През кондензатора не протича постоянен ток. Защо променлив ток преминава през кондензатор, но постоянен ток не минава

\u003e\u003e Физика 11 клас \u003e\u003e Кондензатор във веригата за променлив ток

§ 33 КАПАЦИТОР В АМПУТАТА

Постоянният ток не може да протича през верига, съдържаща кондензатор. Всъщност в този случай веригата се оказва отворена, тъй като кондензаторните плочи са разделени от диелектрик.

Променлив ток може да протича през верига, съдържаща кондензатор. Това може да се провери чрез прост опит.

Да предположим, че имаме източници на директно и променливо напрежение и директното напрежение на клемите на източника е равно на ефективната стойност на променливото напрежение. Схемата се състои от кондензатор и лампа с нажежаема жичка (фиг. 4.13), свързани последователно. Когато постоянното напрежение е включено (превключвателят е завъртян наляво, веригата е свързана към точки AA "), лампата не свети. Но когато променливото напрежение е включено (превключвателят е обърнат надясно, веригата е свързана към точките BB"), лампата светва, ако кондензаторът е достатъчно голям.

Как променлив ток може да мине по веригата, ако тя всъщност е отворена (зарядите не могат да се движат между плочите на кондензатора)? Работата е там, че има периодично зареждане и разреждане на кондензатора под въздействието на променливо напрежение. Токът, протичащ във веригата, когато кондензаторът е презареден, загрява нишката на лампата.

Ще установим как се променя с течение на времето силата на тока във верига, съдържаща само кондензатор, ако съпротивлението на проводниците и кондензаторните плочи може да бъде пренебрегнато (фиг. 4.14).

Напрежение на кондензатора

Токът, който е производната на времето на заряда, е:

Следователно колебанията в силата на тока изпреварват фазовите колебания на напрежението в кондензатора в (фиг. 4.15).

Амплитудата на тока е равна на:

I m \u003d U m C. (4.29)

Ако въведем обозначението

и вместо амплитудите на тока и напрежението да използваме техните ефективни стойности, получаваме

Стойността на X c, реципрочната на произведението C на цикличната честота и капацитета на кондензатора, се нарича капацитет. Ролята на тази величина е подобна на ролята на активното съпротивление R в закона на Ом (виж формулата (4.17)). Ефективната стойност на силата на тока е свързана с ефективната стойност на напрежението в кондензатора по същия начин, както силата на тока и напрежението за участък от веригата са свързани съгласно закона на Ом постоянен ток... Това ни позволява да разглеждаме стойността на X c като съпротивление на кондензатора на променлив ток (капацитивно съпротивление).

Колкото по-голям е капацитетът на кондензатора, толкова по по-актуални презареждане. Това лесно се открива от увеличаването на нажежаемостта на лампата с нарастващ капацитет. Докато постояннотоковото съпротивление на кондензатора е безкрайно високо, неговото променливо съпротивление има крайна стойност X c. Той намалява с увеличаване на капацитета. Той също намалява с увеличаване на честотата.

В заключение отбелязваме, че през една четвърт от периода, когато кондензаторът се зарежда до максималното си напрежение, енергията постъпва във веригата и се съхранява в кондензатора под формата на енергия електрическо поле... През следващото тримесечие на периода, когато кондензаторът се разреди, тази енергия се връща в мрежата.

Съпротивлението на веригата с кондензатор е обратно пропорционално на произведението на цикличната честота и електрическия капацитет. Колебанията на тока са фазови пред колебанията на напрежението от.

1. Как са свързани ефективните стойности на тока и напрежението в кондензатора във веригата на променлив ток!
2. Отделя ли се енергия във верига, съдържаща само кондензатор, ако активното съпротивление на веригата може да бъде пренебрегнато!
3. Прекъсвачът е вид кондензатор. Защо превключвателят надеждно отваря веригата!

Какво е променлив ток

Ако разгледаме постоянния ток, той не винаги може да бъде идеално постоянен: напрежението на изхода на източника може да зависи от товара или от степента на разреждане на батерията или галваничната батерия. Дори при постоянно стабилизирано напрежение токът във външната верига зависи от товара, което се потвърждава от закона на Ом. Оказва се, че това също не е съвсем постоянен ток, но такъв ток също не може да се нарече променлив, тъй като не променя посоката.

Обикновено променлива се нарича напрежение или ток, чиято посока и величина не се променят под въздействието на външни фактори, например товар, а напълно „независимо“: така генераторът го произвежда. Освен това тези промени трябва да бъдат периодични, т.е. повтарящи се след определен период от време, наречен период.

Ако напрежението или токът се променят произволно, без да се притеснявате за периодичността и други модели, такъв сигнал се нарича шум. Класически пример е „сняг“ на телевизионен екран със слаб излъчен сигнал. Примери за някои периодични електрически сигнали са показани на фигура 1.

За DC има само две характеристики: полярност и напрежение на източника. В случай на променлив ток тези две величини са очевидно недостатъчни, поради което се появяват още няколко параметъра: амплитуда, честота, период, фаза, моментален и ефективна стойност.

Снимка 1.

Най-често в технологията човек трябва да се справя със синусоидални трептения и то не само в електротехниката. Представете си автомобилно колело. Когато се движите равномерно по път с добро ниво, центърът на колелата следва права линия, успоредна на пътната настилка. В същото време всяка точка от периферията на колелото се движи по синусоидален начин спрямо току-що посочената права линия.

Гореизложеното може да бъде потвърдено от Фигура 2, която показва графичен метод за конструиране на синусоида: който добре е преподавал рисуване, той напълно разбира как се изпълняват такива конструкции.

Фигура 2.

От училищния курс по физика е известно, че синусоидата е най-често срещаната и подходяща за изучаване на периодична крива. Точно също така се получават синусоидални трептения в алтернатори, което се дължи на тяхната механична конструкция.

Фигура 3 показва графика на синусоидален ток.

Фигура 3.

Лесно е да се види, че величината на тока се променя във времето, следователно оста на ординатите е посочена на фигурата като i (t), което е функция на тока от времето. Пълният период на тока е обозначен с плътна линия и има период Т. Ако започнете да гледате произхода, можете да видите, че първо токът се увеличава, достига Imax, преминава през нула, намалява до -Imax и след това се увеличава и достига нула. След това започва следващият период, както е показано от пунктираната линия.

Под формата на математическа формула поведението на тока се записва, както следва: i (t) \u003d Imax * sin (ω * t ± φ).

Тук i (t) е моментната стойност на тока, в зависимост от времето, Imax е стойността на амплитудата (максимално отклонение от състоянието на равновесие), ω е ъгловата честота (2 * π * f), φ е фазовият ъгъл.

Кръговата честота ω се измерва в радиани в секунда, фазовият ъгъл φ се измерва в радиани или градуси. Последното има смисъл само когато има две синусоидални течения. Например, във вериги с ток изпреварва напрежението с 90˚ или точно една четвърт от периода, което е показано на фигура 4. Ако синусоидален ток едно, тогава можете да го премествате по ордината, както искате, и това няма да промени нищо.

Фигура 4. В схеми с кондензатор токът изпреварва напрежението с една четвърт от периода

Физическото значение на ъгловата честота ω е в какъв ъгъл в радиани синусоидата ще „изтича“ за една секунда.

Период - T е времето, през което синусоидата ще направи едно пълно трептене. Същото се отнася и за вибрациите от други форми, например правоъгълни или триъгълни. Периодът се измерва в секунди или по-малки единици: милисекунди, микросекунди или наносекунди.

Друг параметър на всеки периодичен сигнал, включително синусоиди, е честотата, колко трептения ще направи сигналът за 1 секунда. Единицата за измерване на честотата е херцът (Hz), кръстен на учения от 19-ти век Хайнрих Херц. Така че, честотата от 1 Hz не е нищо повече от една вибрация / секунда. Например, честотата на осветителната мрежа е 50 Hz, тоест точно 50 периода на синусоидален проход в секунда.

Ако периодът на тока е известен (възможно е), тогава честотата на сигнала ще помогне да се открие формулата: f \u003d 1 / T. Освен това, ако времето се изрази в секунди, резултатът ще бъде в херци. Обратно, T \u003d 1 / f, честота в Hz, времето се получава в секунди. Например, ако периодът е 1/50 \u003d 0,02 секунди или 20 милисекунди. В електричеството често се използват по-високи честоти: KHz - килогерца, MHz - мегагерца (хиляди и милиони трептения в секунда) и т.н.

Всичко казано за ток важи и за променливото напрежение: на фиг. 6 е достатъчно просто да промените буквата I на U. Формулата ще изглежда така: u (t) \u003d Umax * sin (ω * t ± φ).

Тези обяснения са достатъчни, за да се върнете към тях експерименти с кондензатори и да обяснят физическото им значение.

Кондензаторът провежда променлив ток, който е показан във веригата на фигура 3 (вижте статията -). Яркостта на лампата се увеличава, когато е свързан допълнителен кондензатор. Когато кондензаторите са свързани паралелно, капацитетът им просто се сумира, така че може да се приеме, че капацитетът Xc зависи от капацитета. В допълнение, това също зависи от честотата на тока и следователно формулата изглежда така: Xc \u003d 1/2 * π * f * C.

От формулата следва, че с увеличаване на капацитета на кондензатора и честотата на променливото напрежение, съпротивлението Xc намалява. Тези зависимости са показани на фигура 5.

Фигура 5. Зависимост реактивно съпротивление кондензатор от капацитет

Ако замените честотата в Hertz във формулата и капацитета във Farads, резултатът ще бъде в ома.

Ще се загрее ли кондензаторът?

Сега нека си припомним опита с кондензатор и електромер, защо не се върти? Факт е, че уредът отчита активната енергия, когато потребителят е чисто активен товар, например лампи с нажежаема жичка, електрическа кана или електрическа печка. За такива потребители напрежението и токът са във фаза, имат един и същ знак: ако умножите две отрицателни числа (напрежение и ток по време на отрицателен полупериод), резултатът, според законите на математиката, все още е положителен. Следователно силата на такива потребители винаги е положителна, т.е. влиза в товара и се освобождава под формата на топлина, както е показано на фигура 6 от пунктираната линия.

Фигура 6.

В случая, когато кондензатор е включен във веригата на променлив ток, токът и напрежението във фаза не съвпадат: токът изпреварва напрежението във фаза с 90˚, което води до факта, че се получава комбинация, когато токът и напрежението имат различни знаци.

Фигура 7.

В тези моменти мощността се оказва отрицателна. С други думи, когато мощността е положителна, кондензаторът се зарежда, а когато е отрицателен, съхранената енергия се изпраща обратно към източника. Следователно средно се оказва нули и просто няма какво да се брои.

Кондензаторът, ако, разбира се, е годен за експлоатация, дори изобщо няма да се нагрее. Затова често кондензаторът се нарича съпротивление без вълна, което позволява използването му в безтрансформаторни захранвания с ниска мощност. Въпреки че такива блокове не се препоръчват поради опасностите им, понякога те трябва да бъдат направени.

Преди да инсталирате в такова устройство гасящ кондензатор, трябва да се провери, като просто се включи в мрежата: ако кондензаторът не се нагрее за половин час, той може безопасно да бъде включен във веригата. В противен случай просто трябва да го изхвърлите без съжаление.

Какво показва волтметърът?

При производството и ремонта на различни устройства, макар и не много често, човек трябва да измерва променливи напрежения и дори течения. Ако синусоидата се държи толкова неспокойно, тогава нагоре, после надолу, какво ще покаже един обикновен волтметър?

Средната стойност на периодичен сигнал, в този случай синусоида, се изчислява като площта, ограничена от оста на абсцисата и графичното представяне на сигнала, разделена на 2 * π радиана или периода на синусоидата. Тъй като горната и долната части са абсолютно еднакви, но имат различни знаци, средната стойност на синусоидата е нула и изобщо не е необходимо да се измерва и дори просто безсмислено.

Следователно измервателният уред ни показва ефективната стойност на напрежението или тока. RMS е стойността на периодичния ток, при който се отделя същото количество топлина при същия товар, както при постоянен ток. С други думи, крушката свети със същата яркост.

Формулите го описват така: Icrk \u003d 0,707 * Imax \u003d Imax / √2 за напрежение формулата е една и съща, достатъчно е да се промени една буква Ucr \u003d 0,707 * Umax \u003d Umax / x2 Именно тези стойности показва измервателното устройство. Те могат да бъдат заменени във формули, когато се изчислява съгласно закона на Ом или когато се изчислява мощност.

Но това не е всичко, на което е способен кондензатор в променливотокова мрежа. Следващата статия ще разгледа използването на кондензатори в импулсни вериги, високочестотни и нискочестотни филтри, в синусоидални и квадратно-вълнови генератори.

Бързата промяна в силата на тока и неговата посока, която характеризира променливия ток, води до редица важни характеристики, които различават действието на променливия ток от постоянния. Някои от тези характеристики се виждат ясно в следващите експерименти.

1. Преминаване на променлив ток през кондензатор. Да предположим, че разполагаме с източник на постоянен ток с напрежение 12 V (батерия) и източник на променлив ток с напрежение 12 V. Чрез свързване на малка крушка с нажежаема жичка към всеки от тези източници ще видим, че и двете крушки горят еднакво ярко (фиг. 298 и). Сега нека включим кондензатор във веригата както на първата, така и на втората крушка голям капацитет (Фиг. 298, б). Ще открием, че в случай на постоянен ток електрическата крушка изобщо не свети, но в случай на променлив ток нейното сияние остава почти същото като преди. Липсата на отопление в постояннотоковата верига е лесна за разбиране: между плочите на кондензатора има изолационен слой, така че веригата е отворена. Сиянието на крушката във веригата за променлив ток изглежда невероятно.

Фигура: 298. Преминаване на променлив ток през кондензатор: а) електрическите крушки, включени във верига с постоянен ток (вдясно) или променлив ток (вляво), се нагряват по същия начин; б) когато кондензатор е свързан към кондензаторната верига, постоянният ток спира, променливият ток продължава да тече и да нажежи крушката

Ако обаче се замислите, тогава няма нищо загадъчно в това. Тук имаме само често повторение на добре познатия процес на зареждане и разреждане на кондензатор. Когато свържем (фиг. 299, а) кондензатора към източника на ток (чрез завъртане на лоста на превключвателя наляво), тогава токът тече през проводниците, докато натрупаните върху плочите на кондензатора заряди създават потенциална разлика, която балансира напрежението на източника. В този случай в кондензатора се създава електрическо поле, в което се концентрира определено количество енергия. Когато свързваме плочите на заредения кондензатор с проводник, като изключваме източника на ток (чрез завъртане на лоста на превключвателя надясно), зарядът ще тече през проводника от една плоча на друга и в проводника, който включва електрическата крушка, ще премине краткотраен ток. Полето в кондензатора изчезва и енергията, съхранявана в него, се изразходва за нагряване на крушката.

Фигура: 299. Всеки път, когато кондензаторът се презареди, крушката мига: а) зареждане на кондензатора (ключ - отляво) и неговото разреждане през електрическата крушка (ключ - отдясно); б) бързо зареждане и разреждане на кондензатора при завъртане на ключа, светлината мига; в) кондензатор и крушка в променлив ток

Какво се случва, когато променлив ток премине през кондензатор, е много ясно илюстрирано от експеримента, показан на фиг. 299, б. Чрез завъртане на лоста на превключвателя надясно свързваме кондензатора към източника на ток и плоча 1 се зарежда положително, а плоча 2 се зарежда отрицателно. Когато превключвателят е в средно положение, когато веригата е отворена, кондензаторът се разрежда през електрическата крушка. Когато завъртите копчето на превключвателя наляво, кондензаторът се зарежда отново, но този път табела 1 се зарежда отрицателно и плоча 2 се зарежда положително. Премествайки бързо лоста на превключвателя в едната посока, след това в другата, ще видим, че при всяка смяна на контакта крушката мига за миг, тоест през нея преминава краткотраен ток. Ако превключите достатъчно бързо, тогава светкавиците на крушката следват една друга толкова бързо, че тя ще гори непрекъснато; в същото време през него протича ток, който често променя посоката си. В този случай електрическото поле в кондензатора ще се променя през цялото време: то ще се създаде, след това ще изчезне, след което ще се създаде отново с обратната посока. Същото се случва, когато включим кондензатор във верига на променлив ток (фиг. 299, в).

2. Преминаване на променлив ток през бобина с висока индуктивност. Нека включим в схемата, показана на фиг. 298, b, вместо кондензатор, намотка от медна тел с голям брой завои, вътре в която е поставена желязна сърцевина (фиг. 300). Както е известно, такива намотки имат висока индуктивност (§ 144). Съпротивлението на такава намотка при постоянен ток ще бъде малко, тъй като е направено от доста дебел проводник. При постоянен ток (фиг. 300, а) крушката гори ярко, при променлив ток (фиг. 300, б) нажежаването е почти незабележимо. Опитът с постоянен ток е разбираем: тъй като съпротивлението на намотката е малко, неговото присъствие почти не променя тока и лампата гори ярко. Защо бобината отслабва променливия ток? Постепенно ще издърпаме желязната сърцевина от намотката. Ще открием, че крушката се загрява все повече и повече, тоест с удължаването на сърцевината токът във веригата се увеличава. С пълното отстраняване на сърцевината, нажежаването на крушката може да достигне почти нормално, ако броят на завъртанията на намотката не е много голям. Но удължаването на сърцевината намалява индуктивността на намотката. По този начин виждаме, че бобина с ниско съпротивление, но с голяма индуктивност, включена в променливотоковата верига, може значително да намали този ток.

Фигура: 300. Крушката е включена във веригата на постоянен (а) и променлив (б) ток. Намотката се включва последователно с лампата. При постоянен ток светлината е ярка, при променлив - слаба

Ефектът от бобина с голяма индуктивност върху променлив ток също е лесен за обяснение. Променлив ток е ток, чиято сила се променя бързо, след това се увеличава, след това намалява. С тези промени във веригата, напр. и т.н. самоиндукция, която зависи от индуктивността на веригата. Посоката на това д. и т.н. (както видяхме в § 139) е такова, че действието му предотвратява промяна в тока, тоест намалява амплитудата на тока, а оттам и ефективната му стойност. Докато индуктивността на проводниците е малка, това допълнително е. и т.н. също е малък и ефектът му е почти незабележим. Но при наличието на голяма индуктивност, тази допълнителна ем. и т.н. може значително да повлияе на променлив ток.

За кондензаторите е писано много, струва ли си да добавите още няколко хиляди думи към милионите, които вече съществуват? Ще го добавя! Вярвам, че моята презентация ще бъде полезна. В края на краищата това ще бъде направено, като се вземе предвид.

Какво е електрически кондензатор

Ако говорим на руски, кондензаторът може да се нарече "съхранение". Още по-ясно е по този начин. Нещо повече, така се превежда това име на нашия език. Стъклото може да се нарече и кондензатор. Само той натрупва течност в себе си. Или чанта. Да, чанта. Оказва се и задвижване. Той натрупва в себе си всичко, което поставяме там. Какво общо има електрическият кондензатор? Това е същото като чаша или чанта, но само се натрупва електрически заряд.

Представете си картина: електрически ток преминава през веригата, резистори, проводници се срещат по пътя си и, bam, се появява кондензатор (стъкло). Какво ще се случи? Както знаете, токът е поток от електрони и всеки електрон има електрически заряд. По този начин, когато някой каже, че ток преминава през веригата, вие си представяте милиони електрони, които текат по веригата. Това е същата електроника, когато кондензатор се появи по пътя им и се натрупва. Колкото повече натискаме електрони в кондензатора, толкова повече ще бъде неговият заряд.

Възниква въпросът, колко електрони могат да се съхраняват по този начин, колко ще се поберат в кондензатора и кога той ще "изяде"? Нека разберем. Много често за опростено обяснение на прости електрически процеси използвайте сравнение с вода и тръби. Нека използваме и този подход.

Представете си тръба, през която тече вода. В единия край на тръбата има помпа, която принуждава водата в тази тръба. След това мислено поставете гумена мембрана през тръбата. Какво ще се случи? Мембраната ще започне да се разтяга и да се напряга под действието на налягането на водата в тръбата (налягането се създава от помпата). Тя ще се разтегне, разтегне, разтегне и в резултат на това еластичната сила на мембраната или ще балансира силата на помпата и потокът от вода ще спре, или мембраната ще се счупи (Ако това не е ясно, тогава си представете балон, който ще се спука, ако го изпомпате твърде силно)! Същото се случва и в електрически кондензатори... Само там вместо мембрана се използва електрическо поле, което нараства, когато кондензаторът се зарежда и постепенно балансира напрежението на източника на енергия.

По този начин кондензаторът има определен ограничителен заряд, който може да натрупа и след надвишаване на който ще се появи диелектричен пробив в кондензатор ще се счупи и ще спре да бъде кондензатор. Време е, очевидно, да разкажем как работи кондензаторът.

Как работи електрически кондензатор

В училище ви казаха, че кондензаторът е такова нещо, което се състои от две плочи и кухина между тях. Тези плочи бяха наречени кондензаторни плочи и към тях беше свързано окабеляване, за да се подаде напрежение към кондензатора. Така че съвременните кондензатори не са много различни. Всички те също имат плочи и между плочите има диелектрик. Поради наличието на диелектрик, характеристиките на кондензатора се подобряват. Например капацитетът му.

В съвременните кондензатори се използват различни видове диелектрици (повече за това по-долу), които се натискат между кондензаторните плочи по най-сложните начини за постигане на определени характеристики.

Принцип на действие

Общият принцип на работа е съвсем прост: прилага се напрежение - зарядът се е натрупал. Физическите процеси, които се извършват сега, не трябва да ви интересуват особено, но ако искате, можете да прочетете за това във всяка книга по физика в раздела за електростатиката.

DC кондензатор

Ако поставим нашия кондензатор електрическа верига (Фиг. По-долу), включете амперметъра последователно с него и приложете постоянен ток към веригата, след това иглата на амперметъра се потрепва за кратко, а след това замръзва и ще покаже 0А - няма ток във веригата. Какво стана?

Ще приемем, че преди токът да бъде подаден към веригата, кондензаторът е бил празен (разреден) и когато се прилага токът, той започва да се зарежда много бързо, а когато се зарежда (електрическото поле между плочите на кондензатора балансира източника на енергия), токът спря (ето графиката на заряда на кондензатора).

Ето защо се казва, че кондензаторът не пропуска постоянен ток. Всъщност той преминава, но много кратко време, което може да се изчисли по формулата t \u003d 3 * R * C (Времето за зареждане на кондензатора до обема от 95% от номинала. R е съпротивлението на веригата, C е капацитетът на кондензатора) Ето как кондензаторът се държи в постоянна верига текущ. Той се държи по съвсем различен начин в променлива верига!

AC кондензатор

Какво е променлив ток? Това е, когато електроните "се движат" първо там, след това обратно. Тези. посоката на движението им се променя през цялото време. След това, ако променлив ток минава по веригата с кондензатор, тогава "+" зареждане, а след това "-" ще се натрупва на всяка от нейните плочи. Тези. всъщност ще тече променлив ток. Това означава, че променливият ток протича през кондензатора „безпрепятствено“.

Целият този процес може да бъде моделиран по метода на хидравличната аналогия. На снимката по-долу е аналог на променливотокова верига. Буталото изтласква течността напред и назад. Това води до въртене на работното колело напред-назад. Оказва се, че е променлив поток на течността (прочетете променлив ток).

Нека сега поставим модел на кондензатор под формата на мембрана между източника на сила (бутало) и работното колело и да анализираме какво ще се промени.

Изглежда, че нищо няма да се промени. Както течността извършва колебателни движения, така и ги прави, тъй като работното колело се колебае поради това, ще трепне. Това означава, че нашата мембрана не е пречка за променлив поток. Ще бъде и за електронен кондензатор.

Факт е, че въпреки че електроните, които минават по веригите и не пресичат диелектрика (мембраната) между кондензаторните плочи, извън кондензатора, тяхното движение е колебателно (напред-назад), т.е. потоци с променлив ток. Ех!

По този начин кондензаторът преминава през променлив ток и забавя постоянния ток. Това е много удобно, когато трябва да премахнете DC компонента в сигнала, например на изхода / входа на аудио усилвател или когато трябва само да гледате променлива част сигнал (пулсации на изхода на източник с постоянно напрежение).

Съпротивление на кондензатора

Кондензаторът има съпротивление! По принцип това би могло да се предположи още от факта, че през него не преминава постоянен ток, сякаш е резистор с толкова много високо съпротивление.

Променливият ток е друг въпрос - той преминава, но изпитва съпротивление от страна на кондензатора:

f - честота, С - капацитет на кондензатора. Ако се вгледате внимателно във формулата, ще видите, че ако токът е постоянен, тогава f \u003d 0 и след това (нека войнствените математици ми простят!) X c \u003d безкрайност.И през кондензатора няма постоянен ток.

Но съпротивлението на променлив ток ще се промени в зависимост от неговата честота и капацитета на кондензатора. Колкото по-висока е честотата на тока и капацитетът на кондензатора, толкова по-малко той се съпротивлява на този ток и обратно. Колкото по-бързо се променя напрежението
напрежение, колкото по-голям е токът през кондензатора, това обяснява намаляването на Xc с нарастваща честота.

Между другото, друга характеристика на кондензатора е, че той не генерира мощност, не се загрява! Следователно, понякога се използва за овлажняване на напрежението, където резисторът би пушил. Например, за понижаване на мрежовото напрежение от 220V на 127V. И още:

Токът в кондензатора е пропорционален на скоростта на напрежението, приложено към неговите клеми

Къде се използват кондензатори

Да, навсякъде, където се изискват техните свойства (не пропускайте постоянен ток, способността да се натрупва електрическа енергия и променя съпротивлението си в зависимост от честотата), във филтри, в осцилаторни вериги, в умножители на напрежение и др.

Какви са кондензаторите

Индустрията произвежда много различни видове кондензатори. Всеки от тях има определени предимства и недостатъци. Някои имат нисък ток на утечка, други имат голям капацитет, а трети имат нещо друго. В зависимост от тези показатели се избират кондензатори.

Радиолюбителите, особено като ние - начинаещите - не се притесняваме твърде много и залагаме каквото намерят. Независимо от това, трябва да знаете кои основни видове кондензатори съществуват в природата.

Картината показва много произволно разделение на кондензаторите. Измислих го по мой вкус и ми харесва, защото веднага става ясно дали има променливи кондензаторикакво са фиксирани кондензатори и какви диелектрици се използват в обикновените кондензатори. Като цяло всичко, от което се нуждае радиолюбител.

Те имат нисък ток на утечка, малки размери, ниска индуктивност, могат да работят при високи честоти и в постояннотокови, пулсиращи и променливи токови вериги.

Те се произвеждат в широк диапазон от работни напрежения и мощности: от 2 до 20 000 pF и в зависимост от версията издържат на напрежение до 30 kV. Но по-често ще се срещате керамични кондензатори с работно напрежение до 50V.

Честно казано, не знам дали са пуснати сега. Но по-рано в такива кондензатори слюдата се използва като диелектрик. А самият кондензатор се състоеше от пакет слюда, върху всяка от които плочките бяха нанесени от двете страни, а след това такива плочи бяха сглобени в "пакет" и опаковани в кутия.

Обикновено те имаха капацитет от няколко хиляди до десетки хиляди пикофради и работеха в диапазона на напрежението от 200 V до 1500 V.

Кондензатори за хартия

Такива кондензатори имат кондензаторна хартия като диелектрик и алуминиеви ленти като плочи. Дълги ленти от алуминиево фолио с ивица хартия, затворена между тях, се навиват и опаковат в кутия. Това е целият трик.

Тези кондензатори са с капацитет от хиляди пикофради до 30 микрофрада и могат да издържат на напрежение от 160 до 1500 V.

Говори се, че сега те са оценени от аудиофилите. Не се учудвам - те също имат еднопосочни проводникови проводници ...

По принцип конвенционални кондензатори с полиестер като диелектрик. Разпределение на капацитета от 1 nF до 15 mF при работно напрежение от 50 V до 1500 V.

Този тип кондензатор има две различни предимства. Първо, те могат да бъдат направени с много малък толеранс от само 1%. Така че, ако върху това е написано 100 pF, тогава капацитетът му е 100 pF +/- 1%. И второто е, че работното им напрежение може да достигне до 3 kV (а капацитетът е от 100 pF до 10 mF)

Електролитични кондензатори

Тези кондензатори се различават от всички останали по това, че могат да се включват само в постоянен ток или пулсираща токова верига. Те са полярни. Те имат плюс и минус. Това се дължи на техния дизайн. И ако такъв кондензатор е включен обратно, тогава той най-вероятно ще набъбне. И преди те също експлодираха по забавен, но опасен начин. Има алуминиеви и танталови електролитни кондензатори.

Алуминиевите електролитни кондензатори са проектирани почти като хартиени, с единствената разлика, че плочите на такъв кондензатор са хартиени и алуминиеви ленти. Хартията се импрегнира с електролит и върху алуминиевата лента се нанася тънък оксиден слой, който действа като диелектрик. Ако приложите променлив ток към такъв кондензатор или го включите отново към полярностите на изхода, тогава електролитът кипи и кондензаторът отказва.

Електролитните кондензатори имат достатъчно голям капацитет, поради което те, например, често се използват в токоизправителни вериги.

Това е може би всичко. Кондензатори с диелектрик, направен от половин карбонат, полистирол и вероятно много други видове бяха оставени зад кулисите. Но мисля, че ще е излишно.

Следва продължение...

Във втората част планирам да покажа примери за типично използване на кондензатори.

Относно заряда на кондензатора.

Нека затворим веригата. Токът на заряд на кондензатора ще тече във веригата. Това означава, че част от електроните от лявата плоча на кондензатора ще отидат в проводника, а същият брой електрони ще влязат в дясната плоча от жицата. И двете плочи ще бъдат заредени с противоположни заряди със същата величина.

Между плочите в диелектрика ще има електрическо поле.

Сега нека отворим веригата. Кондензаторът ще остане зареден. Нека късо съединение на облицовката му с парче тел. Кондензаторът ще се разреди незабавно. Това означава, че излишък от електрони ще влезе в проводника от дясната плоча, а липсата на електрони ще влезе в лявата плоча от жицата. Електроните ще бъдат еднакви на двете плочи, кондензаторът ще бъде разреден.

До какво напрежение се зарежда кондензаторът?

Той се зарежда към напрежението, което се прилага към него от източника на захранване.

Съпротивление на кондензатора.

Нека затворим веригата. Кондензаторът започна да се зарежда и веднага се превърна в източник на ток, напрежение, EDS. Фигурата показва, че EDS на кондензатора е насочен срещу източника на ток, който го зарежда.

Противодействие електродвижеща сила зареден кондензатор Зарядът на този кондензатор се нарича капацитет.

Цялата енергия, изразходвана от източника на ток за преодоляване на капацитивното съпротивление, се преобразува в енергията на електрическото поле на кондензатора. Когато кондензаторът се разреди, цялата енергия на електрическото поле ще се върне обратно във веригата под формата на енергия електрически ток... По този начин, капацитивното съпротивление е реактивно съпротивление, т.е. не причиняващи невъзстановими енергийни загуби.

Защо постоянният ток не преминава през кондензатора, но променливият ток го прави?

Нека включим веригата за постоянен ток. Лампата ще мига и изгасва, защо? Тъй като токът на заряд на кондензатора премина през веригата. Веднага след като кондензаторът се зареди към напрежението на батерията, токът във веригата ще спре.

Сега нека затворим веригата за променлив ток. През първото тримесечие на периода напрежението на генератора се увеличава от 0 до максимум. Токът на заряда на кондензатора протича във веригата. През второто тримесечие на периода напрежението на генератора намалява до нула. Кондензаторът се разрежда през генератора. След това кондензаторът се зарежда и разрежда отново. По този начин зарядният и разрядният ток на кондензатора протичат във веригата. Светлината ще свети непрекъснато.

В схема с кондензатор токът протича навсякъде затворена верига, включително в кондензаторния диелектрик. В заряден кондензатор се генерира електрическо поле, което поляризира диелектрика. Поляризацията е въртене на електроните в атомите в продълговати орбити.

Едновременната поляризация на огромен брой атоми образува ток, наречен ток на отклонение. По този начин токът протича в проводниците и в диелектрика със същата величина.

Капацитивното съпротивление на кондензатор се определя по формулата

Разглеждайки графиката, заключаваме: токът във веригата с чисто капацитивно съпротивление изпреварва напрежението с 90 0.

Възниква въпросът как токът във веригата може да доведе напрежението на генератора? Във веригата токът тече последователно от два източника на ток, от генератор и от кондензатор. Когато напрежението на генератора е нула, токът във веригата е максимален. Това е разрядният ток на кондензатора.

За истински кондензатор

Истинският кондензатор има две съпротивления едновременно: активен и капацитивен.Те трябва да се считат за включени в серии.

Напрежението, приложено от генератора към активното съпротивление и токът, протичащ през активното съпротивление, са във фаза.

Напрежението, приложено от генератора към капацитивното съпротивление и токът, протичащ през капацитивното съпротивление, се изместват фазово с 90 0. Полученото напрежение, приложено от генератора към кондензатора, може да се определи по правилото на паралелограма.

На активна съпротива напрежение U действа и ток I съвпадат по фаза. На капацитивното съпротивление напрежението U c изостава от тока I с 90 0. Полученото напрежение, приложено от генератора към кондензатора, се определя от правилото на паралелограма. Това получено напрежение изостава от тока I с някакъв ъгъл φ, винаги по-малко от 90 0.

Определяне на полученото съпротивление на кондензатор

Полученото съпротивление на кондензатор не може да бъде намерено чрез сумиране на стойностите на неговите активни и капацитивни съпротивления. Това се прави с помощта на формулата