Asnjë rrymë e drejtpërdrejtë nuk rrjedh përmes kondensatorit. Pse kalon një rrymë alternative përmes një kondensatori, por një rrymë e drejtpërdrejtë nuk kalon

\u003e\u003e Fizika Shkalla 11 \u003e\u003e Kondensator në qark AC

§ 33 KAPACITORI N C QARKU AC

Rryma e drejtpërdrejtë nuk mund të rrjedhë përmes një qarku që përmban një kondensator. Në të vërtetë, në këtë rast, qarku rezulton të jetë i hapur, pasi që pllakat e kondensatorit ndahen nga një dielektrik.

Një rrymë alternative mund të rrjedhë përmes një qarku që përmban një kondensator. Kjo mund të verifikohet nga përvoja e thjeshtë.

Supozoni se kemi burime të tensioneve të drejtpërdrejta dhe alternative, dhe voltazhi i drejtpërdrejtë në terminalet e burimit është i barabartë me vlerën efektive të tensionit alternative. Qarku përbëhet nga një kondensator dhe një llambë inkandeshente (Fig. 4.13) të lidhura në seri. Kur voltazhi DC është ndezur (çelësi është kthyer në të majtë, qarku është i lidhur me pikat AA "), llamba nuk ndizet. Por kur voltazhi AC është ndezur (çelësi është kthyer në të djathtë, qark është i lidhur me pikat BB"), llamba ndizet nëse kondensatori është mjaft i madh.

Si rryma alternative mund të shkojë përgjatë qarkut nëse është në të vërtetë i hapur (ngarkesat nuk mund të lëvizin midis pllakave të kondensatorit)? Gjë është se ka një karikim dhe shkarkim periodik të kondensatorit nën ndikimin e një voltazhi alternative. Rryma që rrjedh në qark kur kondensatori rimbushet ngroh filamentin e llambës.

Le të përcaktojmë se si forca aktuale në një qark që përmban vetëm një kondensator ndryshon me kalimin e kohës, nëse rezistenca e telave dhe pllakave të kondensatorit mund të neglizhohet (Fig. 4.14).

Tensioni i kondensatorit

Rryma, e cila është derivati \u200b\u200bkohor i ngarkesës, është:

Si pasojë, luhatjet në fuqinë aktuale janë përpara luhatjeve fazore të tensionit në kondensator në (Fig. 4.15).

Amplituda e fuqisë aktuale është:

Unë m \u003d U m C. (4.29)

Nëse prezantojmë shënimin

dhe në vend që amplituda e rrymës dhe tensionit të përdorin vlerat e tyre efektive, ne marrim

Vlera e X c, reciproke e produktit C të frekuencës ciklike dhe kapacitetit të kondensatorit, quhet kapacitet. Roli i kësaj sasie është i ngjashëm me rolin e rezistencës aktive R në ligjin e Ohmit (shih formulën (4.17)). Vlera efektive e fuqisë së rrymës lidhet me vlerën efektive të tensionit në kondensator në të njëjtën mënyrë si fuqia aktuale dhe voltazhi për një pjesë të qarkut lidhen sipas ligjit të Ohmit rrymë e vazhdueshme... Kjo na lejon të marrim parasysh vlerën e X c si rezistenca e kondensatorit ndaj rrymës alternative (rezistenca kondensuese).

Sa më i madh kapaciteti i kondensatorit, më aktuale rimbushje Kjo zbulohet lehtësisht nga rritja e inkandeshencës së llambës me rritjen e kapacitetit. Ndërsa rezistenca DC e një kondensatori është pafundësisht e lartë, rezistenca e tij AC ka një vlerë të fundme X c. Zvogëlohet me rritjen e kapacitetit. Gjithashtu zvogëlohet me rritjen e frekuencës.

Si përfundim, vërejmë se gjatë një çerek periudhe kur kondensatori ngarkohet në tensionin maksimal, energjia hyn në qark dhe ruhet në kondensator në formën e energjisë fushe elektrike... Në tremujorin tjetër të periudhës, kur kondensatori shkarkohet, kjo energji kthehet në rrjet.

Rezistenca e qarkut me një kondensator është në përpjesëtim të zhdrejtë me produktin e frekuencës ciklike dhe kapacitetit elektrik. Luhatjet aktuale janë para fazës së luhatjeve të tensionit nga.

1. Si lidhen vlerat efektive të rrymës dhe tensionit në kondensator në qarkun e rrymës alternative!
2. A lëshohet energjia në një qark që përmban vetëm një kondensator, nëse rezistenca aktive e qarkut mund të neglizhohet!
3. Ndërprerësi është një lloj kondensatori. Pse çelësi hap me besueshmëri qarkun!

Çfarë është rryma alternative

Nëse marrim parasysh rrymën e drejtpërdrejtë, atëherë mund të mos jetë gjithmonë krejtësisht konstante: voltazhi në daljen e burimit mund të varet nga ngarkesa ose nga shkalla e shkarkimit të baterisë ose baterisë galvanike. Edhe me një tension të stabilizuar të vazhdueshëm, rryma në qarkun e jashtëm varet nga ngarkesa, e cila konfirmohet nga ligji i Ohmit. Rezulton se kjo nuk është gjithashtu një rrymë mjaft e drejtpërdrejtë, por një rrymë e tillë nuk mund të quhet as e alternuar, pasi ajo nuk e ndryshon drejtimin.

Një variabël zakonisht quhet tension ose rrymë, drejtimi dhe madhësia e të cilave nuk ndryshojnë nën ndikimin e faktorëve të jashtëm, për shembull, një ngarkesë, por plotësisht "në mënyrë të pavarur": kështu e prodhon gjeneratori. Përveç kësaj, këto ndryshime duhet të jenë periodike, d.m.th. përsëritje pas një periudhe të caktuar kohe, e quajtur periudhë.

Nëse voltazhi ose rryma ndryshojnë rastësisht, pa u shqetësuar për periodicitetin dhe modelet e tjera, një sinjal i tillë quhet zhurmë. Një shembull klasik është "bora" në një ekran televiziv me një sinjal të dobët transmetimi. Shembuj të disa sinjaleve elektrikë periodikë janë treguar në Figurën 1.

Për DC, ekzistojnë vetëm dy karakteristika: polarizmi dhe voltazhi i burimit. Në rastin e rrymës alternative, këto dy madhësi janë qartësisht të pamjaftueshme, prandaj shfaqen edhe disa parametra të tjerë: amplituda, frekuenca, periudha, faza, e çastit dhe vlera efektive.

Foto 1.

Më shpesh në teknologji, duhet të merret me lëkundje sinusoidale, dhe jo vetëm në inxhinieri elektrike. Imagjinoni një rrotë makine. Kur vozisni në mënyrë të barabartë në një rrugë të nivelit të mirë, qendra e rrotave ndjek një vijë të drejtë paralele me sipërfaqen e rrugës. Në të njëjtën kohë, çdo pikë në periferinë e timonit lëviz në një mënyrë sinusoidale në krahasim me vijën e drejtë që sapo përmendëm.

Kjo mund të konfirmohet nga Figura 2, e cila tregon një metodë grafike për ndërtimin e një sinusoidi: kush mësoi vizatim mirë, ai e kupton në mënyrë të përsosur se si kryhen ndërtime të tilla.

Figura 2

Dihet nga kursi i fizikës shkollore se sinusoidi është më i zakonshmi dhe i përshtatshmi për studimin e një kurbe periodike. Pikërisht edhe lëkundjet sinusoidale merren në alternatorë, që është për shkak të dizajnit të tyre mekanik.

Figura 3 tregon një grafik të rrymës sinusoidale.

Figura 3

Easyshtë e lehtë të shihet se madhësia e rrymës ndryshon me kalimin e kohës, prandaj boshti i ordinatës tregohet në figurë si i (t), i cili është një funksion i rrymës kundrejt kohës. Periudha e plotë e rrymës tregohet me një vijë të fortë dhe ka një periudhë T. Nëse filloni të shikoni origjinën, mund të shihni se së pari rryma rritet, arrin Imax, kalon nëpër zero, zvogëlohet në -Imax, dhe pastaj rritet dhe arrin në zero. Pastaj fillon periudha tjetër, siç tregohet nga vija me pika.

Në formën e një formule matematikore, sjellja e rrymës shkruhet si më poshtë: i (t) \u003d Imax * sin (ω * t ± φ).

Këtu i (t) është vlera e menjëhershme e rrymës, varësisht nga koha, Imax është vlera e amplitudës (devijimi maksimal nga gjendja e ekuilibrit), ω është frekuenca këndore (2 * π * f), φ është këndi i fazës.

Frekuenca këndore ω matet në radian për sekondë, dhe këndi i fazës φ matet në radian ose gradë. Kjo e fundit ka kuptim vetëm kur ka dy rryma sinusoidale. Për shembull, në qarqet me rrymën çon voltazhi me 90 на ose saktësisht një e katërta e periudhës, siç tregohet në Figurën 4. Nëse rryma sinusoidale një, atëherë mund ta lëvizni përgjatë ordinatës ashtu si dëshironi, dhe asgjë nuk do të ndryshojë nga kjo.

Figura 4 Në qarqet me një kondensator, rryma është përpara tensionit për një të katërtën e një periudhe

Kuptimi fizik i frekuencës këndore ω është në cilin kënd në radian sinusoidi do të "drejtohet" në një sekondë.

Periudha - T është koha gjatë së cilës sinusoidi do të bëjë një lëkundje të plotë. E njëjta gjë vlen për dridhjet e formave të tjera, për shembull, drejtkëndëshe ose trekëndore. Periudha matet në sekonda ose njësi më të vogla: milisekonda, mikrosekonda, ose nanosekonda.

Një tjetër parametër i çdo sinjali periodik, përfshirë një sinusoid, është frekuenca, sa lëkundje do të bëjë sinjali në 1 sekondë. Njësia e matjes për frekuencën është herc (Hz), emëruar pas shkencëtarit të shekullit të 19 Heinrich Hertz. Pra, frekuenca prej 1Hz nuk është asgjë më shumë se një dridhje / sekondë. Për shembull, frekuenca e rrjetit të ndriçimit është 50 Hz, domethënë, saktësisht 50 periudha të një kalimi sinusoid në sekondë.

Nëse periudha e rrymës dihet (është e mundur), atëherë frekuenca e sinjalit do të ndihmojë për të gjetur formulën: f \u003d 1 / T. Për më tepër, nëse koha shprehet në sekonda, atëherë rezultati do të jetë në Hertz. Në të kundërt, T \u003d 1 / f, frekuenca në Hz, koha merret në sekonda. Për shembull, nëse periudha është 1/50 \u003d 0,02 sekonda, ose 20 milisekonda. Në energji elektrike, shpesh përdoren frekuenca më të larta: KHz - kilohertz, MHz - megahertz (mijëra dhe miliona lëkundje në sekondë), etj.

E gjithë ajo që është thënë për rrymën është e vërtetë edhe për tensionin e alternuar: në Fig. 6, thjesht ndryshoni shkronjën I në U. Formula do të duket kështu: u (t) \u003d Umax * sin (ω * t ± φ).

Këto shpjegime janë të mjaftueshme për t'ju rikthyer eksperimente me kondensatorë dhe të shpjegojë kuptimin e tyre fizik.

Kondensatori kryen rrymë alternative, e cila u tregua në qark në Figurën 3 (shih artikullin -). Ndriçimi i llambës rritet kur lidhet një kondensator shtesë. Kur kondensatorët janë të lidhur paralelisht, kapacitetet e tyre thjesht shtohen, kështu që mund të supozohet se kapaciteti Xc varet nga kapaciteti. Përveç kësaj, kjo gjithashtu varet nga frekuenca e rrymës, dhe për këtë arsye formula duket si kjo: Xc \u003d 1/2 * π * f * C.

Nga formula del se me një rritje të kapacitetit të kondensatorit dhe frekuencës së tensionit alternativ, reaktanca Xc zvogëlohet. Këto varësi janë treguar në Figurën 5.

Figura 5. Varësia reaktanca kondensator nga kapaciteti

Nëse zëvendësoni frekuencën në Hertz në formulë dhe kapacitetin në Farads, rezultati do të jetë në Ohms.

A do të nxehet kondensatori?

Tani le të kujtojmë përvojën me një kondensator dhe një njehsor elektrik, pse nuk rrotullohet? Fakti është se njehsori numëron energji aktive kur konsumatori është një ngarkesë thjesht aktive, për shembull, llambat inkandeshente, një kazan elektrik ose një sobë elektrike. Për konsumatorë të tillë, voltazhi dhe rryma janë në fazë, kanë të njëjtën shenjë: nëse shumëzoni dy numra negativë (tension dhe rrymë gjatë një gjysmë cikli negativ), rezultati, sipas ligjeve të matematikës, është akoma pozitiv. Prandaj, fuqia e konsumatorëve të tillë është gjithmonë pozitive, d.m.th. shkon në ngarkesë dhe lirohet në formën e nxehtësisë, siç tregohet në Figurën 6 nga vija me pika.

Figura 6

Në rastin kur një kondensator përfshihet në qarkun e rrymës alternative, rryma dhe voltazhi në fazë nuk përkojnë: rryma është përpara tensionit në fazë me 90˚, gjë që çon në faktin se një kombinim merret kur rryma dhe voltazhi kanë shenja të ndryshme.

Figura 7

Në këto momente, fuqia rezulton të jetë negative. Me fjalë të tjera, kur fuqia është pozitive, kondensatori ngarkohet, dhe kur është negativ, energjia e ruajtur dërgohet përsëri në burim. Prandaj, mesatarisht, rezulton të jetë zero dhe thjesht nuk ka asgjë për të llogaritur.

Kondensatori, nëse, natyrisht, është i dobishëm, as nuk do të nxehet fare. Prandaj, shpesh kondensatori quhet rezistencë pa vatrë, e cila lejon përdorimin e saj në furnizime me energji të ulët pa transformator. Megjithëse blloqe të tilla nuk rekomandohen për shkak të rreziqeve të tyre, ndonjëherë ato duhet të bëhen.

Para instalimit në një njësi të tillë kondensator shuarje, duhet të kontrollohet duke e lidhur thjesht në rrjet: nëse kondensatori nuk nxehet për gjysmë ore, atëherë mund të përfshihet në mënyrë të sigurt në qark. Përndryshe, thjesht duhet ta hidhni pa u penduar.

Çfarë tregon voltmetri?

Në prodhimin dhe riparimin e pajisjeve të ndryshme, megjithëse jo shumë shpesh, duhet të matet tensione alternative madje edhe rrymat. Nëse sinusoidi sillet kaq i shqetësuar, atëherë lart, pastaj poshtë, çfarë do të tregojë një voltmetër i zakonshëm?

Vlera mesatare e një sinjali periodik, në këtë rast një sinusoid, llogaritet si zonë e kufizuar nga boshti abscissa dhe paraqitja grafike e sinjalit, e ndarë nga 2 * π radian ose periudha e sinusoidit. Meqenëse pjesët e sipërme dhe të poshtme janë saktësisht të njëjta, por kanë shenja të ndryshme, vlera mesatare e sinusoidit është zero, dhe nuk është e nevojshme të matet fare, madje edhe thjesht e pakuptimtë.

Prandaj, njehsori na tregon vlerën rms të tensionit ose rrymës. RMS është vlera e rrymës periodike në të cilën lëshohet e njëjta sasi e nxehtësisë në të njëjtën ngarkesë si në rrymën e drejtpërdrejtë. Me fjalë të tjera, llamba ndriçon me të njëjtën shkëlqim.

Formulat e përshkruajnë kështu: Icrk \u003d 0,707 * Imax \u003d Imax / √2 për tension, formula është e njëjtë, mjafton të ndryshosh një shkronjë Ucr \u003d 0,707 * Umax \u003d Umax / √2. Janë këto vlera që tregon pajisja matëse. Ato mund të zëvendësohen në formula kur llogariten sipas ligjit të Ohmit ose kur llogaritin fuqinë.

Por kjo nuk është e gjitha për të cilën është i aftë një kondensator në një rrjet AC. Artikulli tjetër do të shqyrtojë përdorimin e kondensatorëve në qarqet impulsive, filtra të kalimit të lartë dhe kalimit të ulët, në gjeneratorët sinusoidë dhe të valëve katrore.

Një ndryshim i shpejtë në fuqinë e rrymës dhe drejtimin e saj, i cili karakterizon rrymën alternative, çon në një numër karakteristikash të rëndësishme që dallojnë veprimin e rrymës alternative nga rryma e drejtpërdrejtë. Disa nga këto karakteristika janë parë qartë në eksperimentet e mëposhtme.

1. Kalimi i rrymës alternative përmes një kondensatori. Supozoni se kemi në dispozicion një burim të rrymës së drejtpërdrejtë me një tension prej 12 V (bateri) dhe një burim të rrymës alternative me një tension gjithashtu 12 V. Duke lidhur një llambë të vogël inkandeshente me secilën prej këtyre burimeve, do të shohim se të dy llambat digjen njësoj me shkëlqim (Fig. 298, dhe). Tani le të përfshijmë një kondensator në qark të llambave të para dhe të dytë kapacitet i madh (Fig. 298, b). Do të zbulojmë se në rastin e rrymës së drejtpërdrejtë llamba nuk shkëlqen aspak, por në rastin e rrymës alternative shkëlqimi i saj mbetet pothuajse i njëjtë si më parë. Mungesa e ngrohjes në qark DC është e lehtë të kuptohet: ekziston një shtresë izoluese midis pllakave të kondensatorit, në mënyrë që qarku të jetë i hapur. Shkëlqimi i llambës në qark AC duket i mahnitshëm.

Figura: 298. Kalimi i rrymës alternative përmes një kondensatori: a) llamba të lehta të përfshira në një qark të rrymës së drejtpërdrejtë (djathtas) ose rrymë alternative (majtas) nxehen në të njëjtën mënyrë; b) kur një kondensator është i lidhur me qarkun e kondensatorit, rryma e drejtpërdrejtë ndalet, rryma alternative vazhdon të rrjedhë dhe flakëron llambën e dritës

Sidoqoftë, nëse e mendoni, atëherë nuk ka asgjë misterioze. Kemi këtu vetëm një përsëritje të shpeshtë të procesit të njohur të ngarkimit dhe shkarkimit të një kondensatori. Kur lidhim (Fig. 299, a) kondensatorin në burimin e rrymës (duke e kthyer levën e çelësit majtas), atëherë rryma rrjedh nëpër tela derisa ngarkesat e grumbulluara në pllakat e kondensatorit të krijojnë një ndryshim potencial që balancon tensionin e burimit. Në këtë rast, krijohet një fushë elektrike në kondensator, në të cilën përqendrohet një sasi e caktuar e energjisë. Kur lidhim pllakat e kondensatorit të ngarkuar me një përcjellës, duke shkëputur burimin e rrymës (duke e kthyer levën e çelësit në të djathtë), ngarkesa do të rrjedhë përmes përcjellësit nga një pllakë në tjetrën dhe një rrymë afatshkurtër do të kalojë në përcjellësin që ndez llambën e dritës. Fusha në kondensator zhduket, dhe energjia e ruajtur në të shpenzohet për ngrohjen e llambës.

Figura: 299. Sa herë që kondensatori rimbushet, llamba ndizet: a) karikimi i kondensatorit (çelësi - majtas) dhe shkarkimi i tij përmes llambës (çelësi - djathtas); b) karikimi dhe shkarkimi i shpejtë i kondensatorit kur kthen çelësin, drita pulson; c) kondensatori dhe llamba në një qark të rrymës alternative

Çfarë ndodh kur një rrymë alternative kalon përmes një kondensatori ilustrohet shumë qartë nga eksperimenti i treguar në Fig. 299, b. Duke e kthyer levën e çelësit në të djathtë, ne lidhim kondensatorin me burimin aktual, dhe pllaka 1 ngarkohet pozitivisht, dhe pllaka 2 është e ngarkuar negativisht. Në pozicionin e mesëm të çelësit, kur qarku është i hapur, kondensatori shkarkohet përmes llambës së dritës. Kur ktheni çelësin e ndërprerësit në të majtë, kondensatori karikohet përsëri, por kësaj here pllaka 1 karikohet negativisht dhe pllaka 2 ngarkohet pozitivisht. Duke lëvizur shpejt levën e çelësit në një drejtim, pastaj në tjetrin, do të shohim se me çdo ndryshim të kontaktit, llamba ndizet për një moment, domethënë një rrymë afatshkurtër kalon përmes saj. Nëse kaloni mjaft shpejt, atëherë ndezjet e llambës ndjekin njëri-tjetrin aq shpejt sa ajo do të digjet vazhdimisht; në të njëjtën kohë, një rrymë rrjedh përmes saj, shpesh duke ndryshuar drejtimin e saj. Në këtë rast, fusha elektrike në kondensator do të ndryshojë gjatë gjithë kohës: do të krijohet, pastaj do të zhduket, pastaj do të rikrijohet me drejtim të kundërt. E njëjta gjë ndodh kur përfshijmë një kondensator në një qark të rrymës alternative (Fig. 299, c).

2. Kalimi i rrymës alternative përmes një baterie me induktancë të lartë. Le të përfshijmë në qarkun e treguar në fig. 298, b, në vend të një kondensatori, një spirale tela bakri me një numër të madh kthesash, brenda së cilës vendoset një bërthamë hekuri (Fig. 300). Siç dihet, mbështjellje të tilla kanë një induktancë të lartë (§ 144). Rezistenca e një spiralje të tillë në rrymë konstante do të jetë e vogël, pasi ajo është bërë nga një tel mjaft i trashë. Në rastin e rrymës së drejtpërdrejtë (Fig. 300, a), drita ndizet me shkëlqim, ndërsa në rastin e rrymës alternative (Fig. 300, b) inkandeshenca është pothuajse e padukshme. Përvoja me rrymën e drejtpërdrejtë është e kuptueshme: meqenëse rezistenca e spirales është e vogël, prania e saj vështirë se ndryshon rrymën, dhe llamba digjet me shkëlqim. Pse spiralja zbut rrymën alternative? Ne gradualisht do të tërheqim bërthamën e hekurit nga spiralja. Ne do të zbulojmë se llamba po nxehet gjithnjë e më shumë, domethënë, ndërsa bërthama zgjatet, rryma në qark rritet. Me heqjen e plotë të bërthamës, inkandeshenca e llambës mund të arrijë pothuajse normale nëse numri i kthesave të spirales nuk është shumë i madh. Por zgjatja e bërthamës zvogëlon induktivitetin e mbështjelljes. Kështu, ne shohim se një spiral me rezistencë të ulët, por me një induktancë të madhe, të përfshirë në qark AC, mund të zvogëlojë ndjeshëm këtë rrymë.

Figura: 300. Llamba përfshihet në qarkun e rrymës së drejtpërdrejtë (a) dhe alternative (b). Spiralja ndizet në seri me llambën. Me rrymë të drejtpërdrejtë, drita ndizet me shkëlqim, me rrymë alternative - e zbehtë

Efekti i një mbështjellje të madhe induktance në rrymën AC është gjithashtu e lehtë për t'u shpjeguar. Rryma alternative është një rrymë, forca e së cilës ndryshon me shpejtësi, pastaj rritet, pastaj zvogëlohet. Me këto ndryshime në zinxhir, e. etj me. vetë-induksion, i cili varet nga induktiviteti i qarkut. Drejtimi i kësaj e. etj me. (siç e pamë në § 139) është i tillë që veprimi i tij parandalon një ndryshim në rrymë, domethënë, zvogëlon amplituda e rrymës, dhe për këtë arsye vlera e saj efektive. Ndërsa induktanca e telave është e vogël, kjo shtesë shtesë. etj me. është gjithashtu i vogël dhe efekti i tij është pothuajse i padukshëm. Por në prani të një induktance të madhe, kjo shtesë. etj me. mund të ndikojë ndjeshëm në rrymën AC.

Hasshtë shkruar shumë për kondensatorët, a ia vlen të shtoni nja dy mijë fjalë më shumë në milionat që ekzistojnë tashmë? Do ta shtoj! Besoj se prezantimi im do të jetë i dobishëm. Mbi të gjitha, do të bëhet duke marrë parasysh.

Çfarë është një kondensator elektrik

Në rusisht, kondensatori mund të quhet "depo". Evenshtë edhe më e qartë në atë mënyrë. Për më tepër, kështu është përkthyer ky emër në gjuhën tonë. Një gotë mund të quhet edhe kondensator. Vetëm ai grumbullon lëng në vetvete. Ose një çantë. Po, një çantë. Ajo rezulton të jetë një makinë shumë. Grumbullon në vetvete gjithçka që vendosim atje. Ç'lidhje ka kondensatori elektrik me të? Shtë e njëjtë me një gotë ose një qese, por grumbullohet vetëm ngarkesa elektrike.

Imagjinoni një foto: një rrymë elektrike kalon nëpër qark, rezistencat, përçuesit takohen në rrugën e tij dhe, bam, u shfaq një kondensator (xham). Çfarë do të ndodhë? Siç e dini, rryma është një rrjedhë e elektroneve, dhe secili elektron ka një ngarkesë elektrike. Kështu, kur dikush thotë se një rrymë po kalon përmes qarkut, ju imagjinoni miliona elektrone që kalojnë përgjatë qarkut. Janë të njëjtën elektronikë, kur një kondensator shfaqet në rrugën e tyre dhe grumbullohet. Sa më shumë që shtyjmë elektronet në kondensator, aq më shumë do të jetë ngarkesa e tij.

Lind pyetja, sa elektrone mund të ruhen në këtë mënyrë, sa do të futen në kondensator dhe kur do të "ha"? Le ta zbulojmë. Shumë shpesh për një shpjegim të thjeshtuar të thjeshtë proceset elektrike përdorni krahasimin me ujin dhe tubat. Le ta përdorim edhe këtë qasje.

Imagjinoni një tub përmes të cilit rrjedh uji. Në njërin skaj të tubit, ekziston një pompë që detyron ujin në atë tub. Pastaj, vendosni mendërisht një membranë gome nëpër tub. Çfarë do të ndodhë? Membrana do të fillojë të shtrihet dhe tendoset nën veprimin e presionit të ujit në tub (presioni krijohet nga pompa). Do të shtrihet, shtrihet, shtrihet dhe, si rezultat, forca elastike e membranës ose do të ekuilibrojë forcën e pompës dhe rrjedha e ujit do të ndalet, ose membrana do të prishet (Nëse kjo nuk është e qartë, imagjinoni një tullumbace që do të shpërthejë nëse e pomponi shumë fort)! E njëjta gjë ndodh në kondensatorë elektrikë... Vetëm atje, në vend të një membrane, përdoret një fushë elektrike, e cila rritet ndërsa ngarkohet kondensatori dhe ekuilibron gradualisht tensionin e burimit të energjisë.

Kështu, kondensatori ka një ngarkesë të caktuar kufizuese, të cilën mund të grumbullohet dhe pasi ta tejkalojë atë që do të ndodhë prishja dielektrike në një kondensator do të prishet dhe do të ndalet së qeni kondensator. Me sa duket është koha të tregojmë se si funksionon kondensatori.

Si funksionon një kondensator elektrik

Në shkollë, ju thanë se një kondensator është një gjë e tillë që përbëhet nga dy pllaka dhe një boshllëk midis tyre. Këto pllaka quheshin pllaka kondensatori dhe instalimet elektrike ishin të lidhura me to në mënyrë që të furnizonin tensionin me kondensatorin. Pra kondensatorët modernë nuk janë shumë të ndryshëm. Të gjithë gjithashtu kanë pllaka dhe midis pllakave ka një dielektrik. Për shkak të pranisë së një dielektrike, karakteristikat e kondensatorit përmirësohen. Për shembull, kapaciteti i tij.

Në kondensatorët modernë, përdoren lloje të ndryshme dielektrikë (më shumë për atë më poshtë), të cilat shtyhen midis pllakave të kondensatorit në mënyrat më të sofistikuara për të arritur karakteristika të caktuara.

Parimi i funksionimit

Parimi i përgjithshëm i funksionimit është mjaft i thjeshtë: aplikohet tension - ngarkesa është akumuluar. Proceset fizike që po ndodhin tani nuk duhet t'ju interesojnë shumë, por nëse dëshironi, mund të lexoni në lidhje me të në çdo libër mbi fizikën në pjesën e elektrostatikës.

Kondensator DC

Nëse vendosim kondensatorin tonë qark elektrik (Figura më poshtë), ndizni ampermetrin në seri me të dhe vendosni një rrymë të drejtpërdrejtë në qark, pastaj gjilpëra e ampermetrit dridhet për një kohë të shkurtër, dhe pastaj ngrin dhe do të tregojë 0A - nuk ka rrymë në qark. Cfare ndodhi?

Ne do të supozojmë se para se rryma të furnizohej me qark, kondensatori ishte bosh (shkarkuar), dhe kur u aplikua rryma, ai filloi të mbushej shumë shpejt dhe kur u ngarkua (fusha elektrike midis pllakave të kondensatorit ekuilibroi burimin e energjisë), rryma ndaluar (këtu është grafiku i ngarkesës së kondensatorit).

Kjo është arsyeja pse thuhet se një kondensator nuk kalon rrymë të drejtpërdrejtë. Në fakt, ajo kalon, por një kohë shumë e shkurtër, e cila mund të llogaritet me formulën t \u003d 3 * R * C (Koha e ngarkimit të kondensatorit në vëllimin prej 95% të nominalit. R është rezistenca e qarkut, C është kapaciteti i kondensatorit) Kjo është mënyra se si kondensatori sillet në një qark konstant aktual Ajo sillet në një mënyrë krejtësisht të ndryshme në një zinxhir të ndryshueshëm!

Kondensator AC

Çfarë është rryma alternative? Kjo është kur elektronet "vrapojnë" së pari atje, pastaj mbrapa. Ata. drejtimi i lëvizjes së tyre ndryshon gjatë gjithë kohës. Pastaj, nëse një rrymë alternative kalon përgjatë qarkut me një kondensator, atëherë ngarkesa "+", atëherë "-" do të grumbullohet në secilën prej pllakave të saj. Ata. në të vërtetë do të rrjedhë një rrymë alternative. Kjo do të thotë që rryma alternative rrjedh përmes kondensatorit "e papenguar".

I gjithë ky proces mund të modelohet duke përdorur metodën e analogjisë hidraulike. Foto më poshtë është një analog i një qark AC. Pistoni e shtyn lëngun përpara dhe prapa. Kjo bën që shtytësi të rrotullohet para dhe prapa. Rezulton, si të thuash, një rrjedhje alternative e lëngut (lexoni rrymën alternative).

Le të vendosim tani një model të një kondensatori në formën e një membrane midis burimit të forcës (pistoni) dhe helikës dhe të analizojmë se çfarë do të ndryshojë.

Duket sikur asgjë nuk do të ndryshojë. Ndërsa lëngu bën lëvizje lëkundëse, ashtu edhe i bën ato, pasi helika lëkundet për shkak të kësaj, ajo do të lëkundet. Kjo do të thotë që membrana jonë nuk është pengesë për rrjedhën e ndryshueshme. Do të jetë gjithashtu për një kondensator elektronik.

Fakti është se edhe pse elektronet që kalojnë përgjatë zinxhirëve dhe nuk kalojnë dielektrikun (membranën) midis pllakave të kondensatorit, jashtë kondensatorit, lëvizja e tyre është lëkundëse (para dhe mbrapa), d.m.th. rrjedhat e rrymës alternative. Eh!

Kështu, kondensatori kalon rrymën alternative dhe vonon rrymën e drejtpërdrejtë. Kjo është shumë e përshtatshme kur duhet të hiqni përbërësin DC në sinjal, për shembull, në dalje / hyrje të një amplifikatori audio, ose kur duhet vetëm të shikoni pjesë e ndryshueshme sinjal (valëzim në daljen e një burimi të tensionit konstant).

Reaktanca e kondensatorit

Kondensatori ka rezistencë! Në parim, kjo mund të supozohet tashmë nga fakti se asnjë rrymë e drejtpërdrejtë nuk kalon nëpër të, sikur të ishte një rezistencë me rezistencë shumë të lartë.

Rryma alternative është një çështje tjetër - kalon, por përjeton rezistencë nga ana e kondensatorit:

f - frekuenca, С - kapaciteti i kondensatorit. Nëse shikoni nga afër formulën, do të shihni se nëse rryma është konstante, atëherë f \u003d 0 dhe pastaj (le të më falin matematikanët militantë!) X c \u003d pafundësiDhe nuk ka rrymë të drejtpërdrejtë përmes kondensatorit.

Por rezistenca ndaj rrymës alternative do të ndryshojë në varësi të frekuencës dhe kapacitetit të kondensatorit. Sa më i lartë të jetë frekuenca e rrymës dhe kapacitetit të kondensatorit, aq më pak i reziston kësaj rryme dhe anasjelltas. Sa më shpejt të ndryshojë voltazhi
tension, aq më e madhe është rryma përmes kondensatorit, kjo shpjegon uljen e Xc me rritjen e frekuencës.

Nga rruga, një tjetër tipar i kondensatorit është se nuk gjeneron energji, nuk nxehet! Prandaj, ndonjëherë përdoret për të lagur tensionin atje ku rezistenca do të pinte duhan. Për shembull, për të ulur tensionin e rrymës elektrike nga 220V në 127V. Dhe më tej:

Rryma në kondensator është proporcionale me shpejtësinë e tensionit të aplikuar në terminalet e tij

Ku përdoren kondensatorët

Po, kudo që kërkohen vetitë e tyre (mos kaloni rrymë të drejtpërdrejtë, aftësinë për të grumbulluar energji elektrike dhe të ndryshojë rezistencën e saj në varësi të frekuencës), në filtra, në qarqe lëkundëse, në shumëzues të tensionit, etj.

Cilat janë kondensatorët

Industria prodhon shumë lloje të ndryshme të kondensatorëve. Secili prej tyre ka disa përparësi dhe disavantazhe. Disa kanë një rrymë të vogël rrjedhjeje, të tjerët kanë një kapacitet të madh, dhe të tjerët kanë diçka tjetër. Në varësi të këtyre treguesve, zgjidhen kondensatorët.

Radio-amatorët, veçanërisht pasi ne - fillestarët - nuk shqetësohemi shumë dhe vendosni ato që gjejnë. Sidoqoftë, duhet të dini se cilat lloje kryesore të kondensatorëve ekzistojnë në natyrë.

Foto tregon një ndarje shumë të kushtëzuar të kondensatorëve. E kam bërë për shijen time dhe më pëlqen sepse menjëherë kuptohet nëse ka kondensatorë të ndryshueshëmcfare jane kondensatorë fiks dhe çfarë dielektrike përdoren në kondensatorët e zakonshëm. Në përgjithësi, gjithçka që i duhet një amatori radio.

Ata kanë një rrymë të ulët rrjedhjeje, dimensione të vogla, induktancë të ulët, janë në gjendje të funksionojnë në frekuenca të larta dhe në qarqet DC, pulsuese dhe të rrymës alternative.

Ato prodhohen në një gamë të gjerë të tensioneve dhe kapaciteteve operative: nga 2 në 20,000 pF dhe, në varësi të versionit, mund të përballojnë tensione deri në 30 kV. Por më shpesh sesa jo do të takoheni kondensatorë qeramikë me tension operativ deri ne 50V.

Sinqerisht, nuk e di nëse ata lirohen tani. Por më herët në kondensatorë të tillë mika u përdor si dielektrik. Dhe vetë kondensatori përbëhej nga një paketë mike, në secilën prej të cilave pllakat u aplikuan në të dy anët, dhe pastaj pllakat e tilla u mblodhën në një "pako" dhe u paketuan në një rast.

Zakonisht ata kishin një kapacitet nga disa mijëra deri në dhjetëra mijëra pikofradë dhe operonin në intervalin e tensionit nga 200 V në 1500 V.

Kondensatorë letre

Kondensatorë të tillë kanë letër kondensatori si dielektrikë dhe shirita alumini si pllaka. Shiritat e gjatë të letrës së aluminit me një shirit letre të vendosur ndërmjet tyre mbështillen dhe paketohen në një kuti. Ky është mashtrimi i tërë.

Këta kondensatorë shkojnë në kapacitet nga mijëra pikofradë deri në 30 mikrofradë dhe mund të përballojnë tensione nga 160 në 1500 V.

Thashethemet thonë se tani ata vlerësohen nga audiofilet. Unë nuk jam i befasuar - ata gjithashtu kanë tela të njëanshëm përçues ...

Në parim, kondensatorët konvencionalë me poliester si dielektrik. Kapaciteti përhapet nga 1 nF në 15 mF në tensionin e funksionimit nga 50 V në 1500 V.

Ky lloj kondensatori ka dy përparësi të dallueshme. Së pari, ato mund të bëhen me një tolerancë shumë të vogël prej vetëm 1%. Pra, nëse është shkruar 100 pF për këtë, atëherë kapaciteti i tij është 100 pF +/- 1%. Dhe e dyta është se voltazhi i tyre i funksionimit mund të arrijë deri në 3 kV (dhe kapaciteti është nga 100 pF në 10 mF)

Kondensatorë elektrolitikë

Këta kondensatorë ndryshojnë nga të gjithë të tjerët në atë që mund të ndizen vetëm në një qark të rrymës DC ose pulsuese. Ata janë polare. Ata kanë një plus dhe një minus. Kjo është për shkak të dizajnit të tyre. Dhe nëse një kondensator i tillë kthehet anasjelltas, atëherë ka shumë të ngjarë të fryhet. Dhe më parë, ata gjithashtu shpërthyen në një mënyrë argëtuese, por të pasigurt. Ka kondensatorë elektrolitikë prej alumini dhe tantali.

Kondensatorët elektrolitikë prej alumini janë të dizajnuar pothuajse si ata prej letre, me ndryshimin e vetëm që pllakat e një kondensatori të tillë janë shirita letre dhe alumini. Letra është e mbarsur me elektrolit, dhe një shtresë e hollë oksidi zbatohet në shiritin e aluminit, i cili vepron si dielektrik. Nëse vendosni një rrymë alternative në një kondensator të tillë ose e ktheni përsëri në polaritete të daljes, atëherë elektroliti vlon dhe kondensatori dështon.

Kondensatorët elektrolitikë kanë mjaftueshëm kapacitet i madh, për shkak të së cilës ato, për shembull, përdoren shpesh në qarqet ndreqës.

Kjo ndoshta është e gjitha. Kondensatorët me një dielektrik të bërë nga gjysmë karbonati, polistireni dhe ndoshta shumë lloje të tjerë u lanë pas skenave. Por mendoj se do të jetë e tepërt.

Vazhdon...

Në pjesën e dytë, unë planifikoj të tregoj shembuj të përdorimit tipik të kondensatorëve.

Për ngarkesën e kondensatorit.

Le ta mbyllim qarkun. Rryma e ngarkesës së kondensatorit do të rrjedhë në qark. Kjo do të thotë që një pjesë e elektroneve nga pllaka e majtë e kondensatorit do të hyjë në tel, dhe i njëjti numër i elektroneve do të hyjë në pllakën e duhur nga tela. Të dy targat do të ngarkohen me akuza të kundërta me të njëjtën madhësi.

Do të ketë një fushë elektrike midis pllakave në dielektrik.

Tani le të hapim qarkun. Kondensatori do të mbetet i ngarkuar. Le të bëjmë lidhjen e shkurtër të rreshtimit të saj me një copë tela. Kondensatori do të shkarkohet menjëherë. Kjo do të thotë që një tepricë e elektroneve do të shkojë nga pllaka e djathtë në tel, dhe mungesa e elektroneve do të hyjë në pllakën e majtë nga tela. Elektronet do të jenë të njëjta në të dy pllakat, kondensatori do të shkarkohet.

Në cilën tension është i ngarkuar kondensatori?

Ajo ngarkohet në tensionin që i aplikohet nga burimi i energjisë.

Rezistenca e kondensatorit.

Le ta mbyllim qarkun. Kondensatori filloi të ngarkohet dhe menjëherë u bë burim i rrymës, tensionit, EDS. Shifra tregon se EDS e kondensatorit drejtohet kundër burimit aktual që e ngarkon atë.

Kundërveprimi forca elektromotore kondensator i ngarkueshëm Ngarkesa e këtij kondensatori quhet kondensator.

E gjithë energjia e shpenzuar nga burimi aktual për të kapërcyer rezistencën kondensuese shndërrohet në energjinë e fushës elektrike të kondensatorit. Kur kondensatori shkarkohet, e gjithë energjia e fushës elektrike do të kthehet përsëri në qark në formën e energjisë rryme elektrike... Kështu, rezistenca kapacitive është reaktive, d.m.th. duke mos shkaktuar humbje të pariparueshme të energjisë.

Pse nuk kalon rryma e drejtpërdrejtë përmes kondensatorit, por rryma alternative kalon?

Le të ndezim qarkun DC. Llamba do të ndizet dhe fiket, pse? Për shkak se rryma e ngarkesës së kondensatorit kaloi nëpër qark. Sapo kondensatori të ngarkohet në tensionin e baterisë, rryma në qark do të ndalet.

Tani le të mbyllim qarkun AC. Në tremujorin e parë të periudhës, voltazhi në gjenerator rritet nga 0 në maksimum. Rryma e ngarkesës së kondensatorit rrjedh në qark. Në tremujorin e dytë të periudhës, voltazhi në gjenerator ulet në zero. Kondensatori shkarkohet përmes gjeneratorit. Pas kësaj, kondensatori ngarkohet dhe shkarkohet përsëri. Kështu, rrymat e ngarkesës dhe shkarkimit të kondensatorit rrjedhin në qark. Drita do të ndizet vazhdimisht.

Në një qark me një kondensator, rryma rrjedh përgjatë qark i mbyllur, duke përfshirë në dielektrik kondensator. Një fushë elektrike gjenerohet në një kondensator ngarkues, i cili polarizon dielektrikun. Polarizimi është rrotullimi i elektroneve në atome në orbitat e zgjatura.

Polarizimi i njëkohshëm i një numri të madh të atomeve formon një rrymë të quajtur rryma e njëanshme. Kështu, rryma rrjedh në tela dhe në dielektrik me të njëjtën madhësi.

Rezistenca e kondensatorit të një kondensatori përcaktohet nga formula

Duke marrë parasysh grafikun, ne konkludojmë: rryma në qark me një rezistencë thjesht kondensative është përpara tensionit me 90 0.

Shtrohet pyetja se si rryma në qark mund të çojë tensionin në gjenerator? Në qark, rryma rrjedh nga dy burime të rrymës në mënyrë alternative, nga një gjenerator dhe nga një kondensator. Kur voltazhi i gjeneratorit është zero, rryma në qark është maksimale. Kjo është rryma e shkarkimit të kondensatorit.

Rreth një kondensatori të vërtetë

Një kondensator i vërtetë ka dy rezistenca në të njëjtën kohë: aktiv dhe kapacitiv.Ato duhet të konsiderohen të përfshira në seri.

Tensioni i aplikuar nga gjeneratori në rezistencën aktive dhe rryma që rrjedh përmes rezistencës aktive janë në fazë.

Tensioni i aplikuar nga gjeneratori në rezistencën kondensative dhe rryma që rrjedh përmes rezistencës kondensative zhvendoset në fazë me 90 0. Tensioni rezultues i aplikuar nga gjeneratori në kondensator mund të përcaktohet nga rregulli i paralelogramit.

Në rezistenca aktive voltazhi U vepron dhe rryma përkoj në fazë. Në rezistencën kondensuese, voltazhi U c mbetet prapa rrymës I me 90 0. Tensioni rezultues i aplikuar nga gjeneratori në kondensator përcaktohet nga rregulli i paralelogramit. Ky tension që rezulton mbetet prapa rrymës I për disa kënd φ, gjithmonë më pak se 90 0.

Përcaktimi i rezistencës rezultuese të një kondensatori

Rezistenca që rezulton e një kondensatori nuk mund të gjendet duke përmbledhur vlerat e rezistencave të tij aktive dhe kapacitive. Kjo është bërë duke përdorur formulën