналы • Системы сигналов напряжения • Системы сигналов силы тока • • • •

Анализ сети постоянного тока • Что такое сетевой анализ? • Метод токов ветвей • Аналитический метод контурных токов • Метод узловых потенциалов • Введение в сетевые теоремы • • Теорема о суперпозиции • • • Эквивалентность схем Тевенена и Нортона • И вновь о теореме Миллмана • Теорема о передаче максимальной мощности • Δ-Y и Y-Δ преобразования

Батареи и системы питания • Поведение электронов при химических реакциях • • • Батареи специального назначения • Практические рекомендации при использовании батарей

Физика проводников и диэлектриков • Введение в физику проводников и диэлектриков • • Допустимые токовые нагрузки на провода • • • Температурный коэффициент сопротивления • • Пробивное напряжение диэлектрика

• Электрическое поле и ёмкость • Конденсаторы и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на ёмкость конденсатора • Последовательное и параллельное соединение конденсаторов • Практические соображения – Конденсаторы

Магнетизм и электромагнетизм • • • Единицы измерения магнитных величин • Магнитная проницаемость и насыщение • •

• Магнитные поля и индуктивность • Катушки индуктивности и дифференциальное исчисление • Факторы, влияющие на индуктивность • Катушки индуктивности в последовательных и параллельных соединениях • Практические соображения – Катушки индуктивности

Постоянные времени в RC и L/R цепях • Переходные процессы в электрических цепях • Переходные процессы в цепях с конденсатором • Переходные процессы в цепях с катушкой индуктивности • Расчёт напряжения и силы тока • Почему L/R, а не LR? • Комплексные расчёты напряжения и тока • • Расчёт неизвестного времени

Основы теории переменного тока • Что такое переменный ток? • Формы волн переменного тока • Измерение величин переменного тока • Расчёт простейшей цепи переменного тока • Фаза переменного тока •

• Введение в комплексные числа • Векторы и волны переменного тока • Сложение простых векторов • Сложение сложных векторов • Полярная и алгебраическая запись комплексных чисел • Арифметика комплексных чисел • И ещё по поводу полярности переменного тока • Несколько примеров с цепями переменного тока

Реактанс и импеданс – Индуктивность • Резистор в цепи переменного тока (Индуктивность) • Катушка индуктивности в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-индуктивные цепи • Параллельные резистивно-индуктивные цепи • Особенности катушек индуктивности • Что такое «скин-эффект»?

Реактанс и импеданс – Ёмкость • Резистор в цепи переменного тока (Ёмкость) • Конденсатор в цепи переменного тока • Последовательные резистивно-ёмкостные цепи • Параллельные резистивно-ёмкостные цепи •

Реактанс и импеданс – R/L/C-цепи • Обзор R, X и Z (сопротивление, реактанс и импеданс) • • • • Реактивная проводимость и адмиттанс • R/L/C-цепи – что в итоге?

• • Простой параллельный резонанс (колебательный контур) • Простой последовательный резонанс • • Резонанс в последовательно-параллельных цепях • Добротность и полоса пропускания резонансной цепи

Сигналы переменного тока смешанной частоты • Сигналы переменного тока смешанной частоты – Введение • Прямоугольные волновые сигналы • Другие волновые формы • Подробнее о спектральном анализе • Эффекты в электрических цепях

• Что такое фильтр? • • • • • • Подводя итоги по фильтрам

• Взаимная индуктивность и основные операции • Повышающие и понижающие трансформаторы • • • • • Специальные трансформаторы и приложения • Практические соображения – Трансформаторы

Многофазные цепи переменного тока • Однофазные системы питания • Трёхфазные системы питания • • Устройство многофазного двигателя • Трёхфазные Y- и дельта-конфигурации • Трёхфазные цепи с трансформатором • Гармоники в многофазных энергосистемах • Гармонические фазовые последовательности

• Мощность в резистивных и реактивных цепях переменного тока • Истинная, реактивная и полная мощность • Расчёт коэффициента мощности • Практическая коррекция коэффициента мощности

Измерение цепей переменного тока • Вольтметры и амперметры переменного тока • Измерение частоты и фазы • • Измерение качества электроэнергии • Мостовые схемы переменного тока • Измерительные преобразователи переменного тока

Двигатели переменного тока • Введение в двигатели переменного тока • • • Двигатель с магнитным сопротивлением • • Бесщёточный двигатель постоянного тока • Многофазные асинхронные двигатели Теслы • Асинхронные двигатели с фазным ротором • Однофазные асинхронные двигатели • Прочие специализированные двигатели • Сельсин-двигатели (синхронизированные двигатели) • Коллекторные двигатели переменного тока

• Кабель на 50 Ом? • Электрические цепи и скорость света • • Линии передачи конечной длины • «Длинные» и «короткие» линии передачи • Стоячие волны и резонанс • •

Усилители и активные устройства • От электрики к электронике • Активные и пассивные устройства • • • • •

Теория твердотельных приборов • Введение в теорию твердотельных устройств • • Валентность и кристаллическая структура • Зонная теория твёрдых тел • Электроны и «дырки» • • • Транзисторы с биполярным переходом • • Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) • • Методы производства полупроводников • • • Полупроводниковые приборы в SPICE

Диоды и выпрямители • Диоды и выпрямители – Введение • Проверка диодов мультиметром • Номинальные характеристики диодов • • • Схемы ограничителей напряжения • Схемы фиксаторов уровня • Умножители напряжения (удвоители, утроители, учетверители и т.д.) • Схемы коммутации индуктивных нагрузок • Диодные схемы коммутации • Что такое диод Зенера (стабилитрон)? • Диоды специального назначения • Прочие диодные технологии • Модели диодов в SPICE

• Транзисторы с биполярным переходом (ТБП) – Введение • Транзистор с биполярным переходом (ТБП) как переключатель • Проверка транзистора с биполярным переходом (ТБП) с помощью мультиметра • Активный режим работы транзистора с биполярным переходом (ТБП) • Усилительный каскад с общим эмиттером • Усилительный каскад с общим коллектором • Усилительный каскад с общей базой • • Методы смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Расчёт смещения для транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Взаимодействие входа и выхода в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Обратная связь в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • • Токовые зеркала в транзисторах с биполярным переходом (ТБП) • Параметры и корпуса транзисторов с биполярным переходом (ТБП) • Особенности транзисторов с биполярным переходом (ТБП)

• Полевые транзисторы (JFET) – Введение • Полевой транзистор (JFET) как переключатель • Проверка полевого транзистора (JFET) с помощью мультиметра • Активный режим работы полевого транзистора (JFET)

Полевые транзисторы с изолированным затвором • Полевые транзисторы с изолированным затвором – Введение • Обедняющие полевые транзисторы с изолированным затвором • Биполярные транзисторы с изолированным затвором

• • • Диод Шокли (динистор) • DIAC (симметричный динистор) • Управляемый кремниевый выпрямитель (SCR-тиристор) • TRIAC (симметричный тринистор, триак) • • • Управляемый кремниевый коммутатор (SCS-тиристор) • Тиристоры с полевым управлением

• Операционные усилители (ОУ) – Введение • Несимметричные и дифференциальные усилители • • Отрицательная обратная связь • Делитель напряжения в цепи обратной связи • Аналогия для делителя напряжения в цепи обратной связи • Преобразование сигнала напряжения в сигнал тока • Схемы усреднителя и сумматора • Построение дифференциальных усилителей • Инструментальный (измерительный) усилитель • Схемы дифференциатора и интегратора • Положительная обратная связь • Практические аспекты ОУ • Модели операционных усилителей

Практические аналоговые полупроводниковые схемы • • Схемы источников питания • • • • •

Приводы двигателей постоянного тока •

• Электронные лампы – Введение • История электронных ламп – с чего всё началось • • • Силовой лучевой тетрод • • Комбинированные электронные лампы • Характеристики электронных ламп • Ионизированные (газовые) электронные лампы • Индикаторные электронные лампы • Микроволновые электронные лампы • Сравниваем электронные лампы и полупроводники

• Числа и способы их выражения • • Сравниваем десятеричные и двоичные числа • Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления • Восьмеричные и шестнадцатеричные числа преобразовываем в десятеричные • Преобразование из десятеричной системы счисления

• Числа и системы счисления • • Отрицательные двоичные числа • • •

• Цифровые сигналы и вентили • • • Вентили с более чем одним входом • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «И-НЕ» и «И» • Транзисторно-транзисторная логика вентилей «ИЛИ-НЕ» и «ИЛИ» • • Специальные выходы в вентилях • Универсальность вентилей «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ» • Уровни напряжения для «высоких» и «низких» логических сигналов • Вентильные DIP корпусы

• • Как устроены контакты переключателей • «Нормальное» состояние контакта и последовательное замыкание/размыкание •

• • • Реле с задержкой времени • •

• • Функции цифровой логики • Разрешающие и блокирующие схемы • Схемы управления двигателем • • Программируемые логические контроллеры (ПЛК)

• Булева алгебра – Введение • • Булевы алгебраические тождества • Булевы алгебраические свойства • Логические правила для упрощения • Примеры упрощения схем • Функция «Исключающее ИЛИ»: вентиль XOR • Законы де Моргана • Преобразование таблиц истинности в логические выражения

• Карты Карно – Введение • Диаграммы Венна и множества • Булевы соотношения на диаграммах Венна • Преобразование диаграмм Венна в карты Карно • Карты Карно, таблицы истинности и логические выражения • Упрощение логики с помощью карт Карно • Бо́льшие карты Карно с 4-мя переменными • Минтермы и макстермы в реализациях • Обозначения сумм и произведений • Поля «безразличия» на картах Карно • Бо́льшие карты Карно с 5-ю и 6-ю переменными

Функции комбинационной логики • Функции комбинационной логики – Введение • • • • • • • Совместное использование множественных комбинационных схем

• Цифровая логика с обратной связью • • • • Защёлки с запуском по фронту сигнала: триггеры • • Триггеры с асинхронными входами •

• Двоичная счётная последовательность • • •

• Сдвиговые регистры – Введение • Сдвиговые регистры: последовательный вход, последовательный выход (SISO) • Сдвиговые регистры: параллельный вход, последовательный выход (PISO) • Сдвиговые регистры: последовательный вход, параллельный выход (SIPO) • Универсальные сдвиговые регистры: параллельный вход, параллельный выход (PIPO) •

Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразования • Цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразования – Введение • ЦАП R/2nR: цифро-аналоговый преобразователь с двоично-взвешенным входом • ЦАП R/2R: (цифро-аналоговый преобразователь) • • Цифровые ступенчатые АЦП • АЦП с последовательным приближением • • Скатные (интегрирующие) АЦП • • Практические аспекты схем АЦП

• Цифровая связь – Введение • Сети и шины • • Типы электрических сигналов • Оптическая передача данных • • • Практические аспекты цифровой связи

Цифровое хранилище (память) • • Понятия и концепции цифровой памяти • Современная немеханическая память • Устаревшие немеханические технологии памяти • Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) • Память с движущимися частями: «Приводы»

Принципы цифровых вычислений • • • • •

Полезные уравнения и коэффициенты пересчёта • Уравнения и законы для цепей постоянного тока • Правила последовательных цепей • Правила параллельных цепей • Эквивалентные значения компонентов в последовательных и параллельных цепях • Уравнение ёмкости конденсатора • Уравнение катушки индуктивности • Уравнения постоянной времени • Уравнения цепей переменного тока • Уравнения для децибел • Метрические приставки и преобразования единиц измерения

• Цветовая маркировка резисторов • Цветовая маркировка проводки • Инфографика цветовой маркировки проводки

Таблицы проводников и диэлектриков • Таблица калибров медной проволоки • Таблица допустимых нагрузок для медного провода • Коэффициенты удельного сопротивления • Таблица температурных коэффициентов сопротивления • Критические температуры для сверхпроводников • Диэлектрическая прочность изоляторов

Справочник по алгебре • Основные алгебраические тождества • Основные свойства арифметики • • • • • Формулы сокращённого умножения • • • • Решение систем уравнений: метод подстановки и метод сложения

Справочник по тригонометрии • Тригонометрия прямоугольного треугольника • Тригонометрия произвольного треугольника • •

Справочник по исчислению • Формулы вычисления пределов • • • Производные показательных функций с основанием e • Производные простых тригонометрических функций • Правила вычисления производных • Первообразная (неопределённый интеграл) • • Первообразные показательных функций от числа e • Правила вычисления первообразных • Определённые интегралы и основная теорема исчисления •

Использование программы SPICE для моделирования электрических схем • Программа моделирования электрических цепей SPICE — Введение • История программы SPICE • Основы программирования в SPICE • Интерфейс командной строки • Компоненты электрических схем • Опции для проведения анализа • Странные особенности программы SPICE • Примеры электрических цепей и списков связей

Устранение неполадок – теория и практика • Вопросы, которые следует задать, прежде чем продолжить • Общие советы по устранению неполадок • Конкретные методы устранения неполадок • Вероятные сбои в проверенных системах • Вероятные сбои в непроверенных системах • Возможные ментальные ловушки

Схематические обозначения элементов цепи • Провода и соединения • • • • • Взаимные катушки индуктивности • Переключатели с ручным управлением • Управляемые процессом переключатели • Переключатели с электрическим приводом (реле) • • • • Переходные транзисторы с полевым эффектом (JFET) • Транзисторы с полевым эффектом с изолированным затвором (IGFET или MOSFET) • • • •

Периодическая таблица химических элементов •

• Электроника как точная наука • Обустраиваем домашнюю лабораторию

Основные концепции и испытательное оборудование • • • Очень простая схема • Использование амперметра при измерении силы тока • • • • Цепь с переключателем • Эксперимент по электромагнетизму • Эксперимент с электромагнитной индукцией

Электрические цепи постоянного тока • Электрические цепи постоянного тока – Введение • Последовательные источники питания • Параллельные источники питания • • • Потенциометр как делитель напряжения • Потенциометр как реостат • • Ограничение диапазона реостата • • Мультиметр своими руками • Чувствительный детектор напряжения • • 4-проводное измерение сопротивления • • • Зарядка и разрядка конденсатора • Индикатор скорости изменения

Электрические цепи переменного тока • Электрические цепи переменного тока – Введение • Трансформатор – блок питания • • • • Обнаружение магнитных полей переменного тока • Обнаружение электрических полей переменного тока • Альтернатор – автомобильный генератор • • Асинхронный двигатель побольше • • • Музыкальный синтезатор как генератор сигналов • • Анализ волновых сигналов • •

Дискретные полупроводниковые схемы • Дискретные полупроводниковые схемы – Введение • • • Двухполупериодный мостовой выпрямитель • Двухполупериодный выпрямитель с центральным отводом • • • Транзистор как переключатель • Датчик статического электричества • Датчик импульсного света • • Усилитель с общим эмиттером • • Как построить схему токового зеркала • JFET – регулятор тока • • Простой операционный усилитель • • Ламповый аудио усилитель

Аналоговые интегральные схемы • Аналоговые интегральные схемы – Введение • • Прецизионный повторитель напряжения • • • • Аудио осциллограф на таймерной схеме 555 • Наклонный генератор на таймерной схеме 555 • • Аудиоусилитель класса B

Цифровые интегральные схемы • Цифровые интегральные схемы – Введение • Основная функция вентилей • SR-защёлка на основе вентилей «ИЛИ-НЕ» • SR-защёлка на основе вентиля «И-НЕ» с входом разрешения • SR-триггер на основе вентиля «И-НЕ» • • Простейший кодовый замок • 3-битный двоичный счётчик •

Таймерные схемы 555 • Интегральный таймер 555 • Триггер Шмитта на интегральном таймере 555 • Гистерезисный осциллограф на интегральном таймере 555 • Моностабильный мультивибратор на интегральном таймере 555 • Минимальное количество комплектующих для КМОП-схемы 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на синих светодиодах • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на светодиодах обратного хода • КМОП-схема 555 проблескового прибора длительного действия на красных светодиодах

Влияние диэлектрика на конденсатор

Конденсатор — это фундаментальный компонент электроники, который хранит и выделяет электрическую энергию. Он состоит из двух проводящих пластин, разделенных изолирующим материалом, называемым диэлектриком. Диэлектрик оказывает существенное влияние на работоспособность и характеристики конденсатора.

Диэлектрик, используемый в конденсаторе, может быть изготовлен из различных материалов, таких как воздух, бумага, керамика, пластик и другие. Каждый диэлектрический материал обладает уникальными электрическими свойствами, которые влияют на емкость, сопротивление и стабильность конденсатора.

Как диэлектрик влияет на емкость конденсатора? Диэлектрик напрямую влияет на емкость конденсатора. Емкость конденсатора с диэлектриком выражается как C = εA/d, где C — емкость, ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрика, A — площадь обкладок, d — расстояние между пластинами.

Диэлектрик увеличивает емкость конденсатора за счет увеличения диэлектрической проницаемости. Диэлектрическая проницаемость — это мера способности материала сохранять электрическую энергию в электрическом поле. Следовательно, чем выше диэлектрическая проницаемость диэлектрика, тем выше емкость конденсатора.

Как диэлектрик влияет на сопротивление конденсатора? Диэлектрик также влияет на сопротивление конденсатора. Сопротивление конденсатора с диэлектриком выражается как R = ρL/A, где R — сопротивление, ρ — удельное сопротивление диэлектрика, L — длина диэлектрика, А — площадь обкладок.

Диэлектрик уменьшает сопротивление конденсатора за счет уменьшения удельного сопротивления. Сопротивление — это мера способности материала сопротивляться прохождению электрического тока. Следовательно, чем меньше удельное сопротивление диэлектрика, тем меньше сопротивление конденсатора.

Как диэлектрик влияет на стабильность конденсатора? Диэлектрик также может влиять на стабильность конденсатора. Некоторые диэлектрические материалы могут быть более стабильными и менее склонными к изменениям своих электрических свойств со временем и условиями окружающей среды.

Сравнительная таблица различных диэлектрических материалов

Влияние толщины диэлектрика на емкость конденсатора

Толщина диэлектрика в конденсаторе является определяющим фактором его емкости. Диэлектрик — это материал, используемый для разделения пластин конденсатора, и его толщина напрямую влияет на количество электрического заряда, который может хранить конденсатор.

При большей толщине диэлектрика емкость конденсатора увеличивается. Это связано с тем, что более толстый диэлектрик обеспечивает большее расстояние между пластинами конденсатора, что приводит к большей емкости хранения электрического заряда.

С другой стороны, когда толщина диэлектрика меньше, емкость конденсатора уменьшается. Это связано с тем, что более тонкий диэлектрик уменьшает расстояние между пластинами конденсатора, что приводит к меньшей емкости хранения электрического заряда.

Важно отметить, что используемый диэлектрик также может влиять на емкость конденсатора. Некоторые диэлектрические материалы имеют более высокую диэлектрическую проницаемость, что означает, что они могут хранить больше электрического заряда по сравнению с другими диэлектрическими материалами.

Вот и завершается наше путешествие в увлекательный мир конденсаторов и их диэлектриков! Теперь, когда у вас есть все знания о его решающей роли, вы наверняка почувствуете себя настоящим экспертом в этом вопросе. Вы сможете продемонстрировать свои знания в области электроники на следующей встрече друзей!

Всегда помните, что диэлектрик похож на начинку вкусного бутерброда. Без него конденсаторы не смогли бы эффективно хранить энергию. Поэтому в следующий раз, когда вы его увидите, подумайте о диэлектрике как о секретном ингредиенте, благодаря которому все работает идеально.

Надеюсь, вам понравился этот тур по миру конденсаторов и их диэлектриков. А теперь идите и удивите своих друзей своими новыми знаниями. Совсем скоро «Полярности» ждут вас с еще более интересным контентом! До новых встреч, будущие электронщики!

Важность диэлектриков в конденсаторах

Конденсаторы являются фундаментальными элементами конструкции электронных схем, поскольку они накапливают электрическую энергию и позволяют контролируемо ее высвобождать. Его работа основана на накоплении заряда на двух проводящих пластинах, разделенных непроводящим материалом, называемым диэлектриком. Выбор правильного диэлектрика имеет решающее значение для оптимизации производительности конденсаторов.

Диэлектрик выполняет в конденсаторе несколько важных функций. Во-первых, он действует как электрический изолятор, предотвращая рассеивание заряда между проводящими пластинами. Это позволяет конденсатору эффективно хранить электрическую энергию.

Кроме того, диэлектрик определяет емкость конденсатора, то есть его способность накапливать заряд. Емкость зависит от диэлектрической постоянной материала, используемого в качестве диэлектрика. Чем больше эта константа, тем больше емкость конденсатора. Это связано с тем, что диэлектрическая проницаемость указывает на способность материала поляризоваться под воздействием электрического поля, что увеличивает емкость хранения заряда.

Выбор правильного диэлектрика также влияет на термическую стабильность конденсатора. Некоторые диэлектрические материалы более чувствительны к изменениям температуры, что может отрицательно повлиять на их характеристики. Поэтому важно выбрать диэлектрик, который сохраняет свою изолирующую способность и диэлектрическую проницаемость в широком диапазоне температур.

Что касается различных типов диэлектриков, доступных на рынке, то в конденсаторах используется несколько распространенных вариантов. Некоторые из них:

1. Керамические диэлектрики: они широко используются благодаря высокой стабильности и низкой стоимости. Они имеют умеренную диэлектрическую проницаемость и используются в высокочастотных приложениях.

2. Полиэфирные диэлектрики: обладают хорошей термической стабильностью и умеренной диэлектрической проницаемостью. Они подходят для низкочастотных применений.

3. Полипропиленовые диэлектрики. Они известны своей высокой стабильностью и низкими потерями энергии. Они используются в высокочастотных и мощных приложениях.

4. Танталовые диэлектрики: характеризуются высокой плотностью энергии и способностью выдерживать высокие напряжения.

Расчёт сопротивления проводов

Номинально допустимая токовая нагрузка на проводник – это грубая оценка сопротивления, основанная на том, что ток нагревает провода до потенциально опасных температур. Однако, помимо опасности возгорания, возможны и другие проблемные ситуации, возникающие в результате падения напряжения из-за сопротивления проводов в цепи. Например, мы можем проектировать схему, в которой определённый уровень напряжения на элементе критически важен и не должен опускаться ниже определённого предела. В этом случае падение напряжения из-за сопротивления провода может привести к техническим проблемам, при этом вероятность пожара будет нулевой:

Рис. 1. Схема, в которой потенциально могут возникнуть проблемы. Речь не об опасности возгорания в случае токовых перегрузок, а о том, что для нагрузки критически важен уровень напряжения, ниже которого нельзя опускаться.

Если нагрузка в приведённой схеме должна получить напряжения не ниже 220 вольт, при этом напряжение источника 230 вольт, тогда необходимо быть уверенным, что сопротивление самой проводки не приведёт к падению напряжения более чем на 10 вольт на нагрузке. Если учитывать как питающие (заходящие в нагрузку по пути следования тока), так и обратные (выходящие из нагрузки) провода этой цепи, тогда допустимо максимальное падение в 5 вольт по длине каждого из этих двух проводов. Используя закон Ома (R = E/I), мы можем определить максимально допустимое сопротивление для каждого проводного участка:

Рис. 2. Находим с помощью закона Ома максимально допустимое сопротивление на каждом из двух участков проводки цепи.

Мы знаем, что длина каждого участка в целом составляет 2300 футов, но как определить величину сопротивления для конкретного размера (диаметра) и длины провода? Для этого нам понадобится другая формула:

Рис. 3. Размер и длина провода находится с помощью формулы для удельного сопротивления.

Эта формула связывает сопротивление проводника с его удельным сопротивлением (греческая буква «ро» (ρ), которая похожа на строчную букву «р»), его длиной (в формуле обозначен буквой «l») и его площадью поперечного сечения (обозначен буквой «А»). Обратите внимание, что если увеличивать значение длины, которая находится в числителе дроби, тогда значение сопротивления тоже увеличивается (аналогия: вода по длинной трубе течёт с бо́льшими усилиями, чем по короткой). А если увеличить площадь поперечного сечения, находящегося в знаменателе дроби, то сопротивление уменьшится (аналогия: вода течёт с меньшими усилиями по толстой трубе, чем по тонкой). Удельное сопротивление является константой, которая зависит от типа рассчитываемого материала для проводника.

Вот таблица, где приведены удельные сопротивления различных проводящих материалов. Чем ниже материал находится в таблице – тем лучше он проводит ток (т.е. тем удельное сопротивление меньше). Как видим, в самом низу находится медь, по низкому удельному сопротивлению она уступает только серебру (которое проводит ток ещё лучше, но, увы, стоит дороже):

* = Стальной сплав с содержанием железа 99,5% и углерода 0,5%.

Обратите внимание, что значения удельного сопротивления в приведенной выше таблице даны в очень странной единице «Ом-кр.мил/фут» (Ом, умноженный на круговой мил и делёный на фут). Эта единица измерения указывает, какие именно величины мы должны использовать в формуле сопротивления (R = ρl/A). В этом случае эти значения удельного сопротивления предназначены для использования, когда длина измеряется в футах, а площадь поперечного сечения измеряется в круговых милах.

Метрической единицей измерения удельного сопротивления является ом-метр (Ом-м) или ом-сантиметр (Ом-см). Чтобы перевести из ом-метров (или ом-сантиметров) в ом-кр.милы/футы, используйте это соотношение: 1,66243×10-9 Ом-м на 1 Ом-кр.мил/фут или 1,66243×10-7 Ом-см на 1 Ом-кр.мил/фут. В столбце таблицы значения для Ом-см масштабированы как мкОм-см из-за их очень малых величин. Например, железо указано как 9,61 мкОм-см, что может быть представлено как 9,61×10-6 Ом-см.

При использовании единицы измерения удельного сопротивления Ом-метр в формуле R = ρl/A длина должна быть в метрах, а площадь – в квадратных метрах. При использовании единицы Ом-сантиметр (Ом-см) в той же формуле длина должна быть в сантиметрах, а площадь – в квадратных сантиметрах.

Все эти единицы измерения удельного сопротивления действительны для любого материала (Ом-кр.мил/фут, Ом-м или Ом-см). Однако, в случае с круглым сечением проволоки, пожалуй, предпочтительней использовать Ом-кр.мил/фут, площадь поперечного сечения которой уже известна в круговых милах. И наоборот, при работе с шиной нестандартной формы или изготовленной по индивидуальному заказу, вырезанной из металлической заготовки, где известны только линейные размеры длины, ширины и высоты, более подходящими могут быть единицы измерения удельного сопротивления Ом-метр или Ом-см.

Статическое электричество

Статическое электричество – это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на изолированных проводниках.

Статический заряд называют "невидимым убийцей" электронных компонентов — статическое электричество, накапливаемое на различных предметах, в самый неожиданный момент может привести к разряду. В электронной промышленности наиболее чувствительные компоненты могут выходить из строя уже при напряжении 30 В. Когда в контакте находятся материалы, обладающие высоким сопротивлением, только носители зарядов в непосредственной близости к области соприкосновения принимают участие в электризации, и они останутся в той же точке, в которой изначально сформировались, даже если материал будет заземлен. Статические заряды на незаземленных токопроводящих материалах (проводниках) распространяются практически мгновенно по всей поверхности контактирующих элементов. С заземленного же токопроводящего материала статический заряд очень быстро стекает на землю. Этот процесс и называется ESD (Electro Static Discharge).

Характеристики материалов относительно отвода электростатического заряда могут быть описаны с помощью шкалы, в которой указано поверхностное сопротивление.

Возврат к списку

Материалы по теме

Есть на складе

Распродажи, скидки, спецпредложения Существенно увеличены скидки на ряд моделей цифровых генераторов сигналов Актаком. В рамках данного предложения можно приобрести радиочастотные генераторы и генераторы сигналов специальной формы со скидками от 30 до 50%! С нашего склада доступны к поставке цифровые осциллографы высокого разрешения серий DHO4000 и DHO1000 по специальным ценам с выгодой 25 тысяч рублей. Специальное предложение на стулья-седла в антистатическом исполнении Актаком АРМ-3503-140, АРМ-3503-200, АРМ-3503-260 (производство Финляндия) продлено до 30 июня 2024 года! Все вышеуказанные модели можно приобрести с нашего склада со скидками более 70%! Для подключения входов осциллографа к исследуемым точкам электрической цепи используются осциллографические пробники (щупы). От правильности настройки пробников, т.е. их согласования с входом осциллографа, во многом зависит не только точность измерения, но и корректность отображения формы сигнала.