Ёмкость по энергии конденсатора (ГДж; нВ)

Что именно находит этот расчёт

Свяжите запасённую энергию, ёмкость и модуль напряжения идеального конденсатора. Расчёт помогает проверить энергетический смысл измеренных или паспортных параметров без моделирования всей цепи.

Искомая величина записывается в Ф. Эта страница предназначена для конкретного сочетания входов: запасённая энергия в ГДж; напряжение в нВ. Подпись возле каждого поля является частью условия задачи. Меняя исходные измерения, сохраняйте их физический смысл и относите все параметры к одному образцу, участку или процессу.

Как подготовить измерения

Запасённая энергия: выбранная единица — гигаджоули (ГДж). Энергия должна относиться к тому процессу, который описывает формула. Запас энергии, механическая работа и тепло требуют соответствующего энергетического баланса. В демонстрационном наборе вводится 0,0000001 ГДж, что соответствует 100 Дж. Значение примера иллюстрирует вычисление и не является нормой для материала, устройства или процесса.

Напряжение: выбранная единица — нановольты (нВ). Напряжение является модулем разности потенциалов на рассматриваемом участке. Проверьте, что оно измерено на том же элементе, что остальные параметры. В демонстрационном наборе вводится 12 000 000 000 нВ, что соответствует 12 В. Значение примера иллюстрирует вычисление и не является нормой для материала, устройства или процесса.

Уравнение и согласование единиц

Энергия E=CU²/2 зависит от квадрата напряжения. По известной энергии и ёмкости напряжение получают положительным квадратным корнем; по энергии и напряжению находят ёмкость.

Используемое уравнение для этой неизвестной: C=2E/U². До его применения каждый вход переводится в согласованную единицу. Для данного набора перевод выглядит так: Запасённая энергия: 0,0000001 ГДж × 1 000 000 000 = 100 Дж; Напряжение: 12 000 000 000 нВ × 0,000000001 = 12 В. Сначала выполните эти преобразования, затем подставляйте числа в уравнение. Итог уже имеет единицу Ф; дополнительный коэффициент выбранной входной единицы к нему не применяется.

Разбор численного примера

Запасённая энергия = 0,0000001 ГДж; Напряжение = 12 000 000 000 нВ. После согласования единиц: C=2E/U². Результат = 1,38888888889 Ф.

Полный набор после перевода: Запасённая энергия = 100 Дж; Напряжение = 12 В. Если проверяете этот пример вручную, сохраняйте коэффициенты без промежуточного округления и выполняйте операции в порядке уравнения. Полученный ответ 1,38888888889 Ф относится к этому набору значений. В таблице меняется только первый вход, остальные остаются равными демонстрационным; это позволяет увидеть влияние одного параметра.

Как понимать итог

Удвоение напряжения при одинаковой ёмкости увеличивает запасённую энергию в четыре раза. При поиске ёмкости очень малое напряжение приводит к большому ответу. Направление напряжения не влияет на неотрицательный модуль энергии в этой модели.

Единица ответа Ф фиксирована для этой задачи, даже если входы записаны в других единицах. При смене единицы исходное число нужно пересчитать так, чтобы физическая величина сохранилась. Если переписать только название единицы без изменения числа, получится другая исходная задача и другой результат.

Область применения и границы

Ёмкость считается постоянной. Потери диэлектрика, последовательное сопротивление и зависимость ёмкости от напряжения отсутствуют. Энергия источника при зарядке через резистор может отличаться от энергии, запасённой в конденсаторе. Допустимое напряжение компонента формула не определяет.

В знаменателях находятся следующие входы: напряжение. Каждый из них должен быть строго больше нуля. Нулевое значение не является отсутствующим измерением: при делении на ноль неизвестная не определяется этой формулой. Остальные поля принимают неотрицательные модули.

Источник методики: OpenStax: energy stored in a capacitor. Для задач, основанных на определении удельной величины, преобразование является алгеброй этого определения; документ BIPM поясняет единицы SI. Коэффициенты перевода проверяются по определениям единиц и справочнику NIST. Эти ссылки не задают свойства вашего материала: такие исходные параметры нужно измерить или взять из документации к своей системе.

Меняем запасённая энергия, остальные входы сохраняем

Значения в таблице округлены для чтения. Для своей величины используйте калькулятор в начале страницы.