Постійний струм не проходить через конденсатор. Чому змінний струм проходить через конденсатор, а постійний не проходить

\u003e\u003e Фізика 11 клас \u003e\u003e Конденсатор в колі змінного струму

§ 33 КОНДЕНСАТОР В ЦЕПИ змінного струму

Постійний струм не може йти по ланцюгу, що містить конденсатор. Адже фактично при цьому ланцюг виявляється розімкнутої, так як обкладки конденсатора розділені діелектриком.

Змінний же струм може йти по ланцюгу, що містить конденсатор. У цьому можна переконатися за допомогою простого досвіду.

Нехай у нас є джерела постійного і змінного напруг, причому постійна напруга на затискачах джерела одно діючим значенням змінної напруги. Ланцюг складається з конденсатора і лампи розжарювання (рис. 4.13), з'єднаних послідовно. При включенні постійної напруги (перемикач повернуть вліво, ланцюг підключена до точок АА ") лампа не світиться. Але при включенні змінної напруги (перемикач повернуть вправо, ланцюг підключена до точок ВВ") лампа загоряється, якщо ємність конденсатора досить велика.

Як же змінний струм може йти по ланцюгу, якщо вона фактично розімкнути (між пластинами конденсатора заряди переміщатися не можуть)? Вся справа в тому, що відбувається періодична зарядка і розрядка конденсатора під дією змінної напруги. Струм, що йде в ланцюзі при перезарядці конденсатора, нагріває нитку лампи.

Встановимо, як змінюється з часом сила струму в ланцюзі, що містить тільки конденсатор, якщо опором проводів і обкладок конденсатора можна знехтувати (рис. 4.14).

Напруга на конденсаторі

Сила струму, що представляє собою похідну заряду за часом, дорівнює:

Отже, коливання сили струму випереджають по фазі коливання напруги на конденсаторі на (рис. 4.15).

Амплітуда сили струму дорівнює:

I m \u003d U m C. (4.29)

Якщо ввести позначення

і замість амплітуд сили струму і напруги використовувати їх діючі значення, то отримаємо

Величину X c, зворотний твору З циклічної частоти на електричну ємність конденсатора, називають ємнісним опором. Роль цієї величини аналогічна ролі активного опору R в законі Ома (див. Формулу (4.17)). Чинне значення сили струму пов'язано з діючим значенням напруги на конденсаторі точно так же, як пов'язані відповідно до закону Ома сила струму і напруга для ділянки кола постійного струму. Це і дозволяє розглядати величину Х з як опір конденсатора змінному струмі (ємнісний опір).

Чим більше ємність конденсатора, тим більше струм перезарядки. Це легко виявити по збільшенню напруження лампи при збільшенні ємності конденсатора. У той час як опір конденсатора постійному струму нескінченно велике, його опір змінному струму має кінцеве значення X c. Зі збільшенням ємності воно зменшується. Зменшується воно і зі збільшенням частоти.

На закінчення відзначимо, що протягом чверті періоду, коли конденсатор заряджається до максимального напруження, енергія надходить в ланцюг і запасається в конденсаторі в формі енергії електричного поля. У наступну чверть періоду, при розрядці конденсатора, ця енергія повертається в мережу.

Опір ланцюга з конденсатором обернено пропорційно твору циклічної частоти на електроємність. Коливання сили струму випереджають по фазі коливання напруги на.

1. Як пов'язані між собою діючі значення сили струму і напруги на конденсаторі в колі змінного струму!
2. Чи виділяється енергія в ланцюзі, що містить тільки конденсатор, якщо активним опором ланцюга можна знехтувати!
3. Вимикач ланцюзі є свого роду конденсатор. Чому ж вимикач надійно розмикає ланцюг!

Що таке змінний струм

Якщо розглядати постійний струм, то він не завжди може бути ідеально постійним: напруга на виході джерела може залежати від навантаження або від ступеня розряду акумулятора або гальванічної батареї. Навіть при постійному стабілізованому напрузі струм у зовнішній ланцюга залежить від навантаження, що і підтверджує закон Ома. Виходить, що це теж не зовсім постійний струм, але змінним такий струм назвати теж не можна, оскільки напряму він не змінює.

Змінним зазвичай називають напругу або струм, напрямок і величина якого змінюються під дією зовнішніх чинників, наприклад навантаження, а цілком «самостійно»: саме таким його виробляє генератор. До того ж, ці зміни повинні бути періодичними, тобто повторюваними через певний проміжок часу, званий періодом.

Якщо ж напруга або струм змінюється як попало, не піклуючись про періодичність та іншої закономірності, такий сигнал називається шумом. Класичний приклад - «сніг» на екрані телевізора при слабкому ефірному сигналі. Приклади деяких періодичних електричних сигналів показані на малюнку 1.

Для постійного струму є всього дві характеристики: це полярність і напруга джерела. У випадку з змінним струмом цих двох величин явно недостатньо, тому з'являються ще кілька параметрів: амплітуда, частота, період, фаза, миттєве і діюче значення.

Малюнок 1.

Найбільш часто в техніці доводиться стикатися з коливаннями синусоїдальної форми, причому, не тільки в електротехніці. Уявіть собі автомобільне колесо. При рівномірному русі по хорошій рівній дорозі центр колеса описує пряму, паралельну дорожньому покриттю. У той же час, будь-яка точка на периферії колеса переміщається по синусоїді щодо щойно згаданої прямий.

Сказане може підтвердити малюнок 2, на якому показаний графічний метод побудови синусоїди: хто добре вчив креслення, той прекрасно уявляє, як виконуються подібні побудови.

Малюнок 2.

Зі шкільного курсу фізики відомо, що синусоїда є найбільш поширеною і придатною для вивчення періодичної кривої. У точності також синусоїдальні коливання виходять в генераторах змінного струму, що обумовлено їх механічним пристроєм.

На малюнку 3 показаний графік синусоїдального струму.

Малюнок 3.

Неважко помітити, що величина струму змінюється за часом, тому вісь ординат позначена на малюнку як i (t), - функція струму від часу. Повний період струму позначений суцільною лінією і має період T. Якщо почати розгляд від початку координат, то видно, що спочатку струм збільшується, доходить до Imax, переходить через нуль, зменшується до -Imax, після чого збільшується і доходить до нуля. Далі починається наступний період, що показано пунктирною лінією.

У вигляді математичної формули поведінку струму записується так: i (t) \u003d Imax * sin (ω * t ± φ).

Тут i (t) - миттєве значення струму, залежне від часу, Imax -амплітудное значення (максимальне відхилення від стану рівноваги), ω - кругова частота (2 * π * f), φ - фазовий кут.

Кругова частота ω вимірюється в радіанах в секунду, фазовий кут φ - в радіанах або градусах. Останній має сенс лише в тому випадку, коли є два синусоїдальних струму. Наприклад, в ланцюгах з ток випереджає напругу на 90˚ або рівно на чверть періоду, що і показано на малюнку 4. Якщо синусоїдальний струм один, то можна рухати його по осі ординат як завгодно, і від цього нічого не зміниться.

Малюнок 4. У ланцюгах з конденсатором струм випереджає напругу на чверть періоду

Фізичний сенс кругової частоти ω в тому, який кут в радіанах «пробіжить» синусоїда за одну секунду.

Період - T час, за яке синусоїда зробить одне повне коливання. Те саме можна сказати і до коливань іншої форми, наприклад, прямокутним або трикутним. Період вимірюється в секундах або більш дрібних одиницях: миллисекундах, мікросекундах або наносекундах.

Ще один параметр будь-якого періодичного сигналу, в тому числі і синусоїди це частота, скільки коливань виконає сигнал за 1 секунду. Одиницею вимірювання частоти є герц (Гц), названий по імені вченого XIX століття Генріха Герца. Отже, частота 1 Гц це є ні що інше, як одне коливання / секунду. Наприклад, частота освітлювальної мережі 50Гц, тобто за секунду проходить рівно 50 періодів синусоїди.

Якщо відомий період струму (можна), то частоту сигналу допоможе дізнатися формула: f \u003d 1 / T. При цьому, якщо час виражено в секундах, то результат вийде в Герцах. І навпаки, T \u003d 1 / f, частота в Гц, час виходить в секундах. Наприклад, при період вийде 1/50 \u003d 0,02сек, або 20 мілісекунд. В електриці частіше застосовуються більш високі частоти: КГц - кілогерц, МГц - мегагерци (тисячі і мільйони коливань в секунду) і т.д.

Все сказане для струму справедливо і для змінної напруги: досить на рис 6 просто поміняти букву I на U. Формула буде виглядати ось так: u (t) \u003d Umax * sin (ω * t ± φ).

Цих роз'яснень цілком достатньо для того, щоб повернутися до дослідам з конденсаторами і пояснити їх фізичний зміст.

Конденсатор проводить змінний струм, що було показано в схемі на малюнку 3 (див. Статтю -). Яскравість світіння лампи збільшується при підключенні додаткового конденсатора. При паралельному включенні конденсаторів їх ємності просто складаються, тому можна припустити, що ємнісний опір Xc залежить від ємності. Крім того воно залежить ще від частоти струму, і тому формула виглядає так: Xc \u003d 1/2 * π * f * C.

З формули випливає, що зі збільшенням ємності конденсатора і частоти змінної напруги реактивний опір Xc зменшується. Ці залежності показані на малюнку 5.

Малюнок 5. Залежність реактивного опору конденсатора від ємності

Якщо підставити в формулу частоту в Герцах, а ємність в Фарадах, то результат вийде в Омах.

Чи буде грітися конденсатор?

Тепер згадаємо досвід з конденсатором і електролічильників, чому він не крутиться? Справа в тому, що лічильник рахує активну енергію, коли споживачем є чисто активне навантаження, наприклад, лампи розжарювання, електрочайник або електроплита. У таких споживачів напруга і струм збігаються по фазі, мають один знак: якщо перемножити два від'ємних числа (напруга і струм під час негативного напівперіоду) результат за законами математики все одно позитивний. Тому потужність таких споживачів завжди позитивна, тобто йде в навантаження і виділяється у вигляді тепла, як показано на малюнку 6 пунктирною лінією.

Малюнок 6.

У разі, коли в ланцюг змінного струму включений конденсатор струм і напруга по фазі не збігаються: ток випереджає по фазі напругу на 90˚, що призводить до того, що виходить поєднання, коли струм і напруга мають різні знаки.

Малюнок 7.

У ці моменти потужність виходить негативною. Іншими словами, коли потужність позитивна, конденсатор заряджається, а коли негативна - запасена енергія віддається назад в джерело. Тому в середньому виходить по нулях і вважати тут просто нічого.

Конденсатор, якщо звичайно він справний, не буде навіть анітрохи нагріватися. Тому, часто конденсатор називають безваттним опором, Що дозволяє застосовувати його в бестрансформаторних малопотужних блоках харчування. Хоча такі блоки не рекомендується використовувати з огляду на їх небезпеки, все-таки іноді це робити доводиться.

Перед тим, як встановлювати в такий блок гасить конденсатор, Його слід перевірити простим включенням в мережу: якщо за півгодини конденсатор не нагрівся, то його сміливо можна включати в схему. В іншому випадку його доведеться просто без жалю викинути.

Що показує вольтметр?

При виготовленні і ремонті різних пристроїв, хоч і не дуже часто, але доводиться міряти змінні напруги і навіть струми. Якщо синусоїда поводиться так неспокійно, то вгору, то вниз, що буде показувати звичайний вольтметр?

Середнє значення періодичного сигналу, в даному випадку синусоїди, підраховується як площа, обмежена віссю абсцис і графічним зображенням сигналу, поділена на 2 * π радіан або період синусоїди. Оскільки верхня і нижня частина абсолютно однакові, але мають різні знаки, середнє значення синусоїди дорівнює нулю, і міряти його зовсім не потрібно, і навіть просто безглуздо.

Тому вимірювальний прилад показує нам середньоквадратичне значення напруги або струму. Середньоквадратичним називається таке значення періодичного струму, при якому на одній і тій же навантаженні виділяється той же кількість теплоти, що і на постійному струмі. Іншими словами лампочка світить з тієї ж яскравістю.

Формулами це описується ось так: Iсрк \u003d 0,707 * Imax \u003d Imax / √2 для напруги формула та сама, досить поміняти одну букву Uсрк \u003d 0,707 * Umax \u003d Umax / √2. Саме ці значення показує вимірювальний прилад. Їх можна підставляти в формули при розрахунку за законом Ома або при розрахунку потужності.

Але це далеко не все, на що здатний конденсатор в мережі змінного струму. У наступній статті буде розглянуто використання конденсаторів в імпульсних схемах, Фільтрах верхніх і нижніх частот, в генераторах синусоїди і прямокутних імпульсів.

Швидка зміна сили струму і його напрямки, що характеризує змінний струм, призводить до ряду найважливіших особливостей, що відрізняють дію змінного струму від струму постійного. Деякі з цих особливостей чітко виступають при наступних дослідах.

1. Проходження змінного струму через конденсатор. Нехай в нашому розпорядженні є джерело постійного струму з напругою 12 В (акумуляторна батарея) і джерело змінного струму з напругою також 12 В. Приєднавши до кожного з цих джерел маленьку лампочку розжарювання, ми побачимо, що обидві лампочки горять однаково яскраво (рис. 298, а). Включимо тепер в ланцюг як першої, так і другої лампочки конденсатор великої ємності (Рис. 298, б). Ми виявимо, що в разі постійного струму лампочка не розжарюється зовсім, а в разі змінного струму розжарення її залишається майже таким же, як раніше. Відсутність напруження в ланцюзі постійного струму легко зрозуміти: між обкладинками конденсатора є ізолюючий прошарок, так що ланцюг розімкнути. Напруження ж лампочки в колі змінного струму здається вражаючим.

Рис. 298. Проходження змінного струму через конденсатор: а) лампочки, включені в ланцюг струму постійного (праворуч) або змінного (зліва), розжарюються однаково; б) при включенні в ланцюг конденсатора ємності постійний струм припиняється, змінний струм продовжує йти і розжарювати лампочку

Однак якщо вдуматися, то в цьому немає нічого загадкового. Ми маємо тут тільки часте повторення добре знайомого нам процесу зарядки і розрядки конденсатора. Коли ми приєднуємо (рис. 299, а) конденсатор до джерела струму (повернувши важіль перемикача наліво), то по дротах йде струм до тих пір, поки заряди, що накопичилися на обкладинках конденсатора, не створять різниця потенціалів, що врівноважує напругу джерела. В конденсаторі при цьому створюється електричне поле, в якому зосереджений певний запас енергії. Коли ж ми з'єднаємо обкладання зарядженого конденсатора провідником, від'єднавши джерело струму (повернувши важіль перемикача направо), заряд буде по провіднику стікати з однієї обкладки на іншу, і в провіднику, що включає лампочку, пройде короткочасний струм. Поле в конденсаторі зникає, і запасені в ньому енергія витрачається на загострення лампочки.

Рис. 299. При кожній перезарядці конденсатора лампочка спалахує: а) зарядка конденсатора (ключ - наліво) і його розрядка через лампочку (ключ - направо); б) швидка зарядка і розрядка конденсатора при поворотах ключа, лампочка спалахує; в) конденсатор і лампочка в колі змінного струму

Те, що відбувається при проходженні змінного струму через конденсатор, дуже наочно пояснює досвід, який ви бачите на рис. 299, б. Повертаючи важіль перемикача направо, ми з'єднуємо конденсатор з джерелом струму, причому обкладка 1 заряджається позитивно, а обкладка 2 - негативно. При середньому положенні перемикача, коли ланцюг розімкнути, конденсатор розряджається через лампочку. При повороті ручки перемикача наліво конденсатор знову заряджається, але на цей раз обкладка 1 заряджається негативно, а обкладка 2 позитивно. Рухаючи швидко важіль перемикача то в одну сторону, то в іншу, ми побачимо, що при кожній зміні контакту лампочка на мить спалахує, т. Е. Через неї проходить короткочасний струм. Якщо виробляти перемикання досить швидко, то спалаху лампочки йдуть настільки швидко один за одним, що вона буде горіти безперервно; при цьому через неї проходить струм, що часто міняє свій напрямок. В конденсаторі при цьому весь час буде змінюватися електричне поле: воно буде то створюватися, то зникати, то знову створюватися з зворотним напрямком. Те ж відбувається і тоді, коли ми включаємо конденсатор в ланцюг змінного струму (рис. 299, в).

2. Проходження змінного струму через котушку з великою індуктивністю. Включимо в ланцюг, зображену на рис. 298, б, замість конденсатора котушку з мідного дроту з великим числом витків, всередину яких поміщений залізний сердечник (рис. 300). Такі котушки володіють, як відомо, великою індуктивністю (§ 144). Опір же такої котушки при постійному струмі буде невелика, так як вона зроблена з досить товстого дроту. У разі постійного струму (рис. 300, а) лампочка горить яскраво, в разі ж змінного струму (рис. 300, б) напруження майже непомітно. Досвід з постійним струмом зрозумілий: так як опір котушки мало, то присутність її майже не змінює струму, і лампочка горить яскраво. Чому ж котушка послаблює змінний струм? Будемо поступово витягати з котушки залізний сердечник. Ми виявимо, що лампочка розжарюється все сильніше і сильніше, т. Е. Що в міру висування сердечника струм в ланцюзі зростає. При повному видаленні сердечника напруження лампочки може дійти майже до нормального, якщо число витків котушки не дуже велике. Але висування сердечника зменшує індуктивність котушки. Таким чином, ми бачимо, що котушка з малим опором, але з великою індуктивністю, включена в ланцюг змінного струму, може значно послабити цей струм.

Рис. 300. Лампочка включена в ланцюг постійного (а) і змінного (б) струму. Послідовно з лампочкою включена котушка. При постійному струмі лампочка горить яскраво, при змінному - тьмяно

Вплив котушки з великою індуктивністю на змінний струм також легко пояснити. Змінний струм є струм, сила якого швидко змінюється, то збільшуючись, то зменшуючись. При цих змінах в ланцюзі виникає е. д. з. самоіндукції, яка залежить від індуктивності ланцюга. Напрямок цієї е. д. з. (Як ми бачили в § 139) таке, що її дія перешкоджає зміні струму, т. Е. Зменшує амплітуду струму, а отже, і його діюче значення. Поки індуктивність проводів мала, ця додаткова е. д. з. теж мала і дію її практично непомітно. Але при наявності великої індуктивності ця додаткова е. д. з. може значно впливати на силу змінного струму.

Багато написано про конденсатори, чи варто додавати ще пару тисяч слів до тих мільйонів, що вже є? Таки додам! Вірю, що моє виклад принесе користь. Адже воно буде зроблено з урахуванням.

Що таке електричний конденсатор

Якщо говорити по-російськи, то конденсатор можна обізвати "накопичувач". Так навіть зрозуміліше. Тим більше саме так перекладається на нашу мову ця назва. Стакан теж можна обізвати конденсатором. Тільки він накопичує в собі рідину. Або мішок. Так, мішок. Виявляється теж накопичувач. Накопичує в собі все, що ми туди засунь. Причому тут електричний кондесатор? Він такий же як стакан або мішок, але тільки накопичує електричний заряд.

Уяви собі картину: по ланцюгу проходить електричний струм, на його шляху зустрічаються резистори, провідники і, бац, виник конденсатор (стакан). Що станеться? Як ти знаєш, ток - це потік електронів, а кожен електрон має електричний заряд. Таким чином, коли хтось говорить, що по ланцюгу проходить струм, ти що становлять собі як по ланцюгу біжать мільйони електронів. Саме ось ці самі електрончікі, коли на їх шляху виникає конденсатор, і накопичуються. Чим більше запіхну в конденсатор електронів, тим більше буде його заряд.

Виникає питання, а скільки можна таким чином накопичити електронів, скільки влізе в конденсатор і коли він "наїсться"? Давай з'ясовувати. Дуже часто для спрощеного пояснення простих електричних процесів використовують порівняння з водою і трубами. Скористаємося таким підходом теж.

Уяви, трубу, по якій тече вода. На одному кінці труби насос, який з силою закачує воду в цю трубу. Потім поперек труби подумки постав гумову мембрану. Що станеться? Мембрана стане розтягуватися і напружуватися під дією сили тиску води в трубі (тиск створюється насосом). Вона буде розтягуватися, розтягуватися, розтягуватися і в підсумку сила пружності мембрани або врівноважить силу насоса і потік води зупиниться, або мембрана порветься (Якщо так незрозуміло, то уяви собі повітряну кульку, який лопне, якщо його накачати дуже сильно)! Теж саме відбувається і в електричних конденсаторах. Тільки там замість мембрани використовується електричне поле, яке росте в міру зарядки конденсатора і поступово врівноважує напругу джерела живлення.

Таким чином, у конденсатора є певний граничний заряд, який він може накопичити і після перевищення якого відбудеться пробій діелектрика в конденсаторі він зламається і перестане бути конденсатором. Саме час, мабуть, розповісти як влаштований конденсатор.

Як влаштований електричний конденсатор

У школі тобі розповідали, що конденсатор - це така штуковина, яка складається з двох пластин і порожнечі між ними. Пластини ці називали обкладинками конденсатора і до них підключали проводки, щоб подати напругу на конденсатор. Так ось сучасні конденсатори не сильно відрізняються. Вони все також мають обкладання і між обкладинками знаходиться діелектрик. Завдяки наявності діелектрика поліпшуються харктеристики конденсатора. Наприклад, його ємність.

В сучасних конденсаторах використовуються різні види діелектриків (про це нижче), які запихаються між обкладок конденсаторів самими витонченими способами для досягнення опредлённих характеристик.

Принцип роботи

Загальний принцип роботи досить простий: подали напругу - заряд накопичився. Фізичні процеси, які при цьому відбуваються зараз тебе не сильно повинні цікавити, але якщо захочеш, то можеш про це прочитати в будь-якій книзі з фізики в розділі електростатики.

Конденсатор в ланцюзі постійного струму

Якщо помістити наш конденсатор в електричний ланцюг (Рис. Нижче), включити послідовно з ним амперметр і подати в ланцюг постійний струм, то стрілка амперметра короткочасно сіпнеться, а потім завмре і буде показувати 0А - відсутність струму в ланцюзі. Що трапилося?

Будемо вважати, що до того, як був поданий струм в ланцюг, конденсатор був порожній (розряджений), а коли подали струм, то він дуже швидко став заряджатися, а коли зарядився (ел. Поле між обкладинками конденсатора уравновесило джерело живлення), то струм припинився (тут графік заряду конденсатора).

Саме тому кажуть, що конденсатор не пропускає постійний струм. Насправді пропускає, але дуже короткий час, який можна порахувати за формулою t \u003d 3 * R * C (Час зарядки конденсатора до обсягу 95% від номінального. R- опір ланцюга, C - ємність конденсатора) Так конденсатор поводиться в ланцюзі постійного струму. Зовсім інакше він себе веде в колі змінного!

Конденсатор в колі змінного струму

Що таке змінний струм? Це коли електрони "біжать" спочатку туди, потім назад. Тобто напрямок їх руху весь час змінюється. Тоді, якщо по ланцюгу з конденсатором побіжить змінний струм, то на кожній його обкладанні буде накопичуватися то "+" заряд, то "-". Тобто фактично буде протікати змінний струм. А це означає, що змінний струм "безперешкодно" проходить через конденсатор.

Весь цей процес можна змоделювати за допомогою методу гідравлічних аналогій. На зображенні нижче аналог ланцюга змінного струму. Поршень штовхає рідина то вперед, то назад. Це змушує крутиться крильчатку вперед-назад. Виходить як би змінний потік рідини (читаємо змінний струм).

Давай тепер помістимо між джерелом сили (поршнем) і крильчаткою меодель конденсатора у вигляді мембрани і проаналізуємо, що зміниться.

Схоже, що нічого не зміниться. Як рідина робила коливальні рухи, так вона їх і робить, як з-за цього коливалася крильчатка, так і буде коливатися. А значить наша мембрана не є перешкодою для змінного потоку. Також буде і для електронного конденсатора.

Справа в тому, що хоч електрони, які біжать почепив і не перетинають діелектрик (мембрану) між обкладками конденсатора, але за межами конденсатора їх рух коливальний (туди-сюди), тобто протікає змінний струм. Ех!

Таким чином конденсатор пропускає змінний струм і затримує постійний. Це дуже зручно, коли потрібно прибрати постійну складову в сигналі, наприклад, на виході / вході аудіо підсилювача або, коли потрібно подивитися тільки змінну частину сигналу (пульсації на виході джерела постійної напруги).

Реактивний опір конденсатора

Конденсатор має опір! В принципі, це можна було припустити вже з того, що через нього не проходить постійний струм, як якщо б це був резистор з дуууже великим опором.

Інша справа струм змінний - він проходить, але відчуває з боку конденсатора опір:

f - частота, С - ємність конденсатора. Якщо уважно подивитися на формулу, то стане видно, що якщо струм постійний, то f \u003d 0 і тоді (хай вибачать мене войовничі математики!) X c \u003d нескінченність.І постійного струму через конденсатор немає.

А ось опір змінному струму буде змінювати в залежності від його частоти і ємності конденсатора. Чим більше частота струму і ємність конденсатора, тим менше пручається він цього току і навпаки. Чим швидше змінюється напряже-
напруга, тим більше струм через конденсатор, цим і пояснюється зменшення холестерину з ростом частоти.

До речі, ще однією особливість конденсатора полягає в тому, що на ньому не виділяється потужність, він не нагрівається! Тому його іноді використовують для гасіння напруги там, де резистор б задимився. Наприклад для зниження напруги мережі з 220 до 127В. І ще:

Струм в конденсаторі пропорційний швидкості прикладеного до його висновків напруги

Де використовуються конденсатори

Так всюди де потрібні їхні властивості (не пропускати постійний струм, вміння накопичувати електричну енергію і змінювати свій опір в залежності від частоти), в фільтрах, в коливальних контурах, в помножувачах напруги і т.д.

Які бувають конденсатори

Промисловість випускає безліч різних видів конденсаторів. Кожен з них має опредлённимі перевагами і недоліками. У одних малий струм витоку, у інших велика ємність, у третіх що-небудь ще. Залежно від цих показників і вибирають конденсатори.

Радіоаматори, особливо як ми - початківці - особливо не заморочуються і ставлять, що знайдуть. Проте слід знати які основні види конденсаторів існують в природі.

На зображенні показано досить умовний поділ конденсаторів. Я його склав на свій смак і подобається воно мені тим, що відразу зрозуміло чи існують змінні конденсатори, Які бувають постійні конденсатори і які діелектрики використовуються в поширених конденсаторах. В общем-то все, що потрібно радіоаматори.

Мають малим струмом витоку, малими габаритами, малою індуктивність, здатні працювати на високих частотах і в ланцюгах постійного, пульсуючого і змінного струму.

Випускаються в широкому діапазоні рабоічх напруг і ємностей: від 2 до 20 000 пФ і в залежності від виконання витримують напругу до 30кВ. Але найчастіше ти зустрінеш керамічні конденсатори з робочою напругою до 50В.

Чесно скажу не знаю випускають їх зараз. Але раніше в таких конденсаторах в якості діелектрика використовувалася слюда. А сам конденсатор складався з пачки слюдяних, на кожній з яких по обидва боки наносилися обкладання, а потім такі платсінкі збиралися в "пакет" і запаковувалися в корпус.

Зазвичай вони мали ємність від декількох тисяч до десятків тисяч пікофорад і працювали в діапазоні напруг від 200 В до 1500 В.

паперові конденсатори

Такі конденсатори в якості діелектрика мають конденсаторний папір, а в якості обкладок - алюмінієві смужки. Довгі стрічки алюмінієвої фольги з прокладеної між ними стрічкою паперу згортаються в рулон і пакуються в корпус. Ось і весь фокус.

Такі конденсатори бувають ємністю від тисяч пікофорад до 30 мікрофорад, і можуть витримувати напругу від 160 до 1500 В.

Подейкують, що зараз вони цінуються аудіофіаламі. Чи не здивований - у них і дроти односторонньої провідності бувають ...

В принципі звичайні кондесатори з поліестером в якості діелектрика. Розкид ємностей від 1 нФ до 15 мФ при робочій напрузі від 50 В до 1500 В.

У конденсаторів цього типу є дві незаперечні переваги. Перше - можна їх робити з дуже маленьким допуском всього в 1%. Так що, якщо на такому написано 100 пФ, то значить його ємність 100 пФ +/- 1%. І друге - це те, що їх робоча напруга може досягати до 3 кВ (а ємність від 100 пФ, до 10 мФ)

електролітичні кондесатори

Ці конденсатори відрізняються від всіх інших тим, що їх можна включати тільки ланцюг постійного або пульсуючого струму. Вони полярні. Мають плюс і мінус. Пов'язано це з їх конструкцією. І якщо такий конденсатор включити навпаки, то він швидше за все вздуется. А раніше вони ще й весело, але небезпечно вибухали. Бувають електролітичні конденсатори алюмінієві і танталові.

Алюмінієві електролітичні конденсатори влаштовані майже як паперові з тією лише різницею, що обкладинками такого конденсатора є паперова і алюмінієві смуги. Папір просякнута електролітом, а на алюмініевиую смугу завдано тонкий шар оксиду, який і виступає в ролі діелектрика. Якщо подати на такий конденсатор змінний струм або включити назад полярностях виведення, то електроліт закипає і конденсатор виходить з ладу.

Електролітичні конденсатори мають досить великою ємністю, Завдяки чому їх, наприклад, часто використовують в випрямних ланцюгах.

На цьому напевно все. За кадром залишилися конденсатори з діелектриком з полкарбонат, полістиролу і напевно ще багато інших видів. Але думаю, що це вже буде зайвим.

Далі буде...

У другій частині я планую показати приклади типового використання конденсаторів ..

Про заряді конденсатора.

Замкнемо ланцюг. У ланцюзі піде струм заряду конденсатора. Це означає що з лівої обкладки конденсатора частина електронів піде в провід, а з дроту на праву обкладку зайде така ж кількість електронів. Обидві обкладки будуть заряджені різнойменними зарядами однакового розміру.

Між обкладками в діелектрику буде електричне поле.

А тепер розімкніть ланцюг. Конденсатор залишиться зарядженим. Закоротити шматком дроту його обкладки. Конденсатор миттєво розрядиться. Це означає що з правого обкладки піде в провід надлишок електронів, а з дроту на ліву обкладання увійде недолік електронів. На обох обкладинках електронів буде однаково, конденсатор розрядиться.

До якої напруги заряджається конденсатор?

Він заряджається до такого напруження, яке до нього докладено з джерела живлення.

Опір конденсатора.

Замкнемо ланцюг. Конденсатор почав заряджатися і відразу став джерелом струму, напруги, Е. Д. С .. На малюнку видно що Е. Д. С. конденсатора спрямована проти заряджає його джерела струму.

протидія електрорушійної сили заряджається конденсатора заряду цього конденсатора називається ємнісним опором.

Вся енергія витрачається джерелом струму на подолання ємнісного опору перетворюється в енергію електричного поля конденсатора. Коли конденсатор буде розряджатися вся енергія електричного поля повернеться назад в ланцюг у вигляді енергії електричного струму. Таким чином ємнісний опір є реактивним, тобто не викликає безповоротних втрат енергії.

Чому постійний струм не проходить через конденсатор, а змінний струм проходить?

Включимо ланцюг постійного струму. Лампа спалахне і згасне, чому? Тому що в ланцюзі пройшов струм заряду конденсатора. Як тільки конденсатор зарядиться до напруги батареї струм в ланцюзі припиниться.

А тепер замкнемо ланцюг змінного струму. У I чверті періоду напруга на генераторі зростає від 0 до максимуму. У ланцюзі йде струм заряду конденсатора. У II чверті періоду напруга на генераторі убуває до нуля. Конденсатор розряджається через генератор. Після цього конденсатор знову заряджається і розряджається. Таким чином в ланцюзі йдуть струми заряду і розряду конденсатора. Лампочка буде горіти постійно.

У ланцюзі з конденсатором струм проходить у всій замкненого кола, В тому числі і в діелектрику конденсатора. В заряджається конденсатор утворюється електричне поле яке поляризує діелектрик. Поляризація це обертання електронів в атомах на витягнутих орбітах.

Одночасна поляризація величезної кількості атомів утворює струм, званий струмом зміщення. Таким чином в проводах йде струм і в діелектрику причому однакової величини.

Ємнісний опір конденсатора визначається за формулою

Розглядаючи графік робимо висновок: струм в ланцюзі з чисто ємнісним опором випереджає напругу на 90 0.

Виникає питання яким чином струм в ланцюзі може випереджати напруга на генераторі? У ланцюзі йде струм від двох джерел струму по черзі, від генератора і від конденсатора. Коли напруга на генераторі дорівнює нулю струм в ланцюзі максимальний. Це ток розряду конденсатора.

Про реальний конденсаторі

Реальний конденсатор має одночасно два опору: активне і ємнісне.Їх слід вважати включеними послідовно.

Напруга прикладена генератором до активного опору і струм йде по активному спротиву збігаються по фазі.

Напруга прикладена генератором до ємкісному опору і струм йде по ємкісному опору зрушені по фазі на 90 0. Результуюча напруга прикладена генератором до конденсатору можна визначити за правилом паралелограма.

на активному опорі напруга U акт і ток I збігаються по фазі. На місткості опорі напруга U c відстає від струму I на 90 0. Результуюча напруга прикладена генератором до конденсатору визначається за правилом паралелограма. Це результуюча напруга відстає від струму I на якийсь кут φ завжди менший 90 0.

Визначення результуючого опору конденсатора

Результуючий опір конденсатора можна знаходити підсумовуючи величини його активного і ємнісного опорів. Це робиться за формулою