電気容量は、静電気の基本概念の1つです。この用語は、電荷を蓄積する能力を指します。別の導体の容量について話すことができます。2つ以上の導体のシステムの容量について話すことができます。物理的なプロセスは似ています。
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電気容量に関する基本的な考え方
導体が電荷qを受け取った場合、その上に電位φが発生します。この電位は、形状と環境によって異なります。導体と条件が異なると、同じ電荷によって異なる電位が発生します。しかし、φは常にqに比例します。
φ=Cq
係数Cは電気容量と呼ばれます。複数の導体（通常は2つ）のシステムについて話している場合、1つの導体（プレート）に電荷が与えられると、電位差または電圧Uが発生します。
U = Cq、したがってС= U / q
静電容量は、それを引き起こした電荷に対する電位差の比率として定義できます。静電容量のSI単位はファラッドです（ファラッドと呼ばれていました）。 1 F \ u003d 1 V/1C。言い換えると、システムの容量は1ファラッドであり、1クーロンの電荷が与えられると、1ボルトの電位差が発生します。 1ファラッドは非常に大きな値です。実際には、小数値\ u200b \ u200bareが最も頻繁に使用されます-ピコファラッド、ナノファラッド、マイクロファラッド。
実際には、このような接続により、単一セルよりも誘電体のより大きな絶縁破壊電圧に耐えることができるバッテリーを得ることができます。
コンデンサの静電容量の計算
実際には、正規化された電気容量を持つ要素として、最も頻繁に使用されます コンデンサ、誘電体で分離された2つの平らな導体（プレート）で構成されています。このようなコンデンサの電気容量を計算する式は次のようになります。
C =（S / d）*ε*ε0
どこ：
- C-容量、F;
- Sはフェーシングの面積、平方メートルです。
- dはプレート間の距離mです。
- ε0 -電気定数、定数、8.854 * 10−12 f / m;
- εは誘電体の誘電率であり、無次元量です。
このことから、静電容量はプレートの面積に正比例し、導体間の距離に反比例することを理解するのは簡単です。また、容量はプレートを分離する材料の影響を受けます。
静電容量を決定する量が、電荷を蓄積するコンデンサの能力にどのように影響するかを理解するために、考え実験を行って、可能な限り最大の静電容量を持つコンデンサを作成できます。
- あなたはプレートの面積を増やすことを試みることができます。これにより、デバイスの寸法と重量が急激に増加します。それらを分離する誘電体でライニングのサイズを小さくするために、それらは巻き上げられます（チューブ、フラットブリケットなどに）。
- もう1つの方法は、プレート間の距離を短くすることです。誘電体層はプレート間の特定の電位差に耐える必要があるため、導体を非常に近くに配置できるとは限りません。厚さが薄いほど、絶縁ギャップの絶縁耐力は低くなります。この道をたどると、そのようなコンデンサの実用化が無意味になる時が来るでしょう-それは非常に低い電圧でしか機能しません。
- 誘電体の透磁率を上げる。この道は、現在存在する生産技術の開発に依存しています。絶縁材料は、高い透磁率値だけでなく、良好な誘電特性を持ち、必要な周波数範囲でそのパラメータを維持する必要があります（コンデンサが動作する周波数が高くなると、誘電特性が低下します）。
一部の特殊設備または研究設備では、球形または円筒形のコンデンサを使用する場合があります。
球形コンデンサの静電容量は、次の式で計算できます。
C =4*π*ε*ε0 * R1R2 /（R2-R1）
ここで、Rは球の半径であり、π=3.14です。
円筒形コンデンサの場合、静電容量は次のように計算されます。
C =2*π*ε*ε0 * l / ln（R2 / R1）
lは円柱の高さ、R1とR2はそれらの半径です。
基本的に、両方の式はフラットコンデンサの式と変わりません。静電容量は、常にプレートの直線寸法、プレート間の距離、および誘電体の特性によって決まります。
コンデンサの直列および並列接続
コンデンサを接続することができます 直列または並列、新しい特性を持つセットを取得します。
並列接続
コンデンサを並列に接続すると、結果として得られるバッテリーの総容量は、そのコンポーネントのすべての容量の合計に等しくなります。バッテリーが同じ設計のコンデンサーで構成されている場合、これはプレートの\ u200b\u200ballの領域の追加と見なすことができます。この場合、バッテリーの各セルの電圧は同じになり、電荷が加算されます。並列に接続された3つのコンデンサの場合：
- U = U1= U2= U3;
- q = q1+ q2+ q3;
- C = C1+ C2+ C3.
シリアル接続
直列に接続すると、各容量の電荷は同じになります。
q1= q2= q3= q
全電圧は比例配分されます コンデンサの静電容量:
- U1= q / C1;
- U2= q / C2;
- U3= q / C3.
すべてのコンデンサが同じである場合、それぞれの両端で等しい電圧降下が発生します。総容量は次のようになります。
С=q/（U1+ U2+ U3）、したがって1 /С=（U1+ U2+ U3）/ q = 1 / C1+ 1 / S2+ 1 / S3.
技術におけるコンデンサの使用
電気エネルギー貯蔵装置としてコンデンサを使用することは論理的です。この容量では、蓄積エネルギーが小さく、誘電体からの電荷漏れによる自己放電が速いため、電気化学ソース（ガルバニ電池、コンデンサ）と競合することはできません。しかし、エネルギーを長期間蓄積し、ほぼ瞬時に放出する能力が広く使用されています。この特性は、写真撮影用のフラッシュランプまたはレーザー励起用のランプで使用されます。
コンデンサは、無線工学や電子機器で広く使用されています。静電容量は、回路の周波数設定要素の1つとして共振回路の一部として使用されます（他の要素はインダクタンスです）。また、可変成分を遅らせることなく直流を流さないコンデンサの能力を利用しています。このようなアプリケーションは、あるステージのDCモードが別のステージに与える影響を排除するために、増幅ステージを分離する場合に一般的です。大型コンデンサは、電源の平滑化フィルタとして使用されます。コンデンサの特性が役立つ他のアプリケーションも数多くあります。
いくつかの実用的なコンデンサの設計
実際には、さまざまな設計のフラットコンデンサが使用されます。デバイスの設計によって、その特性と範囲が決まります。
可変コンデンサ
一般的なタイプの可変コンデンサ（VPC）は、空気または固体絶縁体で分離された可動プレートと固定プレートのブロックで構成されています。可動プレートは軸を中心に回転し、オーバーラップ領域を増減します。移動ブロックが取り外されると、電極間のギャップは変化しませんが、プレート間の平均距離も増加します。絶縁体の誘電率も変化しません。容量は、プレートの面積とプレート間の平均距離を変更することによって調整されます。
酸化物コンデンサ
以前は、このようなコンデンサは電解コンデンサと呼ばれていました。それは、電解質を含浸させた紙の誘電体によって分離された2枚のホイルのストリップで構成されています。最初のストリップは1つのプレートとして機能し、2番目のプレートは電解質として機能します。誘電体は、金属ストリップの1つにある酸化物の薄層であり、2番目のストリップは集電体として機能します。
酸化物層が非常に薄く、電解質が隣接しているため、適度なサイズで十分に大きな容量を得ることが可能になりました。これの代償は低い動作電圧でした-酸化物層は高い電気的強度を持っていません。動作電圧の上昇に伴い、コンデンサの寸法を大幅に大きくする必要があります。
もう1つの問題は、酸化物の導電率が片側であるため、このような容器は極性のあるDC回路でのみ使用されることです。
イオニスタ
上に示したように、増加する従来の方法 コンデンサ 自然な制限があります。したがって、真のブレークスルーはイオニスターの作成でした。
このデバイスはコンデンサとバッテリーの間の中間リンクと見なされますが、本質的にはコンデンサのままです。
二重電気層の使用により、プレート間の距離が大幅に短縮されます。プレートは反対の電荷を持つイオンの層です。発泡多孔質材料により、プレートの面積を大幅に増やすことが可能になりました。その結果、最大数百ファラッドの容量を持つスーパーキャパシタを入手することが可能です。このようなデバイスの先天性疾患は、動作電圧が低いことです（通常は10ボルト以内）。
技術の発展は止まることはありません。多くの地域のランプがバイポーラトランジスタに置き換えられ、次にユニポーラ三極真空管に置き換えられています。回路を設計するとき、彼らは可能な限りインダクタンスを取り除こうとします。また、コンデンサは2世紀の間その地位を失っておらず、ライデン瓶の発明以来、その設計は根本的に変更されておらず、そのキャリアを終わらせる見込みはありません。
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