Емкость определение

Электрическая ёмкость

Классическая электродинамика

Электричество · Магнетизм

Электростатика

Закон Кулона
Теорема Гаусса
Электрический дипольный момент
Электрический заряд
Электрическая индукция
Электрическое поле
Электростатический потенциал

Магнитостатика

Закон Био — Савара — Лапласа
Закон Ампера
Магнитный момент
Магнитное поле
Магнитный поток
Магнитная индукция

Электродинамика

Векторный потенциал
Диполь
Потенциалы Лиенара — Вихерта
Сила Лоренца
Ток смещения
Униполярная индукция
Уравнения Максвелла
Электрический ток
Электродвижущая сила
Электромагнитная индукция
Электромагнитное излучение
Электромагнитное поле

Электрическая цепь

Закон Ома
Законы Кирхгофа
Индуктивность
Радиоволновод
Резонатор
Электрическая ёмкость
Электрическая проводимость
Электрическое сопротивление
Электрический импеданс

Ковариантная формулировка

Тензор электромагнитного поля
Тензор энергии-импульса
4-потенциал
4-ток

Известные учёные

Генри Кавендиш
Майкл Фарадей
Никола Тесла
Андре-Мари Ампер
Густав Роберт Кирхгоф
Джеймс Клерк (Кларк) Максвелл
Генри Рудольф Герц
Альберт Абрахам Майкельсон
Роберт Эндрюс Милликен

См. также: Портал:Физика

Размерность Единицы измерения СИ СГС

Электрическая ёмкость
C {\displaystyle C}
L-2M-1T4I2

фарад
сантиметр

Электри́ческая ёмкость — характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд. В теории электрических цепей ёмкостью называют взаимную ёмкость между двумя проводниками; параметр ёмкостного элемента электрической схемы, представленного в виде двухполюсника. Такая ёмкость определяется как отношение величины электрического заряда к разности потенциалов между этими проводниками[1].

В Международной системе единиц (СИ) ёмкость измеряется в фарадах, в системе СГС — в сантиметрах.

Для одиночного проводника ёмкость равна отношению заряда проводника к его потенциалу в предположении, что все другие проводники бесконечно удалены и что потенциал бесконечно удалённой точки принят равным нулю. В математической форме данное определение имеет вид

C = Q φ , {\displaystyle C={\frac {Q}{\varphi }},}

где Q {\displaystyle Q} — заряд, φ {\displaystyle \varphi } — потенциал проводника.

Ёмкость определяется геометрическими размерами и формой проводника и электрическими свойствами окружающей среды (её диэлектрической проницаемостью) и не зависит от материала проводника. К примеру, ёмкость проводящего шара (или сферы) радиуса R равна (в системе СИ):

C = 4 π ε 0 ε r R , {\displaystyle C=4\pi \varepsilon _{0}\varepsilon _{r}R,}

где ε₀ — электрическая постоянная, равная 8,854·10−12 Ф/м, ε_r — относительная диэлектрическая проницаемость.

Вывод формулы

Известно, что φ 1 − φ 2 = ∫ 1 2 E d l ⇒ φ = ∫ R ∞ E d l = 1 4 π ε r ε 0 ∫ R ∞ q r 2 d r = 1 4 π ε ε 0 q R . {\displaystyle \varphi _{1}-\varphi _{2}=\int _{1}^{2}E\,dl\Rightarrow \varphi =\int _{R}^{\mathcal {\infty }}E\,dl={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{r}\varepsilon _{0}}}\int _{R}^{\mathcal {\infty }}{\frac {q}{r^{2}}}\,dr={\frac {1}{4\pi \varepsilon \varepsilon _{0}}}{\frac {q}{R}}.}

Так как C = q φ {\displaystyle C={\frac {q}{\varphi }}} , то подставив сюда найденный φ {\displaystyle \varphi } , получим, что C = 4 π ε 0 ε r R . {\displaystyle C=4\pi \varepsilon _{0}\varepsilon _{r}R.}

Понятие ёмкости также относится к системе проводников, в частности, к системе двух проводников, разделённых диэлектриком или вакуумом, — к конденсатору. В этом случае ёмкость (взаимная ёмкость) этих проводников (обкладок конденсатора) будет равна отношению заряда, накопленного конденсатором, к разности потенциалов между обкладками. Для плоского конденсатора ёмкость равна:

C = ε 0 ε r S d , {\displaystyle C=\varepsilon _{0}\varepsilon _{r}{\frac {S}{d}},}

где S — площадь одной обкладки (подразумевается, что обкладки одинаковы), d — расстояние между обкладками, ε_r — относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками.

Электрическая ёмкость некоторых систем

Вычисление электрической ёмкости системы требует решение Уравнения Лапласа ∇2φ = 0 с постоянным потенциалом φ на поверхности проводников. Это тривиально в случаях с высокой симметрией. Нет никакого решения в терминах элементарных функций в более сложных случаях.

В квазидвумерных случаях аналитические функции отображают одну ситуацию на другую, электрическая ёмкость не изменяется при таких отображениях. См. также Отображение Шварца—Кристоффеля.

Электрическая ёмкость простых систем (СГС) Вид Ёмкость Комментарий Плоский конденсатор Коаксиальный кабель Две параллельные проволоки[2] Проволока параллельна стене[2] Две параллельные
копланарные полосы[3] Два концентрических шара Два шара,
тот же самый радиус[4][5] Шар вблизи стены[4] Шар Круглый диск[6] Тонкая прямая проволока,
ограниченная длина[7][8][9]


ε S 4 π d {\displaystyle {\frac {\varepsilon S}{4\pi d}}}	S: Площадь d: Расстояние
2 π ε l ln ⁡ ( R 2 / R 1 ) {\displaystyle {\frac {2\pi \varepsilon l}{\ln \left(R_{2}/R_{1}\right)}}}	l: Длина R₁: Радиус R₂: Радиус
π ε l arcosh ⁡ ( d 2 a ) = π ε l ln ⁡ ( d 2 a + d 2 4 a 2 − 1 ) {\displaystyle {\frac {\pi \varepsilon l}{\operatorname {arcosh} \left({\frac {d}{2a}}\right)}}={\frac {\pi \varepsilon l}{\ln \left({\frac {d}{2a}}+{\sqrt {{\frac {d^{2}}{4a^{2}}}-1}}\right)}}}	a: Радиус d: Расстояние, d > 2a
2 π ε l arcosh ⁡ ( d a ) = 2 π ε l ln ⁡ ( d a + d 2 a 2 − 1 ) {\displaystyle {\frac {2\pi \varepsilon l}{\operatorname {arcosh} \left({\frac {d}{a}}\right)}}={\frac {2\pi \varepsilon l}{\ln \left({\frac {d}{a}}+{\sqrt {{\frac {d^{2}}{a^{2}}}-1}}\right)}}}	a: Радиус d: Расстояние, d > a l: Длина
ε l K ( 1 − k 2 ) K ( k ) {\displaystyle \varepsilon l{\frac {K\left({\sqrt {1-k^{2}}}\right)}{K\left(k\right)}}}	d: Расстояние w₁, w₂: Ширина полос k_m: d/(2w_m+d) k2: k₁k₂ K: Эллиптический интеграл l: Длина
4 π ε 1 R 1 − 1 R 2 {\displaystyle {\frac {4\pi \varepsilon }{{\frac {1}{R_{1}}}-{\frac {1}{R_{2}}}}}}	R₁: Радиус R₂: Радиус
2 π ε a ∑ n = 1 ∞ sinh ⁡ ( ln ⁡ ( D + D 2 − 1 ) ) sinh ⁡ ( n ln ⁡ ( D + D 2 − 1 ) ) {\displaystyle 2\pi \varepsilon a\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {\sinh \left(\ln \left(D+{\sqrt {D^{2}-1}}\right)\right)}{\sinh \left(n\ln \left(D+{\sqrt {D^{2}-1}}\right)\right)}}} = 2 π ε a { 1 + 1 2 D + 1 4 D 2 + 1 8 D 3 + 1 8 D 4 + 3 32 D 5 + O ( 1 D 6 ) } {\displaystyle =2\pi \varepsilon a\left\{1+{\frac {1}{2D}}+{\frac {1}{4D^{2}}}+{\frac {1}{8D^{3}}}+{\frac {1}{8D^{4}}}+{\frac {3}{32D^{5}}}+O\left({\frac {1}{D^{6}}}\right)\right\}} = 2 π ε a { ln ⁡ 2 + γ − 1 2 ln ⁡ ( d a − 2 ) + O ( d a − 2 ) } {\displaystyle =2\pi \varepsilon a\left\{\ln 2+\gamma -{\frac {1}{2}}\ln \left({\frac {d}{a}}-2\right)+O\left({\frac {d}{a}}-2\right)\right\}}	a: Радиус d: Расстояние, d > 2a D = d/2a γ: Постоянная Эйлера
4 π ε a ∑ n = 1 ∞ sinh ⁡ ( ln ⁡ ( D + D 2 − 1 ) ) sinh ⁡ ( n ln ⁡ ( D + D 2 − 1 ) ) {\displaystyle 4\pi \varepsilon a\sum _{n=1}^{\infty }{\frac {\sinh \left(\ln \left(D+{\sqrt {D^{2}-1}}\right)\right)}{\sinh \left(n\ln \left(D+{\sqrt {D^{2}-1}}\right)\right)}}}	a: Радиус d: Расстояние, d > a D = d/a
4 π ε a {\displaystyle 4\pi \varepsilon a}	a: Радиус
8 ε a {\displaystyle 8\varepsilon a}	a: Радиус
2 π ε l Λ { 1 + 1 Λ ( 1 − ln ⁡ 2 ) + 1 Λ 2 [ 1 + ( 1 − ln ⁡ 2 ) 2 − π 2 12 ] + O ( 1 Λ 3 ) } {\displaystyle {\frac {2\pi \varepsilon l}{\Lambda }}\left\{1+{\frac {1}{\Lambda }}\left(1-\ln 2\right)+{\frac {1}{\Lambda ^{2}}}\left[1+\left(1-\ln 2\right)^{2}-{\frac {\pi ^{2}}{12}}\right]+O\left({\frac {1}{\Lambda ^{3}}}\right)\right\}}	a: Радиус проволоки l: Длина Λ: ln(l/a)

Эластанс

Величина обратная ёмкости называется эластанс (эластичность). Единицей эластичности является дараф (daraf), но он не определён в системе физических единиц измерений СИ. [10]

ru.wikipedia.org

Ёмкость

В Викисловаре есть статья «ёмкость»

Ёмкость — многозначное слово, может означать:

Ёмкость — внутренний объём сосуда, вместимость, то есть максимальный объём помещающейся внутрь него чего либо.
Ёмкость — сосуд, контейнер или резервуар для хранения или транспортирования жидкостей, газов, сыпучих тел и другого.

Электротехника, радиотехника, электроника, физика

Электрическая ёмкость — характеристика проводника, показывающая способность проводника накапливать электрический заряд.
Ёмкость — то же, что идеальный конденсатор или емкостной элемент — идеализированный элемент электрической цепи, обладающий свойством запасать энергию электрического поля, причем запасания энергии магнитного поля или преобразования электрической энергии в другие виды энергии в нем не происходит. Емкость — единственный параметр емкостного элемента и основной параметр конденсатора.

Аккумуляторы

Ёмкость зарядная — количество электричества (заряд), сообщаемое аккумулятору во время заряда.
Ёмкость номинальная — количество электричества (заряд), который должен отдать новый полностью заряженный аккумулятор при разряде до наименьшего допустимого напряжения в нормальных условиях эксплуатации.
Ёмкость энергетическая — энергия, отдаваемая полностью заряженным аккумулятором при разряде до наименьшего допустимого напряжения.

Математика

Ёмкость (математика) — функция множества: внешняя мера, ньютонова ёмкость.

Компьютерная техника

Ёмкость (информатика) — максимальный объём данных, который может храниться в памяти компьютера, а также на встроенных либо внешних носителях информации.

ru.wikipedia.org

Электрический конденсатор

У этого термина существуют и другие значения, см. Конденсатор (значения). См. также: варикап

Основа конструкции конденсатора — две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик

Слева — конденсаторы для поверхностного монтажа; справа — конденсаторы для объёмного монтажа; сверху — керамические; снизу — электролитические. На танталовых конденсаторах (слева) полоской обозначен «+», на алюминиевых (справа) маркируют «-».

SMD-конденсатор на плате, макрофотография

Различные конденсаторы для объёмного монтажа

Конденса́тор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать» или от лат. condensatio — «накопление») — двухполюсник с постоянным или переменным значением ёмкости[1] и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

Конденсатор является пассивным электронным компонентом.[⇨] В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок (см. рис.). Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами (из-за намотки). Ёмкость конденсатора измеряется в фарадах.

История

В 1745 году в Лейдене немецкий каноник Эвальд Юрген фон Клейст и независимо от него голландский физик Питер ван Мушенбрук изобрели конструкцию-прототип электрического конденсатора — «лейденскую банку»[2]. Первые конденсаторы, состоящие из двух проводников, разделенных непроводником (диэлектриком), упоминаемые обычно как конденсатор Эпинуса или электрический лист, были созданы ещё раньше[3].

Конструкция конденсатора

Конденсатор является пассивным электронным компонентом[4]. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок (см. рис.). Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами (из-за намотки).

Свойства конденсатора

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит зарядка или перезарядка конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора, замыкаясь так называемым током смещения.

В методе гидравлических аналогий конденсатор — это гибкая мембрана, вставленная в трубу. Анимация демонстрирует мембрану, которая растягивается и сокращается под действием потока воды, что аналогично заряду и разряду конденсатора под действием электрического тока

С точки зрения метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом

Z ^ C = 1 j ω C = − j ω C = − j 2 π f C , {\displaystyle {\hat {Z}}_{C}={\frac {1}{j\omega C}}=-{\frac {j}{\omega C}}=-{\frac {j}{2\pi fC}},}

где j {\displaystyle j} — мнимая единица, ω {\displaystyle \omega } — циклическая частота (радиан/с) протекающего синусоидального тока, f {\displaystyle f} — частота в герцах, C {\displaystyle C} — ёмкость конденсатора (фарад). Отсюда также следует, что реактивное сопротивление конденсатора равно X C = 1 ω C . {\displaystyle \scriptstyle X_{C}={\tfrac {1}{\omega C}}.} Для постоянного тока частота равна нулю, следовательно, реактивное сопротивление конденсатора бесконечно (в идеальном случае).

При изменении частоты изменяются диэлектрическая проницаемость диэлектрика и степень влияния паразитных параметров — собственной индуктивности и сопротивления потерь. На высоких частотах любой конденсатор можно рассматривать как последовательный колебательный контур, образуемый ёмкостью C {\displaystyle C} , собственной индуктивностью L c {\displaystyle L_{c}} и сопротивлением потерь R n {\displaystyle R_{n}} .

Резонансная частота конденсатора равна

f p = 1 2 π L c C {\displaystyle f_{p}={\frac {1}{2\pi {\sqrt {L_{c}C}}}}}

При f > f p {\displaystyle f>f_{p}} конденсатор в цепи переменного тока ведёт себя как катушка индуктивности. Следовательно, конденсатор целесообразно использовать лишь на частотах f f p {\displaystyle f , на которых его сопротивление носит ёмкостный характер. Обычно максимальная рабочая частота конденсатора примерно в 2—3 раза ниже резонансной.

Конденсатор может накапливать электрическую энергию. Энергия заряженного конденсатора:

W = C U 2 2 = q U 2 = q 2 2 C {\displaystyle W={CU^{2} \over 2}={qU \over 2}={q^{2} \over 2C}}

где U {\displaystyle U} — напряжение (разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор, q {\displaystyle q} — электрический заряд.

Обозначение конденсаторов на схемах

В России для условных графических обозначений конденсаторов на схемах рекомендуется использовать ГОСТ 2.728-74[5] либо стандарт международной ассоциации IEEE 315—1975:

Обозначение
по ГОСТ 2.728-74 Описание


	Конденсатор постоянной ёмкости
	Поляризованный (полярный) конденсатор
	Подстроечный конденсатор переменной ёмкости
	Варикап

На электрических принципиальных схемах номинальная ёмкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах (1 мкФ = 1·106 пФ = 1·10−6 Ф) и пикофарадах (1 пФ = 1·10−12 Ф), но нередко и в нанофарадах (1 нФ = 1·10−9 Ф). При ёмкости не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, то есть постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения. Для электролитических конденсаторов, а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах (В) или киловольтах (кВ). Например так: «10 мкФ × 10 В». Для переменных конденсаторов указывают диапазон изменения ёмкости, например так: «10—180». В настоящее время изготавливаются конденсаторы с номинальными ёмкостями из десятичнологарифмических рядов значений Е3, Е6, Е12, Е24, то есть на одну декаду приходится 3, 6, 12, 24 значения, так, чтобы значения с соответствующим допуском (разбросом) перекрывали всю декаду.

Характеристики конденсаторов

Основные параметры

Ёмкость

Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q = CU). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до тысяч микрофарад. Однако существуют конденсаторы (ионисторы) с ёмкостью до десятков фарад.

Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью S каждая, расположенных на расстоянии d друг от друга, в системе СИ выражается формулой C = ε ε 0 S d {\displaystyle \scriptstyle C={\tfrac {\varepsilon \varepsilon _{0}S}{d}}} , где ε {\displaystyle \scriptstyle \varepsilon } — диэлектрическая проницаемость среды, заполняющая пространство между пластинами (в вакууме равна единице), ε 0 {\displaystyle \scriptstyle \varepsilon _{0}} — электрическая постоянная, численно равная 8,854187817·10−12 Ф/м. Эта формула справедлива, лишь когда d намного меньше линейных размеров пластин.

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

C = ∑ i = 1 N C i {\displaystyle \scriptstyle C=\sum _{i=1}^{N}C_{i}} или C = C 1 + C 2 + . . . + C n . {\displaystyle \scriptstyle C=C_{1}+C_{2}+...+C_{n}.}

Если у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшей площади.

При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы, так как от источника питания они поступают только на внешние электроды, а на внутренних электродах они получаются только за счёт разделения зарядов, ранее нейтрализовавших друг друга. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна

C = 1 ∑ i = 1 N 1 / C i {\displaystyle \scriptstyle C={\tfrac {1}{\sum _{i=1}^{N}1/C_{i}}}} или 1 C = 1 C 1 + 1 C 2 + . . . + 1 C n . {\displaystyle \scriptstyle {\tfrac {1}{C}}={\tfrac {1}{C_{1}}}+{\tfrac {1}{C_{2}}}+...+{\tfrac {1}{C_{n}}}.}

Эта ёмкость всегда меньше минимальной ёмкости конденсатора, входящего в батарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможность пробоя конденсаторов, так как на каждый конденсатор приходится лишь часть разницы потенциалов источника напряжения.

Если площадь обкладок всех конденсаторов, соединённых последовательно, одинакова, то эти конденсаторы можно представить в виде одного большого конденсатора, между обкладками которого находится стопка из пластин диэлектрика всех составляющих его конденсаторов.

Удельная ёмкость

Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью — отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.

Плотность энергии

Плотность энергии электролитического конденсатора зависит от конструктивного исполнения. Максимальная плотность достигается у больших конденсаторов, где масса корпуса невелика по сравнению с массой обкладок и электролита. Например, у конденсатора EPCOS B4345 с ёмкостью 12 000 мкФ, максимально допустимым напряжением 450 В и массой 1,9 кг плотность энергии при максимальном напряжении составляет 639 Дж/кг или 845 Дж/л. Особенно важен этот параметр при использовании конденсатора в качестве накопителя энергии, с последующим мгновенным её высвобождением, например, в пушке Гаусса.

Номинальное напряжение

Другой не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах.

Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. Эксплуатационное напряжение на конденсаторе должно быть не выше номинального.

Полярность

Современные конденсаторы, разрушившиеся без взрыва благодаря специальной разрывающейся конструкции верхней крышки. Разрушение возможно из-за нарушения режима эксплуатации (температуры, напряжения, полярности) или старения. Конденсаторы с разорванной крышкой практически неработоспособны и требуют замены, а если она просто вздувшаяся, но ещё не разорвана, то, скорее всего, скоро он выйдет из строя или сильно изменятся параметры, что сделает его использование невозможным.

Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.

Опасность разрушения (взрыва)

Взрывы электролитических конденсаторов — довольно распространённое явление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения (актуально для импульсных устройств). В современных компьютерах перегрев конденсаторов частая причина выхода их из строя вследствие близкого расположения с источниками тепла, например,рядом с радиатором охлаждения.

Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают вышибной предохранительный клапан или выполняют надсечку корпуса (часто её можно заметить в виде креста или в форме букв X, K или Т на торце цилиндрического корпуса, иногда, на больших конденсаторах, она покрыта пластиком). При повышении внутреннего давления вышибается пробка клапана или корпус разрушается по насечке, пары электролита выходят в виде едкого газа и, даже, брызг жидкости. При этом разрушение корпуса конденсатора происходит без взрыва, разбрасывания обкладок и сепаратора.

Взорвавшийся электролитический конденсатор на печатной плате жидкокристаллического монитора. Видны волокна бумажного сепаратора обкладок и развернувшиеся фольговые алюминиевые обкладки.

Старые электролитические конденсаторы выпускались в герметичных корпусах и в конструкции их корпусов не предусматривалась взрывобезопасность. Скорость разлёта осколков при взрыве корпуса устаревших конденсаторов может быть достаточной для того, чтобы травмировать человека.

В отличие от электролитических, взрывоопасность оксиднополупроводниковых (танталовых) конденсаторов связана с тем, что такой конденсатор фактически представляет собой взрывчатую смесь: в качестве горючего служит тантал, а в качестве окислителя — двуокись марганца, и оба этих компонента в конструкции конденсатора перемешаны в виде тонкого порошка. При пробое конденсатора или при его случайной переполюсовке выделившееся при протекании тока тепло инициирует реакцию между данными компонентами, протекающую в виде сильной вспышки с хлопком, что сопровождается разбрасыванием искр и осколков корпуса. Сила такого взрыва довольно велика, особенно у крупных конденсаторов, и способна повредить не только соседние радиоэлементы, но и плату. При тесном расположении нескольких конденсаторов возможен прожог корпусов соседних конденсаторов, что приводит к одновременному взрыву всей группы.

Паразитные параметры

Реальные конденсаторы, помимо ёмкости, обладают также собственными последовательным и параллельным сопротивлением и индуктивностью. С достаточной для практики точностью, эквивалентную схему реального конденсатора можно представить как показано на рисунке, где все двухполюсники подразумеваются идеальными.

Эквивалентная схема реального конденсатора и некоторые формулы.
C₀ — собственная ёмкость конденсатора;
R_d — сопротивление изоляции конденсатора;
R_s — эквивалентное последовательное сопротивление;
L_i — эквивалентная последовательная индуктивность.

Зависимость модуля импеданса реального конденсатора от частоты и формула импеданса.

Электрическое сопротивление изоляции диэлектрика конденсатора, поверхностные утечки R_d и саморазряд

Сопротивление изоляции — это сопротивление конденсатора постоянному току, определяемое соотношением R_d = U / I_ут, где U — напряжение, приложенное к конденсатору, I_ут — ток утечки.

Из-за тока утечки, протекающего через слой диэлектрика между обкладками и по поверхности диэлектрика, предварительно заряженный конденсатор с течением времени теряет заряд (саморазряд конденсатора). Часто, в спецификациях на конденсаторы, сопротивление утечки определяют через постоянную времени T саморазряда конденсатора, которая численно равна произведению ёмкости на сопротивление утечки:

T = R d C 0 {\displaystyle T=R_{d}C_{0}}

T — это время, за которое начальное напряжение на конденсаторе, неподключенном ко внешней цепи уменьшится в e раз.

Хорошие конденсаторы с полимерными и керамическими диэлектриками имеют постоянные времени саморазряда достигающие многих сотен тысяч часов.

Эквивалентное последовательное сопротивление — R_s

Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС (англ. ESR), внутреннее сопротивление) обусловлено, главным образом, электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контакта(-ов) между ними, а также учитывает потери в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор, вследствие поверхностного эффекта.

В большинстве практических случаев этим параметром можно пренебречь, но, иногда (напр., в случае использования электролитических конденсаторов в фильтрах импульсных блоков питания), достаточно малое его значение существенно для надёжности и устойчивости работы устройства. В электролитических конденсаторах, где один из электродов является электролитом, этот параметр при эксплуатации со временем деградирует, вследствие испарения растворителя из жидкого электролита и изменения его химического состава, вызванного взаимодействием с металлическими обкладками, что происходит относительно быстро в низкокачественных изделиях (см. Capacitor plague (англ.)).

Некоторые схемы (например, стабилизаторы напряжения) критичны к диапазону изменения ЭПС конденсаторов в своих цепях. Это связано с тем, что при проектировании таких устройств инженеры учитывают этот параметр в фазочастотной характеристике (ФЧХ) обратной связи стабилизатора. Существенное изменение со временем ЭПС применённых конденсаторов изменяет ФЧХ, что может привести к снижению запаса устойчивости контуров авторегулирования, и, даже, к самовозбуждению.

Существуют специальные приборы (ESR-метр (англ.)) для измерения этого достаточно важного параметра конденсатора, по которому можно часто определить пригодность его дальнейшего использования в определённых целях. Этот параметр, кроме собственно ёмкости (ёмкость — это основной параметр) — часто имеет решающее значение в исследовании состояния старого конденсатора и принятия решения, стоит ли использовать его в определённой схеме, или он прогнозируемо выйдет за пределы допустимых отклонений.

Эквивалентная последовательная индуктивность — L_i

Эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. Результатом этой распределенной паразитной индуктивности является превращение конденсатора в колебательный контур с характерной собственной частотой резонанса. Эта частота может быть измерена и обычно указывается в параметрах конденсатора либо в явном виде либо в виде рекомендованной максимальной рабочей частоты.

Тангенс угла диэлектрических потерь

Тангенс угла диэлектрических потерь — отношение мнимой и вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости. t g δ = ε i m ε r e = σ ω ε a . {\displaystyle {\rm {{tg}\,\delta ={\frac {\varepsilon _{im}}{\varepsilon _{re}}}={\frac {\sigma }{\omega \varepsilon _{a}}}.}}}

Потери энергии в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках. При протекании переменного тока через конденсатор векторы напряжения и тока сдвинуты на угол φ = π 2 − δ , {\displaystyle \scriptstyle \varphi ={\tfrac {\pi }{2}}-\delta ,} где δ — угол диэлектрических потерь. При отсутствии потерь δ = 0. Тангенс угла потерь определяется отношением активной мощности P_а к реактивной P_р при синусоидальном напряжении определённой частоты. Величина, обратная tg δ, называется добротностью конденсатора. Термины добротности и тангенса угла потерь применяются также для катушек индуктивности и трансформаторов.

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)

ТКЕ — относительное изменение ёмкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (кельвин). ТКЕ определяется так:

T K E = Δ C C Δ T {\displaystyle TKE={\frac {\Delta C}{C\Delta T}}} .

где Δ C {\displaystyle \Delta C} — изменение ёмкости, вызванное изменением температуры на Δ T {\displaystyle \Delta T} .
Таким образом, изменение ёмкости от температуры (при не слишком больших изменениях температуры) выражается линейной функцией:

C ( T ) = C H . y . + T K E ⋅ C H . y . ⋅ Δ T , {\displaystyle \scriptstyle C(T)=C_{H.y.}+TKE\cdot C_{H.y.}\cdot \Delta T,} ,

где Δ T {\displaystyle \Delta T} — изменение температуры в °C или К относительно нормальных условий, при которых специфицировано значение ёмкости, C H . y . {\displaystyle C_{H.y.}} — ёмкость при нормальных условиях. TKE применяется для характеристики конденсаторов с практически линейной зависимостью ёмкости от температуры. Однако ТКЕ указывается в спецификациях не для всех типов конденсаторов.

Для конденсаторов, имеющих существенно нелинейную зависимость ёмкости от температуры и для конденсаторов с большими изменениями ёмкости от воздействия температуры окружающей среды в спецификациях нормируются относительное изменение ёмкости в рабочем диапазоне температур или в виде графика зависимости ёмкости от температуры.

Диэлектрическая абсорбция

Если заряженный конденсатор быстро разрядить до нулевого напряжения путём подключения низкоомной нагрузки, а затем снять нагрузку и наблюдать за напряжением на выводах конденсатора, то мы увидим, что напряжение на обкладках снова появится как если бы мы разрядили конденсатор не до нуля. Это явление получило название диэлектрическая абсорбция (диэлектрическое поглощение). Конденсатор ведёт себя так, словно параллельно ему подключено множество последовательных RC-цепочек с различной постоянной времени. Интенсивность проявления этого эффекта зависит в основном от свойств диэлектрика конденсатора.

Подобный эффект можно наблюдать практически на всех типах диэлектриков. В электролитических конденсаторах он особенно ярок и является следствием химических реакций между электролитом и обкладками. У конденсаторов с твердым диэлектриком (например, керамических и слюдяных) эффект связан с остаточной поляризацией диэлектрика. Наименьшим диэлектрическим поглощением обладают конденсаторы с неполярными диэлектриками: тефлон (фторопласт), полистирол, полипропилен и т. п.

Эффект зависит от времени зарядки конденсатора, времени закорочения, иногда от температуры. Количественное значение абсорбции принято характеризовать коэффициентом абсорбции, который определяется в стандартных условиях.

Особое внимание в связи с эффектом следует уделять измерительным цепям постоянного тока: прецизионным интегрирующим усилителям, устройствам выборки-хранения, некоторым схемам на переключаемых конденсаторах.

Паразитный пьезоэффект

Многие керамические материалы, используемые в качестве диэлектрика в конденсаторах (например, титанат бария, обладающий очень высокой диэлектрической проницаемостью в не слишком сильных электрических полях) проявляют пьезоэффект — способность генерировать напряжение на обкладках при механических деформациях. Это характерно для конденсаторов с пьезоэлектрическими диэлектриками. Пьезоэффект ведёт к возникновению электрических помех, в устройствах, где использованы такие конденсаторы при воздействии акустического шума или вибрации на конденсатор. Это нежелательное явление иногда называют «микрофонным эффектом».

Также подобные диэлектрики проявляют и обратный пьезоэффект — при работе в цепи переменного напряжения происходит знакопеременная деформация диэлектрика, генерирующая акустические колебания, порождающие дополнительные электрические потери в конденсаторе.

Самовосстановление

Конденсаторы с металлизированным электродом (бумажный и пленочный диэлектрик) обладают важным свойством самовосстановления (англ. self-healing, cleaning) электрической прочности после пробоя диэлектрика. Механизм самовосстановления заключается в отгорании металлизации электрода после локального пробоя диэлектрика посредством микродугового электрического разряда.

Классификация конденсаторов

Слюдяной герметичный конденсатор в металлостеклянном корпусе типа «СГМ» для навесного монтажа

Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.

По виду диэлектрика различают:

Конденсаторы вакуумные (между обкладками находится вакуум).
Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
Конденсаторы с жидким диэлектриком.
Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.
Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.
Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего большой удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах), или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спечённого порошка. Время наработки на отказ типичного электролитического конденсатора 3000—5000 часов при максимально допустимой температуре, качественные конденсаторы имеют время наработки на отказ не менее 8000 часов при температуре 105 °С[6]. Рабочая температура — основной фактор, влияющий на продолжительность срока службы конденсатора. Если нагрев конденсатора незначителен из-за потерь в диэлектрике, обкладках и выводах, (например, при использовании его во времязадающих цепях при небольших токах или в качестве разделительных), можно принять, что интенсивность отказов снижается вдвое при снижении рабочей температуры на каждые 10 °C вплоть до +25 °C. При работе конденсаторов в импульсных сильноточных цепях (например, в импульсных источниках питания) такая упрощённая оценка надёжности конденсаторов некорректна и расчёт надёжности более сложен[7].
Твердотельные конденсаторы — вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ ~50000 часов при температуре 85°С. ЭПС меньше чем у жидко-электролитических и слабо зависит от температуры. Не взрываются.

Керамический подстроечный конденсатор

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:

Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы).
Переменные конденсаторы — конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термоконденсаторы). Применяются, например, в радиоприёмниках для перестройки частоты резонансного контура.
Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости.

В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Также различают конденсаторы по форме обкладок: плоские, цилиндрические, сферические и другие.

Название Ёмкость Электрическое поле Схема


Плоский конденсатор	C = ε 0 ε r ⋅ A d {\displaystyle C=\varepsilon _{0}\varepsilon _{\mathrm {r} }\cdot {\frac {A}{d}}}	E = Q ε 0 ε r A {\displaystyle E={\frac {Q}{\varepsilon _{0}\varepsilon _{\mathrm {r} }A}}}
Цилиндрический конденсатор	C = 2 π ε 0 ε r l ln ( R 2 / R 1 ) {\displaystyle C=2\pi \varepsilon _{0}\varepsilon _{\mathrm {r} }\,{\frac {l}{\ln \!\left(R_{2}/R_{1}\right)}}}	E ( r ) = Q 2 π r l ε 0 ε r {\displaystyle E(r)={\frac {Q}{2\pi rl\varepsilon _{0}\varepsilon _{\mathrm {r} }}}}
Сферический конденсатор	C = 4 π ε 0 ε r ( 1 R 1 − 1 R 2 ) − 1 {\displaystyle C=4\pi \varepsilon _{0}\varepsilon _{\mathrm {r} }\left({\tfrac {1}{R_{1}}}-{\tfrac {1}{R_{2}}}\right)^{-1}}	E ( r ) = Q 4 π r 2 ε 0 ε r {\displaystyle E(r)={\frac {Q}{4\pi r^{2}\varepsilon _{0}\varepsilon _{\mathrm {r} }}}}
Сфера	C = 4 π ε 0 ε r R 1 {\displaystyle C=4\pi \varepsilon _{0}\varepsilon _{\mathrm {r} }R_{1}}

Сравнение конденсаторов постоянной ёмкости

Тип конденсатора Используемый диэлектрик Особенности/применения Недостатки Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком бумажные конденсаторыМасляные конденсаторы переменного тока Масляные конденсаторы постоянного тока Бумажные конденсаторы Металлизированные бумажные конденсаторы Энергонакопительные конденсаторы плёночные конденсаторыПолиэтилентерефталатные конденсаторы Полиамидные конденсаторы Каптоновые конденсаторы Поликарбонатные конденсаторы Полисульфоновые конденсаторы Полипропиленовые конденсаторы Полистирольные конденсаторы Фторопластовые конденсаторы Металлизированные полиэтилентерефталатные и поликарбонатные конденсаторы Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком Многоуровневые пластинчатые слюдяные конденсаторы Металлизированные или серебряные слюдяные конденсаторы Стеклянные конденсаторы Температурно-компенсированные керамические конденсаторы Керамические конденсаторы с высокой диэлектрической постоянной Конденсаторы с оксидным диэлектриком Алюминиевые электролитические конденсаторы Танталовые конденсаторы Твердотельные конденсаторы Конденсаторы с двойным электрическим слоем Конденсаторы с двойным электрическим слоем (ионисторы) Литий-ионные конденсаторы Конденсаторы вакуумные Вакуумные конденсаторы




Промасленная бумага	В основном разрабатывались для обеспечения очень больших ёмкостей для промышленного применения в цепях переменного тока, выдерживая при этом большие токи и высокие пиковые напряжения частотой силовой питающей сети. В их задачи входит пуск и работа электрических моторов переменного тока, разделение фаз, коррекция коэффициента мощности, стабилизация напряжения, работа с контрольным оборудованием и т. д.	Ограничены низкой рабочей частотой, поскольку на высоких частотах имеют высокие диэлектрические потери.
Бумага или её комбинация с ПЭТ	Разработаны для работы при постоянном токе для фильтрации, удвоения напряжения, предотвращения образования дуги, как проходные и разделительные конденсаторы	При наличии пульсаций требуют уменьшения рабочего напряжения согласно предоставленным производителем графикам. Обладают бо́льшими размерами в сравнении с аналогами с полимерными диэлектриками.
Бумага/пропитанная бумага	Пропитанная бумага широко использовалась в старых конденсаторах. В качестве пропитки использовался воск, масло или эпоксидная смола. Некоторые подобные конденсаторы до сих пор применяются для работы при высоком напряжении, но в большинстве случаев теперь вместо них используют плёночные конденсаторы.	Большой размер. Большая гигроскопичность, из-за чего они поглощают влагу из воздуха даже при наличии пластикового корпуса и пропитки. Поглощённая влага ухудшает их характеристики, повышая диэлектрические потери и понижая сопротивление изоляции.
Бумага	Меньший размер, чем у бумажно-фольговых конденсаторов	Подходят только для слаботочных применений. Вместо них стали широко применяться металлизированные плёночные конденсаторы.
Конденсаторная крафт-бумага, пропитанная касторовым маслом или схожей жидкостью с высокой диэлектрической постоянной, и пластинки из фольги	Разработаны для работы в импульсном режиме с высоким током разряда. Лучше переносят изменение полярности напряжения чем многие полимерные диэлектрики. Обычно применяются в импульсных лазерах, генераторах Маркса, для импульсной сварки, при электромагнитной формовке и иных задачах, требующих использования импульсов большой мощности.	Имеют большой размер и вес. Их энергоёмкость значительно меньше чем у конденсаторов использующих полимерные диэлектрики. . Не способны к самолечению. Отказ подобного конденсатора может быть катастрофичным из-за большого объёма накопленной энергии.

Полиэтилентерефталатная плёнка	Меньше чем бумажные или полипропиленовые конденсаторы со схожими характеристиками. Могут использовать полоски фольги, металлизированную плёнку или их комбинации. ПЭТ конденсаторы почти полностью заменили бумажные для задач, где требуется работа с прямым (постоянным) током. Имеют рабочие напряжения вплоть до 60000 вольт при постоянном токе, а рабочую температуру до 125 °C. Обладают невысокой гигроскопичностью.	Температурная стабильность ниже чем у бумажных. Могут применяться при низкочастотном переменном токе, но непригодны при высокочастотном из-за чрезмерного нагрева диэлектрика.
Полиамид	Рабочая температура до 200 °C. Высокое сопротивление изоляции, хорошая стабильность, малый тангенс угла потерь.	Большие размеры и высокая цена.
Полиимидная плёнка марки Каптон	Аналогичны ПЭТ, но обладают значительно более высокой рабочей температурой (вплоть до 250 °C).	Дороже ПЭТ. Температурная стабильность ниже чем у бумажных конденсаторов. Также могут применяться только при низкочастотном переменном токе, так как при высоких частотах происходит сильный нагрев диэлектрика.
Поликарбонат	Имеют лучшее сопротивление изоляции, тангенс угла потерь и диэлектрическую адсорбцию в сравнении с полистирольными конденсаторами. Обладают лучшей влагостойкостью. Температурный коэффициент примерно ±80 ppm. Выдерживают полное рабочее напряжение на всём температурном диапазоне (от −55 °C до 125 °C)	Максимальная рабочая температура ограничена на уровне 125 °C.
Полисульфон	Аналогичны поликарбонатным. Могут выдерживать полное номинальное напряжение на сравнительно высоких температурах. Поглощение влаги около 0,2 %, что ограничивает их стабильность.	Малая доступность и высокая стоимость.
Полипропилен	Чрезвычайно низкий тангенс угла потерь, более высокая диэлектрическая прочность, чем у поликарбонатных и ПЭТ конденсаторов. Низкая гигроскопичность и высокое сопротивление изоляции. Могут использовать полоски фольги, металлизированную плёнку или их комбинации. Плёнка совместима с технологией самовосстановления, повышающей надёжность. Могут работать на высоких частотах, в том числе при большой мощности, например, для индукционного нагрева (часто вместе с водяным охлаждением), благодаря очень низким диэлектрическим потерям. При более высоких ёмкостях и рабочем напряжении, например от 1 до 100 мкФ и напряжением до 440 вольт переменного тока, могут применяться как пусковые для работы с некоторыми типами однофазных электрических моторов.	Более чувствительны к повреждениям от кратковременных перенапряжений или переполюсовке чем пропитанные маслом бумажные конденсаторы.
Полистирол	Отличные плёночные высокочастотные конденсаторы общего применения. Имеют отличную стабильность, высокую влагостойкость и малый отрицательный температурный коэффициент, позволяющий использовать их для компенсации положительного температурного коэффициента других компонентов. Идеальны для маломощных высокочастотных и прецизионных аналоговых задач.	Максимальная рабочая температура ограничена +85 °C. Сравнительно большие по размеру.
Политетрафторэтилен	Отличные плёночные высокочастотные конденсаторы общего применения. Очень низкие диэлектрические потери. Рабочая температура до 250 °C, огромное сопротивление изоляции, хорошая стабильность. Используются в критичных задачах.	Большой размер из-за низкой диэлектрической постоянной, более высокая цена в сравнении с другими конденсаторами.
ПЭТ или Поликарбонат	Надёжные и значительно меньшие по размеру. Тонкая металлизация может использоваться для придания им свойства самовосстановления.	Тонкая металлизация ограничивает максимальный ток.

Слюда	Преимущества данных конденсаторов основаны на том, что их диэлектрик инертен. Он не изменяется со временем ни физически, ни химически, а также имеет хорошую температурную стабильность. Обладают очень высокой стойкостью к коронным разрядам.	Без правильной герметизации подвержены влиянию влажности, что ухудшает их параметры. Высокая цена из-за редкости и высокого качества диэлектрика, а также ручной сборки.
Слюда	Те же преимущества, в дополнение обладают большей устойчивостью к влаге.	Более высокая цена.
Стекло	Аналогичны слюдяным. Стабильность и частотные характеристики лучше, чем у слюдяных. Очень надёжные, очень стабильные, стойкие к радиации.	Высокая цена.
Смесь сложных соединений титанатов	Дешёвые, миниатюрные, обладают превосходными высокочастотными характеристиками и хорошей надёжностью. Предсказуемое линейное изменение ёмкости относительно температуры. Имеются изделия, выдерживающие до 15000 вольт	Изменение ёмкости при различном приложенном напряжении, частоте, подвержены старению.
Диэлектрики, основанные на титанате бария	Миниатюрнее температурно-компенсированных конденсаторов из-за большей диэлектрической постоянной. Доступны для напряжений вплоть до 50000 вольт.	Обладают меньшей температурной стабильностью, ёмкость значительно изменяется при различном приложенном напряжении.

Оксид алюминия	Огромное отношение ёмкости к объёму, недорогие, полярные. В основном применяются как сглаживающие и питающие конденсаторы в источниках питания. Наработка на отказ конденсатора с максимально допустимой рабочей температурой 105 °C при расчёте составляет до 50000 часов при температуре 75 °C	Высокие токи утечки, большое эквивалентное последовательное сопротивление и индуктивность ограничивают возможность использования их на высоких частотах. Имеют низкую температурную стабильность и плохие отклонения параметров. Могут взорваться при превышении допустимых параметров и/или перегреве, при приложении обратного напряжения. Максимальное напряжение около 500 вольт.
Оксид тантала	Большое отношение ёмкости к объёму, малый размер, хорошая стабильность, большой диапазон рабочих температур. Широко используются в миниатюрном оборудовании и компьютерах. Доступны как в полярном, так и неполярном исполнении. Твёрдотельные танталовые конденсаторы имеют намного лучшие характеристики по сравнению с имеющими жидкий электролит.	Дороже алюминиевых электролитических конденсаторов. Максимальное напряжение ограничено планкой около 50 вольт. Взрываются при превышении допустимого тока, напряжения или скорости нарастания напряжения, а также при подаче напряжения неправильной полярности.
Оксид алюминия, оксид тантала	Вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ ~50000 часов при температуре 85°С. ЭПС меньше чем у жидко-электролитических и слабо зависит от температуры. Не взрываются.	Дороже обычных. При 105°С срок службы как у обычных электролитических. Рабочие напряжения до 35 В.

Тонкий слой электролита и активированный уголь	Огромная ёмкость относительно объёма, маленький размер. Доступны номиналы в сотни фарад. Обычно используются для временного питания оборудования при замене батарей. Могут заряжаться и разряжаться бо́льшими токами, чем батареи, имеют очень большое число циклов заряд-разряд. Полярные, имеют низкое номинальное напряжение (вольт на конденсаторную ячейку). Группы ячеек соединяются последовательно для повышения общего рабочего напряжения, при этом обязательно применение устройств для балансировки напряжений.	Относительно высокая стоимость, высокое эквивалентное последовательное сопротивление (малые разрядные токи), большие токи утечки.
Ион лития	Литий-ионные конденсаторы обладают большей энергоёмкостью, сравнимой с батареями, безопаснее в сравнении с литий-ионными батареями, в которых начинается бурная химическая реакция при высокой температуре. По сравнению с ионисторами они имеют большее выходное напряжение. Удельная мощность у них сравнимa, но плотность энергии у Li-ion конденсаторов гораздо выше[8].	Новая технология.

Вакуумные конденсаторы используют стеклянные или керамические колбы с концентрическими цилиндрическими электродами.	Чрезвычайно малые потери. Используются для мощных высоковольтных радиочастотных задач, таких как индукционный нагрев[источник не указан 445 дней], где даже малые потери приводят к чрезмерному нагреву самого конденсатора. При ограниченном токе искры могут обладать самовосстановлением.	Очень высокая цена, хрупкость, большой размер, низкая ёмкость.

12 пФ, 20 кВ вакуумный конденсатор постоянной ёмкости.

Два 8 мкФ, 525 В бумажных электролитических конденсатора в радио 1930-х годов.[9]

Применение конденсаторов и их работа

Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники.

Конденсаторы (совместно с катушками индуктивности и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п.
Во вторичных источниках электропитания конденсаторы применяются для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.
При быстром разряде конденсатора можно получить импульс большой мощности, например, в фотовспышках, электромагнитных ускорителях, импульсных лазерах с оптической накачкой, генераторах Маркса, (ГИН; ГИТ), генераторах Кокрофта-Уолтона и т. п.
Так как конденсатор способен длительное время сохранять заряд, то его можно использовать в качестве элемента памяти (см. DRAM, Устройство выборки и хранения).
Конденсатор может использоваться как двухполюсник, обладающий реактивным сопротивлением, для ограничения силы переменного тока в электрической цепи (см. Балласт).
Процесс заряда и разряда конденсатора через резистор (см. RC-цепь) или генератор тока занимает определённое время, что позволяет использовать конденсатор во времязадающих цепях, к которым не предъявляются высокие требования временной и температурной стабильности (в схемах генераторов одиночных и повторяющихся импульсов, реле времени и т. п.).
В электротехнике конденсаторы используются для компенсации реактивной мощности и в фильтрах высших гармоник.
Конденсаторы способны накапливать большой заряд и создавать большую напряжённость на обкладках, которая используется для различных целей, например, для ускорения заряженных частиц или для создания кратковременных мощных электрических разрядов (см. генератор Ван де Граафа).
Измерительный преобразователь (ИП) малых перемещений: малое изменение расстояния между обкладками очень заметно сказывается на ёмкости конденсатора.
ИП влажности воздуха, древесины (изменение состава диэлектрика приводит к изменению ёмкости).
В схемах РЗиА конденсаторы используются для реализации логики работы некоторых защит. В частности, в схеме работы АПВ использование конденсатора позволяет обеспечить требуемую кратность срабатывания защиты.
Измерителя уровня жидкости. Непроводящая жидкость заполняет пространство между обкладками конденсатора, и ёмкость конденсатора меняется в зависимости от уровня.
Фазосдвигающего конденсатора. Такой конденсатор необходим для пуска, а в некоторых случаях и работы однофазных асинхронных двигателей. Также он может применяться для пуска и работы трёхфазных асинхронных двигателей при питании от однофазного напряжения.
Аккумуляторов электрической энергии (см. Ионистор). В этом случае на обкладках конденсатора должно быть достаточно постоянное значения напряжения и тока разряда. При этом сам разряд должен быть значительным по времени. В настоящее время идут опытные разработки электромобилей и гибридов с применением конденсаторов. Также существуют некоторые модели трамваев, в которых конденсаторы применяются для питания тяговых электродвигателей при движении по обесточенным участкам.

Маркировка конденсаторов

Маркировка советских и российских конденсаторов

Существуют две системы обозначения советских/российских конденсаторов: буквенная (старая) и цифровая (новая).

Старая система обозначений

Буквенная система распространяется на конденсаторы, разработанные до 1960 года. В этой системе первая буква К означает конденсатор, вторая — тип диэлектрика (Б — бумажный, С — слюдяной, К — керамический, Э — электролитический и так далее…), третья — конструктивные особенности (герметичность исполнения или условия эксплуатации). Для упрощения системы обозначений часто первую букву К пропускают, оставляя вторую и последующие[10].

Новая система обозначений

В соответствии с новой (цифровой) системой маркировки конденсаторы делятся на группы по виду диэлектрика, назначению и варианту исполнения[11]. Согласно этой системе, первая буква «К» означает «конденсатор», дальше следует цифра, обозначающая вид диэлектрика, и буква, указывающая, в каких цепях может использоваться конденсатор; после неё стоит номер разработки или буква, указывающая вариант конструкции[12].

ru.wikipedia.org

/ Лекции_ЭТ / Лекция 20 Определение емкости рынка

Лекция 20 Определение емкости рынка

Емкость рынка- объем продукта (услуги), который можно реализовать на рынке за определенный период времени (обычно за год).

Емкость рынка показывает, сколько товара может потребить рынок в конкретный период времени при конкретных условиях, т. е. при определенной цене на товар, экономической ситуации в стране, конъюнктуре рынка и маркетинговых усилиях продавцов. При изменении конкретных условий меняется и емкость рынка. Емкость рынка и динамика ее изменения дают возможность продавцу предварительно оценить, перспективен ли для него данный рынок или нет.

Уровни емкости рынка

1) потенциальная емкость – рассчитывается для будущих периодов с учетом роста (изменения) потребности в товаре (услуге) одного клиента, численности населения, цены на товар и иных параметров;

2) доступная емкость – рассчитывается объем товаров, которые фирмы могут реализовать на рынке, исходя из своих производственных и сбытовых возможностей;

3) освоенная емкость – объем товаров, который фирмы реализуют на рынке в настоящее время, но который ниже потенциального объема продаж;

4) целевая емкость – объем товаров, который фирма реализует на целевом рынке, достигая, таким образом, установленных маркетологами целевых ориентиров;

5) доступная квалифицированная емкость - рассчитывается объем товаров, которые фирмы могут реализовать на рынке, исходя из предела своих производственных и сбытовых возможностей.

Подходы к оценке емкости

Емкость рынка промышленных товаров оценивается путем анализа тенденций развития и инвестиционной политики отраслей, потребляющих эти товары. При отсутствии такой информации емкость рынка определяется путем рассмотрения тенденций продаж в прошлом и их экстраполяции с поправками на рассматриваемый период. Например, для поставщика комплектующих узлов необходимо знать статистику ежегодных объемов продаж изделий, включающих эти узлы.

Емкость рынка потребительских товаров оценивается на основе анализа факторов, влияющих на спрос населения, таких как: общая численность населения, распределение его по возрастным, социальным, половым признакам; уровень доходов на душу населения; динамика индекса стоимости жизни, динамика ставок заработной платы, образ жизни и т. д.

При определении емкости рынка страны объем национального производства увеличивают на объем импорта и уменьшают на объем экспорта, учитывая остатки товаров предыдущего и отчетного периодов, т. е.:

Е = П + И - Э + О_{пред. периода} – О_{отчетн. периода}

где Е – емкость рынка страны в стоимостном или физическом выражении;

П – объем национального производства;

И – объем импорта;

Э – объем экспорта;

О_пп – остатки предыдущего периода;

О_оп – остатки отчетного периода.

Оценить емкость рынка можно и с помощью панельных исследований. Панельные исследования позволяют получить необходимую информацию о происходящих на рынке изменениях с помощью регулярного опроса одной и той же группы магазинов (панели розничных точек) или группы потребителей (панели потребителей).

Определение емкости рынка на основе исследования панели розничных точек Для выбранной панели по формуле сначала вычисляется средний объем продаж конкретного товара или товарной группы в одной розничной точке, включенной в панель:

ОП_{ср.розн.} =

где ОП_{ср.розн} – средний объем продаж товара в розничной точке;

П_i – объем поступлений товара в i-ю розничную точку за исследуемый период времени;

–остатки товара в i-ой розничной точке на начало и конец периода исследования;

п – общее число розничных точек, включенных в панель.

Емкость рынка товара за год (Е) на основе ОП_{ср.розн} определяется по формуле:

Е = ОП_{ср.розн} ×12 / t ×N_p

где t – период времени (в месяцах), когда проводились исследования (замеры);

N_p– общее число розничных точек на данном рынке.

Определение емкости рынка на основе исследования панели потребителей

Для выбранной панели потребителей по формуле определяется средний объем покупок товара одним потребителем, включенным в панель:

ОП_ср.п =

где:

ОП_ср.п – средний объем покупок товара одним потребителем;

ОП_i– объем покупок товара i-м потребителем, включенным в панель.

Емкость рынка товара за год (Е) на основе ОП_ср.п определяется по формуле:

Е = ОП_ср.п ×12 / t ×N_p

где t– период исследования в месяцах;

N_п – общее число возможных потребителей товара на рынке.

Ф. Котлер в качестве одного из вариантов предлагает оценивать емкость рынка по формуле:

Q=n×q×p,

где Q – емкость рынка за год;

n– число покупателей товара на рынке;

q– среднее число покупок в год;

р – средняя цена единицы покупки.

1. Емкость рынка пива.

Потребление пива на душу населения в России составляет 55 литров в год. Известно, что в европейских странах этот показатель может достигать 120 литров. Стиль жизни россиян имеет тенденцию приближения к общемировому. Результатом этого является все возрастающее потребление пива.

Каковы фактическая и потенциальная емкости российского рынка пива?

С учетом того, что численность населения России составляет примерно 147 млн. человек, фактическая емкость российского рынка пива:

55 л × 147 млн. = 8,085 млрд. литров в год;

потенциальная емкость российского рынка пива:

120 л × 147 млн. = 17,64 млрд. литров в год.

2. Емкость рынка бытовых антифризов.

Фирма «Гелис-Инт» – один из лидеров на российском рынке бытовых антифризов – оценивает емкость этого рынка исходя из следующих соображений. На рынке работают четыре крупные российские фирмы, суммарный объем продаж которых в 2005 г. составил 7 млн. литров. По импорту, на основе таможенной статистики, было получено 500 тыс. литров. Следовательно, фактическая емкость российского рынка бытовых антифризов в 2005 г. составила 7,5 млн. литров.

Далее учитывалось, что не все собственники отопительного оборудования используют антифризы, часть потребителей использует обыкновенную воду в силу того, что за нее не нужно платить. Многочисленные опросы, проведенные на выставках, показали, что примерно 30% возможных потребителей антифризов предпочитают заливать воду. Учитывая, что 7,5 млн. литров потребляют 70% возможных потребителей, можно легко подсчитать потенциальную емкость российского рынка бытовых антифризов. Она составляет 10,7 млн. литров в год.

3. Пример определения емкости московского рынка минеральной воды «Боржоми».

Средняя норма потребления минеральной воды на одного человека в Москве (по данным статистических исследований) составляет 9–10 литров в год. Тогда емкость всего московского рынка минеральной воды (при численности населения г. Москвы, равной 10 млн. человек) примерно равна 100 млн. литров в год.

Объем потребления «Боржоми» в Москве (по данным А. С. Nielsen) составляет примерно 1 литр на человека в год.

Таким образом, емкость московского рынка «Боржоми» примерно равна 10 млн. литров в год, что составляет 10% от общей емкости московского рынка минеральной воды.

4. Емкость рынка услуг салонов красоты г. Москвы в 2005 г.

Используем следующие источники информации:

– Московский городской комитет государственной статистики (Мосгорстат): Основные показатели, характеризующие экономику г. Москвы, за январь–декабрь 2005 г.;

– Госкомстат: результаты переписи населения;

– количественное исследование компании «Business Rating»: предпочтения посетителей московских салонов красоты с уровнем дохода выше среднего.

Было проведено количественное полевое исследование методом опроса. Объем целевой выборки составил 366 человек.

Опрос проводился среди жителей Москвы от 18 лет с уровнем дохода выше среднего. Исследование проводилось в торговых центрах, на выставках, в бизнес-центрах, на улице в центре города.

В результате исследования было выявлено, что салоны красоты г. Москвы посещают 82% опрошенных, т. е. 300 человек в возрасте от 18 до 50 лет, что совпадает с возрастным критерием экономически активного населения; регулярность посещения – в среднем 1 раз в 1,5 месяца, т. е. 8 раз в год; средняя стоимость оплаты услуг одним клиентом – 50 долларов США за одно посещение.

По данным Госкомстата, численность населения Москвы составляет 10,4 млн. человек. Из них экономически активного населения – 5,5 млн. человек. Среднемесячные денежные доходы на душу населения в 2005 г. составили, по предварительным данным, 20 269 руб., т. е. около 700 долл. США. Заработную плату ниже среднемесячной получает около 47% экономически активного населения, т. е. 5,5 × 0,47 = 2,6 млн. человек. Однако, основываясь на данных полевого исследования, этот результат должен быть скорректирован: 2,9 × 0,82 = 2,4 млн. человек.

Следовательно, емкость рынка услуг салонов красоты в Москве, по данным за 2005 г., может быть оценена следующим образом:

Q= 2,4 млн. × 50 долл. × 8 = 960 млн. долл. США в год.

Как видим, оценить емкость рынка достаточно сложно. Еще более сложно оценить емкость рынка для нового товара.

5. Пример оценки емкости рынка для нового товара – комплекта для очистки экранов телевизоров.

Средство для ухода за экраном монитора представляет собой комплект, состоящий из спрея и 50-ти сухих чистящих одноразовых салфеток.

В настоящее время рассматривается возможность модификации данного средства для расширения области его применения, в частности, для очистки экранов домашних телевизоров.

Оценку емкости рынка данного товара будем проводить исходя из следующих данных:

– население России (Н) составляет около 145 млн. человек;

– средний состав семьи (Сс) – около 3,2 чел.;

– приблизительное количество семей составит тогда: Кс = 145 / 3,2 = 45,3 млн. семей;

– среднее число телевизоров на одну семью Ст = 1,4 шт.;

– общее число телевизоров в стране Кт = 45,3 × 1,4 =63,42 млн. шт.;

– пусть одного чистящего комплекта хватает на 1 год.

Скорректируем данные с учетом того, что около 30% населения страны проживают за чертой бедности.

Н = 145 × (1 - 0,3) = 101,5 млн. чел.;

Кс = 101,5 / 3,2 = 31,7 млн. семей;

Кт = 31,7 × 1,4 = 44,38 млн. телевизоров.

Таким образом, если на каждый телевизор будет приобретен один чистящий комплект, емкость рынка составит около 44 млн. комплектов.

Однако совершенно очевидно, что эта величина характеризует потенциальную емкость, а не фактическую, так как сразу все собственники телевизоров не купят новое чистящее средство.

Известно, что в классификации потребителей по критерию отношения к новому товару любители новинок, старающиеся сразу их приобрести, составляют примерно 13%. Введем корректировочный коэффициент, опираясь на данную группу потребителей (их называют новаторами).

Н = 101,5 × 0,13 = 13,2 млн. чел.;

Кс = 13,2 / 3,2 = 4,12 млн. семей;

Кт = 4,12 × 1,4 = 5,77 млн. телевизоров.

Таким образом, учитывая восприятие покупателями нового товара, в первый год продажи емкость рынка средства для очистки экранов телевизоров может быть оценена в 5,7 млн. чистящих комплектов.

Если товар понравится потребителю, а фирма-производитель составит эффективную программу маркетинга этого товара, то емкость рынка может быть в 7–8 раз больше.

Следует, однако, учитывать, что не всегда наибольшая емкость рынка означает наилучшие возможности для его освоения, так как на рынке может быть сильная конкуренция, высокая степень удовлетворенности потребителей товарами конкурентов и другие факторы, которые следует учитывать при принятии решений о выборе того или иного рынка для последующей деятельности на нем (более подробно остановимся на этом при рассмотрении методики выбора целевого рынка).

StudFiles.ru

1.Способы определения емкости рынка………………………………..3

Содержание:

Введение…………………………………………………………………..2

1.1. Способы определения емкости рынка на основе учета объемов производства…………………………………………………………………5

1.2..Способы определения емкости рынка на основе учета продаж……………………………………………………………………………...6

2.Определение рыночной доли ………………………..10

2.1Методикаоценкирыночнойдоли по одному ключевому параметру…………………………………13

2.2. Методика оценки рыночной доли по двум

основным параметрам….15

2.3. Методика выявления изменения рыночной доли………………………………………………………..16

2.4. Рыночная доля по информации……………20

Практическая часть…………………………………..21

Список литературы……………………………………26

Введение.

Анализ рынказатрагивает все стороны бизнеса.

Производственному предприятию для роста выпуска продукции следует знать конъюнктуру рынка, изучить спрос и выявить, какая продукция востребована, а какая — нет. Фирме, чтобы пробиться в группу лидеров отрасли, необходимо хорошо изучить конкурентов и их ассортимент. Оптовые торговые предприятия для роста продаж и чистой прибыли должны освоить перспективные формы торговли, логистики, скидки и льготы. Крупным компаниям для увеличения рыночной доли полезно вывести на рынок продукцию с собственной торговой маркой, активно использовать рекламу и довести торгую марку до уровня бренда, когда лишь одно упоминание о нем вызывает желание сделать покупку. Только в этом случае вложение средств, инвестиции могут привести к получению хорошей прибыли, смежных отраслях. Представители среднего класса в большинстве своем делают покупки товаров с известными брендами, выбирая их среди многих других. Физические лица в целом, прежде чем сделать покупку, сознательно или просто из любопытства изучают продукцию по газетам, телевидению, вывескам, объявлениям, Интернету и под воздействием другой информации сравнивают аналоги и выбирают самое лучшее, удобное, красивое с точки зрения оптимальности цены и качества.

Все это подпадает под понятие «анализ рынка». Этот анализ должен быть полным и комплексным, если организация (фирма, компания, предприятие) стремится в лидеры отрасли или занять рыночную нишу.

Маркетинговые исследование для определения емкости

рынка и рыночной доли предприятия.

1. Способы определения емкости рынка

Емкость рынка — ключевой параметр, характеризующий суммарный спрос на интересующую продукцию. Емкость рынка исследуемой продукции — объем продукции одного вида или товарной группы на заданном пространстве в определенный период времени. В маркетинговом понимании емкость рынка (mагкеt сарасitу) — совокупный платежеспособный спрос покупателей на определенный товар при сложившемся уровне цен. Знание емкости рынка позволяет выстроить правильную стратегию завоевания ниши рынка или составить обоснованную программу завоевания лидирующего места на отраслевом рынке.

Различают реальную и потенциальную емкость рынка. Потенциальная емкость рынка — это максимально возможный объем продаж в ситуации, когда все потенциальные клиенты приобретают товары исходя из максимального уровня потребления. Реальная емкость — это достижение фактического объема продаж анализируемого товара или продукта.

При определении емкости рынка возможны большие погрешности, связанные с занижением объемов производства для ухода от налогообложения с еще встречающимися официальными статистическими данными, основанными на объеме производства, а не на объеме реализации продукции; с прохождением части продукции по линии криминальной теневой экономики и искажением истинных цифр.

Процедура определения емкости рынка предусматривает проведение специальных маркетинговых исследовании или расчетов на основе публикуемой и заимствованной информации. Оценочные расчеты на основе публикуемых данных могут быть сделаны собственными силами.

Работники производства и торговли испытывают значительные затруднения при выборе способа и нахождения исходных данных.

Чтобы правильно выбрать способ, необходимо точно знать цель и ответить на вопрос: для чего нужно найти емкость рынка? В ответе кроется критерий выбора способа определения.

Часто цель нахождения емкости рынка и сопутствующих условий торговых фирм — стремление к лидерству на рынке, а для производителей — это учет существующей емкости рынка и на основе этого введение дополнительных объемов или существенное расширения номенклатуры традиционных товаров. Для начинающих торгующих организаций цель состоит в оценке степени развития различных секторов рынка; своевременном расширении объемов продаж в торговле; выявлении степени влияния конкуренции; выборе наиболее эффективного ассортимента; нахождении соотношения между объемами продаж импортных и отечественных товаров. Важно установить степень опережения конкурентов в пределах ограниченной географической территории по району, городу, региону и определить степень монополизации рынка. На основе емкости рынка находятся: рыночная доля, степень интеграции, насыщение рынка, показатель насыщенности.

Совсем не обязательно вычислять емкость всего отраслевого рынка. На практике значительно чаще требуется определить емкость рынка по району-

-для опережения ближайших конкурентов. Возможны исследования: по городу — для занятия лидирующего положения по продажам отдельного вида продукции; по региону — для оценки работы своих филиалов и региональных дилеров, а также для оценки региональной конкуренции. Важно знать этот параметр как по отечественным и импортным товарам, так и по группе привлекательных товаров и всех вместе1.

Классификация методов и способов по

определению емкости.

	СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЕМКОСТИ РЫНКА

	На основе объема производства		С учетом импорта и экспорта

			С учетом всех главных производителей товаров

			С учетом выборки по производителям товаров

	На основе объемов продаж		С учетом степени насыщенности рынка

			По всем торгующим предприятиям


			По сумме первичных и вторичных продаж


			С перенесением опыта на другой регион