Elektr sig‘imi

Elektr sig‘imi
C
O‘lchamlik L-2M-1T4I2
O‘lchov birliklari
SI farad
SGS santimetr

Elektr sig‘imi — o‘tkazgichning o‘zida elektr zaryadini to‘plash qobiliyatini ifodalovchi xususiyatdir. Elektr zanjirlari nazariyasida sig‘im ikkita o‘tkazgichning o‘zaro sig‘imi, ya’ni elektr sxemasidagi sig‘imli element (kondensator)ning parametri bo‘lib, u elektr sxemasida ikki qutbli element sifatida tasvirlanadi.

Xususan, Xalqaro birliklar tizimida (SI) sig‘im faradlarda o‘lchanadi. Sig‘imning umumqabul qilingan belgisi: C.

Sig‘im elektr zaryadi miqdorining potensiallar farqiga nisbatidan hisoblanadi. Bunda potensiallar farqi o‘tkazgich bilan cheksizlik yoki ikkita o‘tkazgich orasida olinadi

C=Qφ−φref,

bu yerda Q — zaryad, φ — potensial (o‘tkazgich potensiali), φref — boshqa o‘tkazgich potensiali yoki cheksizlikdagi potensial (odatda nol deb qabul qilinadi).

Sig‘im o‘tkazgichlarning geometrik o‘lchamlari va shakliga, shuningdek, atrof-muhitning elektr xossalariga (uning dielektrik singdiruvchanligiga).

Ta’rif. Ayrim formulalar

Yakka o‘tkazgich uchun sig‘im o‘tkazgich zaryadining uning potensialiga nisbatiga teng. Bunda boshqa barcha o‘tkazgichlar cheksiz uzoqda joylashgan va cheksiz uzoq nuqtaning potensiali nolga teng deb olinadi. Matematik shaklda bu ta’rif quyidagicha ifodalanadi

C=Qφ,

bu yerda Q — zaryad, φ — potensial (o‘tkazgich potensiali). Masalan, radiusi R bo‘lgan o‘tkazuvchi shar (yoki sfera) sig‘imi (SI tizimida) quyidagiga teng:

C=4πε0εrR,

bu yerda ε0 — elektr doimiysi (8,854⋅10−12 F/m), εr — nisbiy dielektrik singdiruvchanlik.

Bir-biridan dielektrik yoki vakuum bilan ajratilgan hamda miqdori teng, ishorasi qarama-qarshi zaryadlarga ega ikkita o‘tkazgichli tizim uchun ±Q, sig‘im (o‘zaro sig‘im) zaryad miqdorining o‘tkazgichlar potensiallari farqiga nisbati sifatida aniqlanadi. Agar o‘tkazgichlardan birining potensiali nol deb olinsa, C=Q/φ formula bu holat uchun ham o‘rinli bo‘ladi.

Yuqorida tavsiflangan tizim asosida yaratilgan va sig‘imi katta bo‘lgan elektr zanjirining alohida elementi kondensator deb ataladi. Uning ikkita o‘tkazgichi kondensator qoplamalari deyiladi.

Yassi kondensatorning sig‘imi quyidagiga teng:

C=ε0εrSd,

bu yerda S — qoplama yuzi (ikkala qoplama bir xil deb hisoblanadi), d — qoplamalar orasidagi masofa.

Kondensatorda to‘plangan elektr energiyasi quyidagiga teng:

W=CU22,

bu yerda U — qoplamalar orasidagi kuchlanish.

Belgilanishi va o‘lchov birliklari

Sig‘im odatda lotin alifbosining katta C harfi bilan belgilanadi (lotincha capacitas — sig‘im, sig‘dirish qobiliyati).

Xalqaro birliklar tizimi (SI) bo‘yicha sig‘im faradlarda ifodalanadi (qisqacha «F»). Agar o‘tkazgich sirti potensiali bir volt bo‘lganda u bir kulon zaryadga ega bo‘lsa, uning sig‘imi bir faradga teng bo‘ladi. Bir farad juda katta sig‘imdir; haqiqiy o‘tkazgichlar odatda nano- yoki mikrofarad tartibidagi sig‘imga ega. «Farad» birligi ingliz fizigi Maykl Faradey sharafiga nomlangan.

Sig‘imning SGS tizimidagi o‘lchov birligi santimetrdir. Nisbat: 1 sm sig‘im ≈ 1,1126 pF; 1 F = 8,988×1011 sm sig‘im.

Sig‘imning xossalari

  • Sig‘im doimo musbat bo‘ladi, ammo ayrim segnetoelektrik tuzilmalar bundan mustasno.
  • Sig‘im faqat o‘tkazgichning geometrik o‘lchamlariga va muhitning dielektrik xossalariga (kondensator uchun — uning ichini to‘ldiruvchi izolyatsiyalovchi materialga) bog‘liq.
  • Sig‘im harorat va signal chastotasiga bilvosita bog‘liq (muhitning dielektrik singdiruvchanlik koeffitsiyenti εrning tegishli kattaliklarga bog‘liqligi orqali).
  • Muhitda εr qiymati doimiy bo‘lsa, sig‘im ham doimiy bo‘ladi. Biroq nochiziqli muhitda εr qiymati elektr maydon kuchlanganligiga bog‘liq bo‘lsa, sig‘im kuchlanish bilan birga o‘zgaradi.
  • Chastotasi ω bo‘lgan sinusoidal tok zanjirida «sig‘im» elementiga reaktiv qarshilik XC=ω−1C−1.
  • Sig‘im elementidagi kuchlanish sakrash tarzida o‘zgara olmaydi.

Differensial sig‘im

Differensial (kichik signalli) sig‘im deb o‘tkazgich zaryadining potensial bo‘yicha hosilasiga aytiladi

Cdiff=dQdφ≈ΔQΔφ,

Bu hosila tanlangan sharoitlarda φ=φ0 uchun aniqlanadi. Mazkur kattalik zaryad oz miqdorda o‘zgarganda kuchlanishning o‘zgarishini tavsiflaydi. Agar zaryad bilan potensial orasidagi bog‘lanish chiziqli bo‘lsa, Cdiff=C bo‘ladi, ammo amalda murakkabroq holatlar ham uchraydi.

Ayniqsa, volt-farad xarakteristikalarini o‘lchash keng tarqalgan. Bular metall–dielektrik–yarimo‘tkazgich tuzilmalaridagi Cdiff(φ) ning turli ω chastotalarda potensialning vaqt (t) bo‘yicha φ=φ0+Δφsin⁡(ωt) qonuniga muvofiq o‘zgarishiga bog‘liqligini ifodalaydi. Bunday o‘lchashlar dielektrikning sifati haqida muhim ma’lumot beradi.

Ba’zi tizimlarning elektr sig‘imi

Tizimning elektr sig‘imini hisoblash uchun Laplas tenglamasini ∇2φ = 0 yechish kerak; bunda φ potensial o‘tkazgichlarning sirtida doimiy deb olinadi. Simmetriyasi yuqori bo‘lgan hollarda buni bajarish oson. Murakkabroq hollarda esa yechimni elementar funksiyalar orqali ifodalab bo‘lmaydi.

Deyarli ikki o‘lchamli hollarda analitik funksiyalar bir vaziyatni boshqasiga akslantiradi; bunday akslantirishlarda elektr sig‘imi o‘zgarmaydi. Shuningdek, Shvars–Kristoffel akslantirishiga qarang.

Oddiy tizimlarning elektr sig‘imi (SGS)
TuriSig‘imIzoh
Yassi kondensator εS4πd S: Yuza
d: Masofa
Ikkita koaksial silindr εllog⁡(R2/R1) l : Uzunlik
R1
: Radius
R2: Radius
Ikkita parallel sim εl4arcosh⁡(d2a)=εl2log⁡(d2a+d24a2−1) a: Radius
d: Masofa, d > 2a
Devor bilan parallel sim εl2arcosh⁡(da)=εl4log⁡(da+d2a2−1) a: Radius
d: Masofa, d > a
l: Uzunlik
Ikkita parallel
bir tekislikdagi tasma
εlK(1−k2)8πK(k) d: Masofa
w1, w2: Tasmalarning kengligi
km: d/(2wm+d)

k2: k1k2
K: Elliptik integral
l: Uzunlik

Ikkita konsentrik shar ε1R1−1R2 R1: Radius
R2: Radius
Radiuslari teng ikkita shar εa2∑n=1∞sinh⁡(log⁡(D+D2−1))sinh⁡(nlog⁡(D+D2−1))
εa2{1+12D+14D2+18D3+18D4+332D5+O(1D6)}
=εa2{log⁡2+γ−12log⁡(da−2)+O(da−2)}
a : Radius
d: Masofa, d > 2a
D = d/2a
γ: Eyler doimiysi
Devor yaqinidagi shar εa∑n=1∞sinh⁡(ln⁡(2D+D2−1))sinh⁡(nln⁡(2D+D2−1)) a: Radius
d: Masofa, d > a
D = d/a
Shar εa a: Radius
Doira shaklidagi disk 2εaπ a : Radius
Ingichka to‘g‘ri sim,
cheklangan uzunlikda
εl2Λ{1+1Λ(1−ln⁡2)+1Λ2[1+(1−ln⁡2)2−π212]+O(1Λ3)} a: Simning radiusi
l: Uzunlik
Λ: ln(l/a)

Elastans

Sig‘imga teskari kattalik elastans (elastance) deb ataladi. Elastansning o‘lchov birligi daraf (daraf) bo‘lib, u SI fizik birliklar tizimida aniqlanmagan.

Adabiyotlar

  • Borgman I. I. Elektr sig‘imi // Brokgauz va Yefron ensiklopedik lug‘ati : 86  jild (82  jild va 4  qo‘shimcha jild). — Sankt-Peterburg, 1890—1907.
  • Savelyev I. V. X bob. Zaryadlangan zarralarning harakati. // Umumiy fizika kursi. — 3. — Moskva: Nauka. Fizika-matematika adabiyotlari bosh tahririyati, 1988. — Jild 2. — Betlar 87—88. — 496 bet — 220 000 nusxa
  • G. Kron. Tarmoqlarning tenzor tahlili. — Moskva: Sovetskoye radio, 1978. — 720 bet