Como posso construir meu próprio capacitor?

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Quero construir meu próprio capacitor, principalmente como um experimento em diferentes configurações e orientações de placas, para entender melhor a teoria de campo. (Em outras palavras, estou jogando e não procurando uma solução pronta para uso. A construção disso é metade do ponto.) Criei pequenas unidades de PCB da ordem de algumas nanofarads. Eu gostaria de construir algo maior, da ordem de 5 a 10 uF, o que parece tornar os PCBs impraticáveis. Também quero que a tampa não seja polarizada, para que eu possa executar a corrente alternada através dela.

Estou pensando que preciso de alguns rolos de papel alumínio, um rolo de isolador e uma maneira de conectar condutores ao papel. Mas antes de eu ir ao Wal-Mart e comprar todo o papel alumínio, eu queria perguntar: o que posso estar perdendo? Existem técnicas padrão para capacitores de construção manual? Existem materiais específicos que devo usar (ou evitar)?

capacitor

— Stephen Collings
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Você precisa fazer alguns cálculos básicos primeiro. A fórmula para capacitância é

C = ϵ_{R} ϵ_{0 0} \frac{UMA}{d}

$C = \epsilon_R \epsilon_0 \frac{A}{d}$

Digamos que você queira usar papel encerado de 1 mil (25,4 µm) como dielétrico. Observe que isso determinará a classificação de tensão do seu capacitor. A resistência dielétrica do papel encerado é de cerca de 35-40 MV / m, portanto, isso fornecerá um capacitor que pode teoricamente lidar com quase um quilovolt, mas seja conservador na maneira como o usa!

A permissividade relativa do papel encerado é de cerca de 3,7, a permissividade do espaço livre é 8,854e-12 F / m. Resolva a área necessária:

UMA = \frac{C \cdot d}{ϵ_{R} ϵ_{0 0}}

$A = \frac{C \cdot d}{\epsilon_R \epsilon_0}$

UMA = \frac{5 μ F \cdot 25,4 \cdot μ m}{3.7 \cdot 8,854 \cdot 10^{- 12} F / m} = 3.8767 m^{2}

$A = \frac{5 \mu F \cdot 25.4 \cdot \mu m}{3.7 \cdot 8.854 \cdot 10^{-12} F/m} = 3.8767 m^2$

Se você adquirir papel de alumínio e papel encerado com cerca de 30 cm de largura, provavelmente poderá sobrepor, digamos, 25 cm, o que significa que você precisará de um comprimento de cerca de 15,5 m para obter a área de que precisa .

Se você enrolar o capacitor (usando uma segunda camada de papel encerado), a capacitância será dobrada, ou cerca de 10 µF. Obviamente, isso será fisicamente bastante grande, com mais de um pé de comprimento e várias polegadas de diâmetro.

— Dave Tweed
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Você pode obter melhores resultados usando filme plástico como o dielétrico em vez de papel encerado. 1 mil é bastante fino para papel encerado, mas não para filme plástico. Não sei qual é a permissividade, mas provavelmente mais do que papel encerado.

— Olin Lathrop

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O filme plástico doméstico (por exemplo, "envoltório Saran" ou "envoltório contente") tem tipicamente 0,5 mils de espessura (12,5 um) e é feito de PVC. O PVC tem uma resistência dielétrica de cerca de 40 MV / me uma constante dielétrica de cerca de 4,5. Isso daria a você um capacitor que precisa de aproximadamente metade da área, mas teria metade da classificação de tensão.

— Dave Tweed

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O envoltório @DaveTweed Saran é PVDC, não PVC.

é de cerca de 4 e força dielétrica de cerca de 20MV / m.

ϵ_{R}

$\epsilon_R$

— Spehro Pefhany

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Dependendo da marca e da linha de produtos, o envoltório plástico é frequentemente LDPE agora.

— Phil

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A Philip +1 confirmou que Glad Wrap é polietileno. thecloroxcompany.com/downloads/msds/glad/gladwrap.pdf

— Spehro Pefhany

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Bem-vindo ao mundo da construção de capacitores. Eu construí bastante capacitor do tipo empilhado para o enrolado. A única coisa é que eu os construo para alta tensão CA (4kVAC a 15kVAC). Eu não vou entrar nos detalhes da física ou ESR etc ....

O melhor custo-benefício de todo o material testado e comprovado é o polietileno de baixa densidade (PEBD), que soa muito técnico até você perceber que é basicamente o mesmo material usado em sacos congeláveis que podem ser fechados novamente. Se você ainda não tiver certeza, vá a qualquer departamento de cozinha e procure a sacola plástica que pode ser fechada novamente, o LDPE é bastante elástico. os usados para lixo e caixote do lixo têm muitos contaminantes de materiais reciclados, portanto, evite-os. Normalmente, os rolos de carpete (sim, carpete) vêm embalados em um longo tubo de plástico. Eles também são LDPE. Tente evitar o polietileno de alta densidade (HDPE), pois eles tendem a rasgar mais facilmente. O HDPE também é o mesmo material normal usado em sacolas plásticas de supermercado.

Se você quiser gastar algum dinheiro, pode tentar comprar rolos de Poplypropileno (PP) da florista, mas eles são muito caros. Não tenho experiência nisso, pois construo um capacitor gigante de alta tensão em pequenas microfarads (0,01 a 0,2uF) e o PP seria antieconômico.

Quanto mais espesso o dielétrico, maior a tensão que ele resistirá e menor será o uF, mas para 240VCA, acho que você pode se safar com coisas finas, não tenho a lista de tensão de ruptura dielétrica à mão agora, tente pesquisando por isso.

Algumas informações: http://www.richieburnett.co.uk/parts.html http://deepfriedneon.com/tesla_cap1.html

A bobina de Tesla é perigosa, mas divertida ao mesmo tempo.

— Homem de Tesla
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Se o objetivo principal do exercício é experimentar configurações matematicamente tratáveis para você , provavelmente o mais simples é ter duas placas de metal circulares grandes e muito planas, no ar, firmemente ancoradas a uma distância fixa (use espaçadores ao redor do perímetro) isso é ajustável e não fica em curto. Os discos cobertos com papel alumínio também podem funcionar (pode ser necessário colar o papel). Você pode descobrir quais capacitâncias você deve esperar de um aparelho de tamanho razoável e ajustar seu circuito a partir disso. Você está planejando colocar sondas entre as placas para medir campos, tensões ou algo assim?

A partir daí, você pode tentar várias separações, formas diferentes (quadradas, retangulares etc.), deslocamentos laterais, colocando diferentes dielétricos entre as placas e outros enfeites. Eu sugeriria manter tensões razoavelmente baixas. Depois, você pode experimentar os designs enrolados. Não tenho certeza de como as placas intercaladas resultantes se comportarão de maneira diferente de um grande par de placas. Lembra dos antigos capacitores variáveis dos sintonizadores de rádio? Divirta-se (e fique seguro)!

— Phil Perry
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Experimente papel impregnado de cera de abelha - você pode vendê-los mais tarde por muito dinheiro para audiofools.

— Szymon Bęczkowski

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Para a ordem de 5-10uF, você precisará de capacitores do tipo eletrolítico. Verifique, por exemplo, http://www.youtube.com/watch?v=LXf3SUQ8F5g

— Wouter van Ooijen
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Não especifiquei, quero um limite não polarizado. Foi mal.

— Stephen Collings

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Você poderia ir à velha escola com um jarro simples de Leyden

— Wayfaring Stranger
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Você notou a parte no OP em que ele especificou 5 a 10 uF?

— WhatRoughBeast

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@WhatRoughBeast Não, acho que ele terá que encontrar uma jarra GRANDE para fazer dessa maneira.

— Wayfaring Stranger

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De acordo com a wikipedia, um frasco de leyden de cerca de 0,5 litro terá 1nF. Então você só precisa conectar 5000 deles para chegar a 5µF.

— 22414 SpiderPig