Калькулятор конденсаторів (послідовне та паралельне з’єднання, заряд і енергія)

Введіть свої значення. Відповідь і повний розв’язок оновлюються під час введення.

Результат

Еквівалентна ємність5,998 µF
Повний заряд71,97 µC
Повна запасена енергія431,8 µJ
КонденсаторЄмністьНапругаЗарядЕнергія
C110 µF7,197 V71,97 µC259 µJ
C222 µF3,271 V71,97 µC117,7 µJ
C347 µF1,531 V71,97 µC55,11 µJ

Об’єднуйте конденсатори послідовно чи паралельно й знаходьте заряд і напругу кожного, або обчислюйте заряд Q = C·V і запасену енергію E = ½·C·V² одного конденсатора. Третій режим дає ємність плоского конденсатора за площею пластин, проміжком і діелектриком і перевіряє, чи поле пробило б повітря в проміжку.

Покроковий розв’язок

Послідовно: додайте обернені величини

1/Ceq = 1/10 + 1/22 + 1/47 = 0,1667 1/µF
Ceq = 5,998 µF
Конденсатори, з’єднані послідовно, мають меншу ємність, ніж найменший із них; вони мають один і той самий заряд.

Заряд і енергія

Q = Ceq·V = (5,998 × 10⁻⁶)·12 = 71,97 µC
E = ½·Ceq·V² = 431,8 µJ
Послідовно кожен конденсатор несе той самий заряд Q; його напруга дорівнює Q/C, тож найменший конденсатор отримує найбільшу напругу.

Основні формули

Стала часу
τ = RC | τ = L/R
Відгук
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Конденсатор на постійному струмі
розрив; vC не може змінитися стрибком

Як обчислити конденсатори в послідовному та паралельному з’єднанні

  1. Паралельно: конденсатори мають однакову напругу, тож їхні заряди додаються. Еквівалентна ємність дорівнює сумі: C = C₁ + C₂ + C₃.
  2. Послідовно: кожен конденсатор несе однаковий заряд. Додайте обернені величини: 1/C = 1/C₁ + 1/C₂ + 1/C₃. Результат менший за найменший конденсатор.
  3. З напругою V на комбінації повний заряд дорівнює Q = C·V, а запасена енергія — E = ½·C·V².
  4. Послідовно кожен конденсатор має напругу Vᵢ = Q/Cᵢ, тож найменший конденсатор отримує найбільшу напругу. Паралельно кожен заряд дорівнює Qᵢ = Cᵢ·V.
  5. Для плоского конденсатора C = ε₀·εr·A/d, де ε₀ = 8,854 × 10⁻¹² F/m, площа пластин A у м², а проміжок d у м.

Запитання й відповіді

Чому послідовне з’єднання конденсаторів і резисторів дає протилежний результат?

Опори при послідовному з’єднанні додаються, бо струм протікає крізь кожен по черзі. Конденсатори при послідовному з’єднанні діють як один конденсатор із товстішим діелектриком, тож ємність спадає; додаються обернені величини. Паралельно площі пластин фактично додаються, тож ємності додаються.

Скільки енергії запасає конденсатор?

E = ½·C·V² = ½·Q·V = Q²/(2C). Конденсатор 470 µF, заряджений до 25 V, запасає ½ × 470 × 10⁻⁶ × 25² = 0,147 J. Великі конденсатори можуть залишатися зарядженими після вимкнення живлення, тож розрядіть їх, перш ніж торкатися виводів.

Що таке відносна діелектрична проникність εr?

Вона показує, наскільки діелектрик збільшує ємність порівняно з вакуумом. Повітря має близько 1,0006, PTFE — близько 2,1, скло — близько 5–10, а керамічні діелектрики — від приблизно 10 до кількох тисяч.

Яку номінальну напругу має мати конденсатор?

Вищу за найбільшу напругу, яку він бачитиме, зазвичай із запасом 20–50 %. При послідовному з’єднанні напруги розподіляються нерівномірно, якщо конденсатори не однакові, тож перевірте кожен конденсатор за Vᵢ = Q/Cᵢ.

Потренуйтеся самі

Тренувати тему «Перехідні процеси RC і RL»

Калькулятор дає відповідь. На іспиті потрібен метод: тренуйте його на нових задачах із підказками й розв’язками.

</> Вбудувати

Безкоштовно для викладачів і шкіл: вставте цей код на сторінку курсу, у LMS або на свій сайт. Студенти можуть користуватися калькулятором і покроковим розв’язком без акаунта.

Інші калькулятори