Kroz kondenzator ne teče istosmjerna struja. Zašto izmjenična struja prolazi kroz kondenzator, a istosmjerna ne prolazi

\u003e\u003e Fizika, razred 11 \u003e\u003e Kondenzator u izmjeničnom krugu

§ 33 KAPACITOR U SKLOPU izmjenične struje

Istosmjerna struja ne može teći kroz krug koji sadrži kondenzator. Doista, u ovom slučaju ispada da je krug otvoren, jer su ploče kondenzatora odvojene dielektrikom.

Kroz krug koji sadrži kondenzator može teći izmjenična struja. To se može provjeriti jednostavnim iskustvom.

Pretpostavimo da imamo izvore izravnog i izmjeničnog napona, a izravni napon na stezaljkama izvora jednak je efektivnoj vrijednosti izmjeničnog napona. Krug se sastoji od kondenzatora i žarulje sa žarnom niti (slika 4.13) povezane u seriju. Kada se uključi stalni napon (prekidač je okrenut ulijevo, krug je spojen na točke AA "), žarulja ne svijetli. Ali kad se uključi izmjenični napon (prekidač je okrenut udesno, krug je spojen na točke BB"), lampica svijetli ako je kapacitet kondenzatora dovoljno velik.

Kako naizmjenična struja može ići duž kruga ako je stvarno otvoren (naboji se ne mogu pomicati između ploča kondenzatora)? Stvar je u tome što dolazi do povremenog punjenja i pražnjenja kondenzatora pod utjecajem izmjeničnog napona. Struja koja teče u krugu kada se kondenzator napuni zagrijava žarulju žarulje.

Utvrdit ćemo kako se jakost struje u krugu koji sadrži samo kondenzator mijenja s vremenom ako se može zanemariti otpor žica i ploča kondenzatora (slika 4.14).

Napon kondenzatora

Struja, koja je vremenski derivat naboja, iznosi:

Slijedom toga, fluktuacije trenutne jakosti ispred su faznih fluktuacija napona na kondenzatoru u (slika 4.15).

Amplituda jakosti struje je:

I m \u003d U m C. (4.29)

Ako uvedemo oznaku

i umjesto da amplitude struje i napona koriste njihove efektivne vrijednosti, dobivamo

Vrijednost X c, recipročna vrijednost umnoška C cikličke frekvencije i kapacitivnosti kondenzatora, naziva se kapacitivnost. Uloga ove veličine slična je ulozi aktivnog otpora R u Ohmovu zakonu (vidi formulu (4.17)). Efektivna vrijednost jakosti struje povezana je s efektivnom vrijednošću napona na kondenzatoru na isti način kao što su jačina struje i napon za dio kruga povezani prema Ohmovom zakonu istosmjerna struja... To nam omogućuje da vrijednost X c smatramo otporom kondenzatora na izmjeničnu struju (kapacitivni otpor).

Što je veći kapacitet kondenzatora, to je aktualniji napuniti. To se lako otkriva povećanjem užarenosti žarulje s povećanjem kapaciteta. Iako je istosmjerni otpor kondenzatora beskrajno velik, njegov izmjenični otpor ima konačnu vrijednost X c. Smanjuje se s povećanjem kapaciteta. Također se smanjuje s povećanjem učestalosti.

U zaključku napominjemo da tijekom četvrtine razdoblja kada se kondenzator napuni do maksimalnog napona, energija ulazi u krug i pohranjuje se u kondenzatoru u obliku energije električno polje... U sljedećem tromjesečju razdoblja, kada se kondenzator isprazni, ta se energija vraća u mrežu.

Otpor kruga s kondenzatorom obrnuto je proporcionalan umnošku cikličke frekvencije i električnog kapaciteta. Kolebanja struje su u fazi ispred fluktuacija napona za.

1. Kako su povezane efektivne vrijednosti struje i napona na kondenzatoru u krugu izmjenične struje!
2. Je li se energija oslobađa u krugu koji sadrži samo kondenzator, ako se aktivni otpor kruga može zanemariti!
3. Prekidač je vrsta kondenzatora. Zašto prekidač pouzdano otvara krug!

Što je izmjenična struja

Ako uzmemo u obzir istosmjernu struju, ona možda neće uvijek biti savršeno konstantna: napon na izlazu izvora može ovisiti o opterećenju ili o stupnju pražnjenja baterije ili galvanske baterije. Čak i uz konstantni stabilizirani napon, struja u vanjskom krugu ovisi o opterećenju, što potvrđuje Ohmov zakon. Ispada da ovo također nije sasvim istosmjerna struja, ali takvu se struju ne može nazvati ni izmjeničnom, jer ne mijenja smjer.

Varijabla se obično naziva napon ili struja, čiji se smjer i veličina ne mijenjaju pod utjecajem vanjskih čimbenika, na primjer, opterećenja, već potpuno "neovisno": tako je generira generator. Uz to, te promjene moraju biti periodične, t.j. ponavljanje nakon određenog vremenskog razdoblja, nazvanog razdobljem.

Ako se napon ili struja slučajno mijenjaju, bez brige o periodičnosti i ostalim obrascima, takav signal naziva se šum. Klasičan primjer je "snijeg" na TV ekranu sa slabim emitiranim signalom. Primjeri nekih periodičnih električnih signala prikazani su na slici 1.

Za istosmjernu struju postoje samo dvije karakteristike: polaritet i napon izvora. U slučaju izmjenične struje, ove dvije veličine su očito nedostatne, pa se pojavljuje još nekoliko parametara: amplituda, frekvencija, razdoblje, faza, trenutna i efektivna vrijednost.

Slika 1.

Najčešće se u tehnologiji moraju nositi sa sinusnim oscilacijama, i to ne samo u elektrotehnici. Zamislite kotač automobila. Pri ravnomjernoj vožnji po dobroj cesti, središte kotača slijedi ravnu liniju paralelnu s površinom ceste. Istodobno, bilo koja točka na obodu kotača kreće se sinusno u odnosu na upravo spomenutu ravnu crtu.

To može potvrditi slika 2, koja prikazuje grafičku metodu konstrukcije sinusoide: tko je dobro podučavao crtanje, savršeno razumije kako se takve konstrukcije izvode.

Slika 2.

Iz školskog tečaja fizike poznato je da je sinusoida najčešća i najprikladnija za proučavanje periodične krivulje. Upravo se u alternatorima dobivaju i sinusne oscilacije, što je posljedica njihove mehaničke izvedbe.

Slika 3 prikazuje graf sinusne struje.

Slika 3.

Lako je vidjeti da se veličina struje mijenja s vremenom, stoga je osa ordinata na slici označena kao i (t), što je funkcija struje i vremena. Puno razdoblje struje označeno je punom crtom i ima razdoblje T. Ako počnete gledati ishodište, možete vidjeti da se prvo struja povećava, doseže Imax, prolazi kroz nulu, smanjuje se na -Imax, a zatim se povećava i ide na nulu. Tada započinje sljedeće razdoblje, kao što pokazuje točkasta crta.

U obliku matematičke formule trenutno se ponašanje zapisuje na sljedeći način: i (t) \u003d Imax * sin (ω * t ± φ).

Ovdje je i (t) trenutna vrijednost struje, ovisno o vremenu, Imax je vrijednost amplitude (maksimalno odstupanje od stanja ravnoteže), ω je kutna frekvencija (2 * π * f), φ je fazni kut.

Kutna frekvencija ω mjeri se u radijanima u sekundi, a fazni kut φ mjeri se u radijanima ili stupnjevima. Potonje ima smisla samo kada postoje dvije sinusoidne struje. Na primjer, u strujnim krugovima struja je ispred napona za 90˚ ili točno za četvrtinu razdoblja, što je prikazano na slici 4. Ako sinusna struja jedan, tada ga možete pomicati po ordinati kako želite, a to neće ništa promijeniti.

Slika 4. U krugovima s kondenzatorom struja je ispred napona za četvrtinu perioda

Fizičko značenje kutne frekvencije ω je u tome pod kojim će kutom u radijanima sinusoida "trčati" u jednoj sekundi.

Razdoblje - T je vrijeme tijekom kojeg će sinusoida izvršiti jedno potpuno osciliranje. Isto se odnosi na vibracije različitog oblika, na primjer pravokutne ili trokutaste. Razdoblje se mjeri u sekundama ili manjim jedinicama: milisekunde, mikrosekunde ili nanosekunde.

Sljedeći parametar bilo kojeg periodičnog signala, uključujući sinusoidu, jest frekvencija, koliko će titraja signal izvesti u 1 sekundi. Mjerna jedinica za frekvenciju je herc (Hz), nazvan po znanstveniku iz 19. stoljeća Heinrichu Hertzu. Dakle, frekvencija od 1 Hz nije ništa više od jedne vibracije u sekundi. Na primjer, frekvencija rasvjetne mreže je 50 Hz, odnosno točno 50 perioda sinusoidnog prolaska u sekundi.

Ako je razdoblje struje poznato (moguće je), tada će frekvencija signala pomoći da se sazna formula: f \u003d 1 / T. Štoviše, ako je vrijeme izraženo u sekundama, tada će rezultat biti u hercima. Suprotno tome, T \u003d 1 / f, frekvencija u Hz, vrijeme se dobiva u sekundama. Na primjer, ako je razdoblje 1/50 \u003d 0,02 sekunde ili 20 milisekundi. U električnoj energiji često se koriste više frekvencije: KHz - kilohertz, MHz - megahertz (tisuće i milijuni oscilacija u sekundi) itd.

Sve što je rečeno za struju vrijedi i za izmjenični napon: na slici 6, jednostavno promijenite slovo I u U. Formula će izgledati ovako: u (t) \u003d Umax * sin (ω * t ± φ).

Ova su objašnjenja dovoljna da se vratite natrag eksperimenti s kondenzatorima i objasniti njihovo fizičko značenje.

Kondenzator provodi izmjeničnu struju, što je prikazano u krugu na slici 3 (vidi članak -). Svjetlina sjaja žarulje povećava se kad je spojen dodatni kondenzator. Kad su kondenzatori spojeni paralelno, njihovi se kapaciteti jednostavno zbrajaju, pa se može pretpostaviti da kapacitivni otpor Xc ovisi o kapacitetu. Uz to, to ovisi i o frekvenciji struje, pa stoga formula izgleda ovako: Xc \u003d 1/2 * π * f * C.

Iz formule proizlazi da se s porastom kapacitivnosti kondenzatora i frekvencije izmjeničnog napona smanjuje reaktancija Xc. Te su ovisnosti prikazane na slici 5.

Slika 5. Ovisnost reaktancija kondenzator od kapaciteta

Ako u formulu zamijenite frekvenciju u Hertzima, a kapacitivnost u Faradsu, rezultat će biti u Ohmima.

Hoće li se kondenzator zagrijati?

Sjetimo se sada iskustva s kondenzatorom i električnim brojilom, zašto se ne vrti? Činjenica je da brojilo broji aktivnu energiju kada je potrošač čisto aktivno opterećenje, na primjer žarulje sa žarnom niti, električni čajnik ili električni štednjak. Za takve potrošače napon i struja su u fazi, imaju isti predznak: ako pomnožite dva negativna broja (napon i struja tijekom negativnog poluperioda), rezultat je, prema zakonima matematike, i dalje pozitivan. Stoga je snaga takvih potrošača uvijek pozitivna, t.j. ulazi u teret i oslobađa se u obliku topline, kao što je prikazano točkastom linijom na slici 6.

Slika 6.

U slučaju kada je kondenzator uključen u krug izmjenične struje, struja i napon u fazi se ne podudaraju: struja je ispred napona u fazi za 90˚, što dovodi do činjenice da se dobiva kombinacija kada struja i napon imaju različite predznake.

Slika 7.

U tim se trenucima snaga pokazuje negativnom. Drugim riječima, kada je snaga pozitivna, kondenzator se napuni, a kad je negativna, uskladištena energija šalje se natrag izvoru. Stoga se u prosjeku pokaže da su nule i jednostavno se nema što računati.

Kondenzator, ako je, naravno, upotrebljiv, uopće se neće ni zagrijati. Stoga, često kondenzator se naziva otpor bez vate, što omogućuje njegovu upotrebu u bežičnim transformatorima napajanja male snage. Iako se takvi blokovi ne preporučuju zbog svoje opasnosti, ponekad ih je potrebno učiniti.

Prije instaliranja u takvu jedinicu kaljeni kondenzator, treba provjeriti jednostavnim uključivanjem u mrežu: ako se kondenzator ne zagrije za pola sata, tada se može sigurno uključiti u krug. Inače, jednostavno ga morate baciti bez žaljenja.

Što pokazuje voltmetar?

U proizvodnji i popravku različitih uređaja, iako ne baš često, treba mjeriti izmjenični naponi pa čak i struje. Ako se sinusoida ponaša tako nemirno, pa gore, pa dolje, što će pokazati obični voltmetar?

Prosječna vrijednost periodičnog signala, u ovom slučaju sinusoide, izračunava se kao područje ograničeno osi apscise i grafički prikaz signala, podijeljen s 2 * π radijana ili razdobljem sinusoide. Budući da su gornji i donji dio potpuno jednaki, ali imaju različite znakove, prosječna vrijednost sinusoide je nula i nije je uopće potrebno mjeriti, pa čak i jednostavno besmisleno.

Stoga nam mjerač pokazuje efektivnu vrijednost napona ili struje. RMS je vrijednost periodične struje pri kojoj se na istom opterećenju oslobađa ista količina topline kao i kod istosmjerne struje. Drugim riječima, žarulja svijetli jednakom svjetlinom.

Formule to opisuju ovako: Icrk \u003d 0,707 * Imax \u003d Imax / √2 za napon, formula je ista, dovoljno je promijeniti jedno slovo Ucr \u003d 0,707 * Umax \u003d Umax / √2. Upravo te vrijednosti pokazuje mjerni uređaj. Mogu se zamijeniti formulama pri izračunavanju prema Ohmovu zakonu ili pri izračunavanju snage.

Ali to nije sve za što je sposoban kondenzator u izmjeničnoj mreži. Sljedeći će se članak osvrnuti na upotrebu kondenzatora u impulsni krugovi, visokopropusni i niskopropusni filtri, u sinusnim i kvadratnim generatorima.

Brza promjena jakosti struje i njezinog smjera, što karakterizira izmjeničnu struju, dovodi do niza važnih značajki koje razlikuju djelovanje izmjenične struje od istosmjerne. Neke od ovih značajki jasno se vide u sljedećim eksperimentima.

1. Prolazak izmjenične struje kroz kondenzator. Pretpostavimo da imamo na raspolaganju izvor istosmjerne struje s naponom od 12 V (baterija) i izvor izmjenične struje s naponom od također 12 V. Spajanjem male žarulje sa žarnom niti na svaki od tih izvora, vidjet ćemo da obje žarulje jednako jako gore (slika 298, i). Sad uključimo kondenzator u krug i prve i druge žarulje velikog kapaciteta (Slika 298, b). Otkriti ćemo da u slučaju istosmjerne struje žarulja uopće ne svijetli, ali u slučaju izmjenične struje njezin sjaj ostaje gotovo isti kao i prije. Nedostatak grijanja u istosmjernom krugu lako je razumjeti: između ploča kondenzatora postoji izolacijski sloj, tako da je krug otvoren. Sjaj žarulje u krugu izmjenične struje čini se nevjerojatnim.

Lik: 298. Prolazak izmjenične struje kroz kondenzator: a) žarulje uključene u krug istosmjerne struje (desno) ili izmjenična struja (lijevo) zagrijavaju se na isti način; b) kada je kondenzator spojen na kondenzatorski krug, konstantna struja se zaustavlja, izmjenična struja nastavlja teći i užarava žarulju

Međutim, ako dobro razmislite, onda u tome nema ništa tajanstveno. Ovdje imamo samo često ponavljanje dobro poznatog postupka punjenja i pražnjenja kondenzatora. Kad spojimo (slika 299, a) kondenzator na izvor struje (okretanjem poluge prekidača ulijevo), tada struja prolazi kroz žice sve dok naboji nakupljeni na pločama kondenzatora ne stvaraju potencijalnu razliku koja uravnotežuje napon izvora. U tom se slučaju u kondenzatoru stvara električno polje u kojem se koncentrira određena količina energije. Kada spojimo ploče nabijenog kondenzatora s vodičem, odvajajući izvor struje (okretanjem poluge prekidača udesno), naboj će teći kroz vodič s jedne ploče na drugu, a kratkotrajna struja proći će u vodiču koji uključuje žarulju. Polje u kondenzatoru nestaje, a energija pohranjena u njemu troši se na zagrijavanje žarulje.

Lik: 299. Svaki put kad se kondenzator napuni, žarulja trepće: a) punjenje kondenzatora (ključ - lijevo) i pražnjenje kroz žarulju (ključ - desno); b) brzo punjenje i pražnjenje kondenzatora pri okretanju ključa, svjetlo treperi; c) kondenzator i žarulja u krugu izmjenične struje

Što se događa kada izmjenična struja prolazi kroz kondenzator, vrlo je jasno prikazan pokusom prikazanim na sl. 299, rođ. Okretanjem poluge prekidača udesno priključujemo kondenzator na izvor struje, a ploča 1 se pozitivno puni, a ploča 2 negativno. Kad je prekidač u srednjem položaju, kada je krug otvoren, kondenzator se prazni kroz žarulju. Kad okrenete gumb prekidača ulijevo, kondenzator se ponovno napuni, ali ovaj put se ploča 1 napuni negativno, a ploča 2 pozitivno. Brzo pomičući ručicu prekidača u jednom, pa u drugom smjeru, vidjet ćemo da pri svakoj promjeni kontakta žarulja na trenutak treperi, odnosno kroz nju prolazi kratkotrajna struja. Ako se prebacite dovoljno brzo, bljeskovi žarulje slijede se tako brzo da će neprestano gorjeti; istodobno kroz njega teče struja koja često mijenja svoj smjer. U tom će se slučaju električno polje u kondenzatoru cijelo vrijeme mijenjati: stvorit će se, zatim nestati, a zatim ponovno stvoriti u suprotnom smjeru. Isto se događa kada kondenzator uključimo u krug izmjenične struje (slika 299, c).

2. Prolazak izmjenične struje kroz zavojnicu s velikom induktivnošću. Uključimo u sklop prikazan na si. 298, b, umjesto kondenzatora, zavojnica od bakrene žice s velikim brojem zavoja, unutar koje je smještena željezna jezgra (slika 300). Kao što je poznato, takve zavojnice imaju visoku induktivnost (§ 144). Otpor takve zavojnice pri konstantnoj struji bit će mali, jer je izrađen od prilično debele žice. U slučaju istosmjerne struje (slika 300, a), žarulja gori jako, u slučaju izmjenične struje (slika 300, b) žaranje je gotovo neprimjetno. Iskustvo s istosmjernom strujom je razumljivo: budući da je otpor zavojnice mali, njezina prisutnost gotovo ne mijenja struju i žarulja svijetli jako. Zašto zavojnica prigušuje izmjeničnu struju? Postupno ćemo izvlačiti željeznu jezgru iz zavojnice. Otkriti ćemo kako se žarulja sve više zagrijava, odnosno kako se jezgra odmiče, struja u krugu se povećava. Potpunim uklanjanjem jezgre usijanje žarulje može doseći gotovo normalno ako broj zavoja zavojnice nije jako velik. Ali produženje jezgre smanjuje induktivitet zavojnice. Dakle, vidimo da zavojnica s malim otporom, ali s velikom induktivnošću, uključena u izmjenični krug, može značajno smanjiti ovu struju.

Lik: 300. Žarulja je uključena u krug istosmjerne (a) i izmjenične (b) struje. Zavojnica se uključuje serijski sa svjetiljkom. S istosmjernom strujom svjetlost je jaka, s izmjeničnom - prigušena

Učinak zavojnice s velikom induktivnošću na izmjeničnu struju također je lako objasniti. Izmjenična struja je struja čija se jakost brzo mijenja, a zatim povećava, a zatim smanjuje. Uz ove promjene u lancu, na pr. itd. sa. samoindukcija, koja ovisi o induktivnosti kruga. Smjer ovog e. itd. sa. (kao što smo vidjeli u § 139.) takav je da svojim djelovanjem sprječava promjenu struje, odnosno smanjuje amplitudu struje, a time i njezinu efektivnu vrijednost. Iako je induktivitet žica mali, ovaj dodatni em. itd. sa. je također mali i njegov je učinak gotovo neprimjetan. Ali u prisutnosti velike induktivnosti, ovaj dodatni em. itd. sa. mogu značajno utjecati na izmjeničnu struju.

O kondenzatorima je puno napisano, vrijedi li dodati još nekoliko tisuća riječi na milijune koji već postoje? Ja ću ga dodati! Vjerujem da će moja prezentacija biti korisna. Napokon, to će biti učinjeno s pažnjom.

Što je električni kondenzator

Na ruskom jeziku kondenzator se može nazvati "pohranom". Tako je još jasnije. Štoviše, ovako je prevedeno ovo ime na naš jezik. Staklo se također može nazvati kondenzatorom. Samo on u sebi nakuplja tekućinu. Ili torba. Da, torba. Ispada da je i to pogon. U sebi akumulira sve što tamo stavimo. Kakve veze električni kondenzator ima s tim? Ista je kao čaša ili vrećica, ali samo se nakuplja električno punjenje.

Zamislite sliku: električna struja prolazi kroz krug, otpornici, vodiči se susreću na putu i, bam, pojavio se kondenzator (staklo). Što će se dogoditi? Kao što znate, struja je protok elektrona, a svaki elektron ima električni naboj. Dakle, kad netko kaže da struja prolazi kroz krug, zamislite milijune elektrona koji prolaze duž kruga. To je ta ista elektronika, kada im se na putu pojavi kondenzator i nakuplja se. Što više uguramo elektrone u kondenzator, to će mu biti veći naboj.

Postavlja se pitanje, koliko se elektrona može pohraniti na ovaj način, koliko će stati u kondenzator i kada će "pojesti"? Hajde da vidimo. Vrlo često za pojednostavljeno objašnjenje jednostavnog električni procesi koristiti usporedbu s vodom i cijevima. Upotrijebimo i ovaj pristup.

Zamislite cijev kroz koju teče voda. Na jednom kraju cijevi nalazi se pumpa koja tjera vodu u tu cijev. Zatim mentalno stavite gumenu membranu preko cijevi. Što će se dogoditi? Membrana će se početi rastezati i naprezati pod djelovanjem tlaka vode u cijevi (tlak stvara pumpa). Istegnut će se, istegnuti, istegnuti i, kao rezultat toga, elastična sila membrane će ili uravnotežiti silu pumpe i protok vode će se zaustaviti, ili će se membrana slomiti (Ako to nije jasno, zamislite balon koji će puknuti ako ga prejako pumpate)! Ista stvar se događa u električni kondenzatori... Samo se tamo umjesto membrane koristi električno polje koje raste kako se kondenzator puni i postupno uravnotežuje napon izvora energije.

Dakle, kondenzator ima određeni granični naboj koji se može akumulirati i nakon prelaska kojeg će se dogoditi dielektrični proboj u kondenzatoru puknut će i prestati biti kondenzator. Vrijeme je, očito, da kažemo kako kondenzator radi.

Kako radi električni kondenzator

U školi su vam rekli da je kondenzator takva stvar koja se sastoji od dvije ploče i praznine između njih. Te su se ploče nazivale kondenzatorske ploče i na njih je bilo ožičenje povezano kako bi se napajao kondenzator naponom. Dakle, moderni kondenzatori se ne razlikuju previše. Svi oni također imaju ploče, a između ploča je dielektrik. Zahvaljujući prisutnosti dielektrika, poboljšane su karakteristike kondenzatora. Na primjer, njegov kapacitet.

U modernim kondenzatorima koriste se različite vrste dielektrika (o tome više u nastavku), koji se na najsofisticiraniji način guraju između ploča kondenzatora kako bi se postigle određene karakteristike.

Načelo rada

Općenito načelo rada je prilično jednostavno: primjenjuje se napon - naboj se nakupio. Fizički procesi koji se sada odvijaju ne bi vas trebali puno zanimati, ali ako želite, o tome možete pročitati u bilo kojoj knjizi o fizici u odjeljku elektrostatike.

Istosmjerni kondenzator

Ako stavimo svoj kondenzator strujni krug (Slika dolje), uključite ampermetar u seriju s njim i primijenite istosmjernu struju na krug, zatim se igla ampermetra kratko vrijeme trzne, a zatim se smrzne i pokazat će 0A - u krugu nema struje. Što se dogodilo?

Pretpostavit ćemo da je prije nego što je struja dovedena u krug, kondenzator bio prazan (ispražnjen), a kad je primijenjena struja počeo se vrlo brzo puniti, a kad se napunila (električno polje između ploča kondenzatora uravnotežilo je izvor snage), struja zaustavljen (ovdje je grafikon napunjenosti kondenzatora).

Zato se kaže da kondenzator ne prolazi istosmjernu struju. Zapravo prolazi, ali vrlo kratko vrijeme, što se može izračunati formulom t \u003d 3 * R * C (Vrijeme punjenja kondenzatora do zapremine 95% od nominalnog. R je otpor kruga, C je kapacitivnost kondenzatora) Tako se kondenzator ponaša u stalnom krugu Trenutno. Ponaša se na potpuno drugačiji način u promjenjivom lancu!

AC kondenzator

Što je izmjenična struja? Tada elektroni "trče" prvo tamo, a zatim natrag. Oni. smjer njihova kretanja se stalno mijenja. Zatim, ako izmjenična struja prolazi duž kruga s kondenzatorom, tada će se naboj "+" nakupljati na svakoj od njegovih ploča. Oni. izmjenična struja će zapravo teći. To znači da izmjenična struja kroz kondenzator teče "neometano".

Cijeli ovaj postupak može se modelirati metodom hidrauličke analogije. Slika dolje je analog izmjeničnog kruga. Klip potiskuje tekućinu naprijed i natrag. To dovodi do vrtnje rotora naprijed-natrag. Ispada, kao da je, izmjenični protok tekućine (čitaj izmjeničnu struju).

Postavimo sada model kondenzatora u obliku membrane između izvora sile (klipa) i radnog kola i analizirajmo što će se promijeniti.

Čini se da se ništa neće promijeniti. Kako je tekućina vršila oscilatorna kretanja, tako će ih i ona činiti, kako je rotor oscilirao zbog toga, tako će i oscilirati. To znači da naša membrana nije prepreka promjenjivom protoku. Također će biti za elektronički kondenzator.

Činjenica je da iako su elektroni koji se protežu duž lanaca i ne prelaze dielektrik (membranu) između ploča kondenzatora, već izvan kondenzatora, njihovo gibanje oscilira (naprijed-natrag), tj. teče izmjenična struja. Eh!

Dakle, kondenzator prolazi izmjeničnu struju i odgađa istosmjernu struju. To je vrlo povoljno kada trebate ukloniti istosmjernu komponentu u signalu, na primjer na izlazu / ulazu audio pojačala ili kada trebate samo gledati varijabilni dio signal (mreškanje na izlazu izvora stalnog napona).

Reaktivnost kondenzatora

Kondenzator ima otpor! U principu, to bi se moglo pretpostaviti već iz činjenice da kroz njega ne prolazi nikakva istosmjerna struja, kao da se radi o otporniku s jaaako velikim otporom.

Druga je stvar izmjenična struja - ona prolazi, ali doživljava otpor sa strane kondenzatora:

f - frekvencija, S - kapacitet kondenzatora. Ako pažljivo pogledate formulu, vidjet ćete da ako je struja konstantna, tada je f \u003d 0 i tada (neka mi militantni matematičari oproste!) X c \u003d beskonačnost.A kroz kondenzator nema istosmjerne struje.

Ali otpor izmjeničnoj struji promijenit će se ovisno o frekvenciji i kapacitetu. Što su frekvencija struje i kapacitivnost kondenzatora veće, to se ta struja manje opire i obrnuto. Što se napon brže mijenja
napona, što je veća struja kroz kondenzator, to objašnjava smanjenje Xc s porastom frekvencije.

Usput, još jedna značajka kondenzatora je da ne generira snagu, ne zagrijava se! Stoga se ponekad koristi za prigušivanje napona tamo gdje bi otpornik pušio. Na primjer, za smanjenje mrežnog napona s 220 V na 127 V. I dalje:

Struja u kondenzatoru proporcionalna je brzini napona primijenjenog na njegove stezaljke

Gdje se koriste kondenzatori

Da, gdje god su potrebna njihova svojstva (ne prolaze istosmjernu struju, sposobnost akumuliranja električna energija i mijenjati njegov otpor ovisno o frekvenciji), u filtrima, u oscilatornim krugovima, u umnoživačima napona itd.

Koji su kondenzatori

Industrija proizvodi mnogo različitih vrsta kondenzatora. Svaki od njih ima određene prednosti i nedostatke. Neki imaju malu struju curenja, drugi imaju veliki kapacitet, a treći imaju nešto drugo. Ovisno o tim pokazateljima, odabiru se kondenzatori.

Radioamateri, pogotovo što se mi - početnici - ne zamaramo previše i stavljamo ono što nađemo. Ipak, trebali biste znati koje glavne vrste kondenzatora postoje u prirodi.

Na slici je prikazana vrlo uvjetna podjela kondenzatora. Izmislila sam to po svom ukusu i sviđa mi se jer je odmah jasno je li promjenjivi kondenzatoriŠto su fiksni kondenzatori i koja se dielektrika koristi u uobičajenim kondenzatorima. Općenito, sve što treba radioamateru.

Imaju malu struju curenja, male dimenzije, malu induktivnost, mogu raditi na visokim frekvencijama i u istosmjernim, pulsirajućim i izmjeničnim krugovima.

Proizvode se u širokom rasponu radnih napona i kapaciteta: od 2 do 20 000 pF i, ovisno o izvedbi, mogu podnijeti napone do 30 kV. Ali češće ćete se susresti keramički kondenzatori s radnim naponom do 50V.

Iskreno, ne znam jesu li pušteni sada. Ali ranije se u takvim kondenzatorima tinjac koristio kao dielektrik. A sam se kondenzator sastojao od pakiranja tinjca, na koje su se s obje strane nanosile ploče, a zatim su se takve ploče sastavljale u "paket" i spakirale u kućište.

Obično su imali kapacitet od nekoliko tisuća do desetaka tisuća pikofrada i radili su u rasponu napona od 200 V do 1500 V.

Papirni kondenzatori

Takvi kondenzatori imaju kondenzatorski papir kao dielektrik, a aluminijske trake kao ploče. Duge trake aluminijske folije s trakom papira između njih umotane su i spakirane u kutiju. To je cijeli trik.

Ovi kondenzatori imaju raspon kapaciteta od tisuću pikofrada do 30 mikrofrada i mogu podnijeti napone od 160 do 1500 V.

Priča se da ih sada audiofili cijene. Nisam iznenađen - imaju i jednosmjerne provodne žice ...

U principu, konvencionalni kondenzatori s poliesterom kao dielektrikom. Kapacitet se širi od 1 nF do 15 mF pri radnom naponu od 50 V do 1500 V.

Ova vrsta kondenzatora ima dvije različite prednosti. Prvo, mogu se izrađivati \u200b\u200bs vrlo malom tolerancijom od samo 1%. Dakle, ako je na ovome napisano 100 pF, onda je njegov kapacitet 100 pF +/- 1%. A drugo je da njihov radni napon može doseći i do 3 kV (a kapacitet je od 100 pF do 10 mF)

Elektrolitički kondenzatori

Ovi se kondenzatori razlikuju od svih ostalih po tome što se mogu uključiti samo u istosmjernom ili pulsirajućem strujnom krugu. Oni su polarni. Imaju plus i minus. To je zbog njihovog dizajna. A ako se takav kondenzator uključi obrnuto, tada će najvjerojatnije nabubriti. A prije su i eksplodirali na zabavan, ali nesiguran način. Postoje elektrolitski kondenzatori od aluminija i tantala.

Aluminijski elektrolitski kondenzatori konstruirani su gotovo poput papirnatih, s jedinom razlikom što su ploče takvog kondenzatora papir i aluminijske trake. Papir je impregniran elektrolitom, a na aluminijsku traku nanosi se tanak oksidni sloj koji djeluje kao dielektrik. Ako na takav kondenzator primijenite izmjeničnu struju ili ga ponovno uključite na polaritete izlaza, elektrolit zakuha i kondenzator otkaže.

Elektrolitički kondenzatori imaju dovoljno velikog kapaciteta, zbog čega se, na primjer, često koriste u ispravljačkim krugovima.

Ovo je vjerojatno sve. Kondenzatori s dielektrikom od polukarbonata, polistirena i vjerojatno mnogih drugih vrsta ostali su iza kulisa. Ali mislim da će to biti suvišno.

Nastavit će se...

U drugom dijelu planiram prikazati primjere tipične upotrebe kondenzatora.

O naboju kondenzatora.

Zatvorimo krug. U krugu će teći struja naboja kondenzatora. To znači da će dio elektrona s lijeve ploče kondenzatora ići u žicu, a isti broj elektrona ući će u desnu ploču iz žice. Obje ploče bit će napunjene suprotnim nabojima iste veličine.

Između ploča u dielektriku bit će električno polje.

Otvorimo sada krug. Kondenzator će ostati napunjen. Kratko spojimo njegovu oblogu komadom žice. Kondenzator će se trenutno isprazniti. To znači da će višak elektrona ući u žicu s desne ploče, a nedostatak elektrona ući će u lijevu ploču iz žice. Elektroni će biti jednaki na obje ploče, kondenzator će se isprazniti.

Na koji napon je nabijen kondenzator?

Puni se na napon koji se na njega napaja iz izvora napajanja.

Otpor kondenzatora.

Zatvorimo krug. Kondenzator se počeo puniti i odmah je postao izvor struje, napona, EDS. Slika pokazuje da je EDS kondenzatora usmjeren prema izvoru struje koji ga puni.

Protudjelovanje elektromotorna sila naplativi kondenzator Naboj ovog kondenzatora naziva se kapacitivnost.

Sva energija koju izvor struje troši za prevladavanje kapacitivnog otpora pretvara se u energiju električnog polja kondenzatora. Kad se kondenzator isprazni, sva energija električnog polja vratit će se natrag u krug u obliku energije električna struja... Dakle, kapacitivni otpor je reaktivan, t.j. ne uzrokujući nenadoknadive gubitke energije.

Zašto istosmjerna struja ne prolazi kroz kondenzator, ali izmjenična prolazi?

Uključimo istosmjerni krug. Svjetiljka će treptati i gasiti se, zašto? Budući da je struja naboja kondenzatora prošla kroz krug. Čim se kondenzator napuni na napon akumulatora, struja u krugu će se zaustaviti.

Zatvorimo sada krug izmjenične struje. U prvoj četvrtini razdoblja napon na generatoru raste od 0 do maksimuma. U krugu teče struja naboja kondenzatora. U drugoj četvrtini razdoblja napon na generatoru opada na nulu. Kondenzator se prazni kroz generator. Nakon toga se kondenzator ponovno puni i prazni. Dakle, struje naboja i pražnjenja kondenzatora teku u krugu. Svjetlo će biti upaljeno kontinuirano.

U krugu s kondenzatorom struja teče kroz zatvoreni krug, uključujući u dielektriku kondenzatora. U kondenzatoru za punjenje stvara se električno polje, koje polarizira dielektrik. Polarizacija je rotacija elektrona u atomima u izduženim orbitama.

Istodobna polarizacija ogromnog broja atoma stvara struju tzv struja pristranosti. Dakle, struja teče u žicama i u dielektriku iste veličine.

Kapacitivni otpor kondenzatora određuje se formulom

Razmatrajući graf, zaključujemo: struja u krugu s čisto kapacitivnim otporom ispred je napona za 90 0.

Postavlja se pitanje kako struja u krugu može voditi napon na generatoru? Struja u krugu teče naizmjenično iz dva izvora struje, iz generatora i iz kondenzatora. Kad je napon generatora nula, struja u krugu je maksimalna. Ovo je struja pražnjenja kondenzatora.

O pravom kondenzatoru

Pravi kondenzator istodobno ima dva otpora: aktivni i kapacitivni.Trebalo bi ih smatrati uključenima u serije.

Napon koji generator generira na aktivni otpor i struja koja prolazi kroz aktivni otpor su u fazi.

Napon koji generator generira na kapacitivni otpor i struja koja teče kroz kapacitivni otpor pomiču se u fazi za 90 0. Rezultirajući napon koji generator primjenjuje na kondenzator može se odrediti pravilom paralelograma.

Na aktivni otpor napon U čin i struja I poklapaju se u fazi. Na kapacitivnom otporu napon U c zaostaje za strujom I za 90 0. Rezultirajući napon koji generator primjenjuje na kondenzator određuje se pravilom paralelograma. Rezultirajući napon zaostaje za strujom I za neki kut φ, uvijek manji od 90 0.

Određivanje rezultirajućeg otpora kondenzatora

Rezultirajući otpor kondenzatora ne može se pronaći zbrajanjem vrijednosti njegovih aktivnih i kapacitivnih otpora. To se radi pomoću formule