Da li kondenzator propušta jednosmjernu struju? Električni kondenzator. Vrste kondenzatora. Hoće li se kondenzator zagrijati?

Brza promjena jačine struje i njenog smjera, koji karakterizira naizmjeničnu struju, dovodi do niza najvažnije karakteristike, razlikovanje radnje naizmjenična struja od jednosmerne struje. Neke od ovih karakteristika se jasno pojavljuju u sljedećim eksperimentima.

1. Propuštanje naizmjenične struje kroz kondenzator. Neka nam je na raspolaganju izvor jednosmjerne struje napona 12 V ( akumulatorska baterija) i izvor naizmjenične struje napona takođe 12 V. Povezivanjem male sijalice sa žarnom niti na svaki od ovih izvora vidjet ćemo da obje sijalice gore jednako jako (sl. 298a). Povežimo sada kondenzator velikog kapaciteta u kolo i prve i druge sijalice (slika 298,b). Utvrdit ćemo da u slučaju jednosmjerne struje sijalica uopće ne svijetli, ali u slučaju naizmjenične struje njena žarnost ostaje gotovo ista kao i prije. Odsustvo užarenosti u DC krugu je lako razumjeti: između ploča kondenzatora postoji izolacijski sloj, tako da je krug otvoren. Intenzitet sijalice u kolu naizmjenične struje čini se nevjerovatnim.

Gdje se koriste kondenzatori?

U ovom postu ćemo raspravljati o ovom ponašanju kondenzatora. Pošto jedan od paralelnih pločastih kondenzatora spojimo na pozitivni terminal baterije, a drugu ploču na negativni terminal baterije, postoji razlika potencijala. Zbog ove potencijalne razlike, pozitivno naelektrisanje će početi da se kreće od pozitivnog terminala baterije do ploče A kondenzatora. Zapamtite da punjenje ne osigurava baterija, već mobilni elektron spojne žice. Dakle, naelektrisanje na ploči A kondenzatora će se povećati od nulte vrednosti do neke konačne vrednosti sve dok potencijal ploče A ne postane jednak potencijalu pozitivnog terminala baterije.

Rice. 298. Prolazak naizmjenične struje kroz kondenzator: a) sijalice spojene u kolo jednosmjerne struje (desno) ili naizmjenične struje (lijevo) svijetle podjednako; b) kada je kondenzator spojen na kolo D.C. prestane, naizmjenična struja nastavlja da teče i upali sijalicu

Međutim, ako razmislite o tome, nema ništa misteriozno u tome. Ovdje imamo samo često ponavljanje dobro poznatog procesa punjenja i pražnjenja kondenzatora. Kada spojimo (Sl. 299, a) kondenzator na izvor struje (okretanjem poluge prekidača ulijevo), struja teče kroz žice sve dok naelektrisanja akumulirana na pločama kondenzatora ne stvore potencijalnu razliku koja uravnotežuje napon kondenzatora. izvor. To stvara električno polje u kondenzatoru, u kojem je koncentrirana određena količina energije. Kada spojimo ploče napunjenog kondenzatora sa vodičem, odspojujući izvor struje (okretanjem poluge prekidača udesno), naelektrisanje će teći kroz provodnik s jedne ploče na drugu, a kratkotrajna struja će proći kroz provodnik pali sijalicu. Polje u kondenzatoru nestaje, a energija pohranjena u njemu se troši na zagrijavanje sijalice.

Dakle, možemo reći da je u stacionarnom stanju potencijal ploče A = 5 V i dalje kretanje naelektrisanja, tj. nema struje. Dakle, u stacionarnom stanju, potencijal ploče je B = -5 V i nema daljeg kretanja naelektrisanja, tj. nema struje. Razmislite o paralelnom pločastom kondenzatoru spojenom na promjenjivi izvor napona kao što je prikazano na slici.

Nakon toga, kada je napon izvora negativan, ploča A će sada postati negativno nabijena, a ploča B će biti pozitivno nabijena do negativnog vrha napona izvora, ali čim negativni vrh primijenjenog napona pređe, kondenzator će ponovo počinje da se prazni jer je razlika potencijala između ploča kondenzatora veća od napona izvora.

Rice. 299. Svaki put kada se kondenzator puni, sijalica treperi: a) punjenje kondenzatora (tipka lijevo) i pražnjenje kroz sijalicu (tipka desno); b) brzo punjenje i pražnjenje kondenzatora pri okretanju ključa, lampica treperi; c) kondenzator i sijalica u kolu naizmjenične struje

Imajte na umu da kada je primijenjeni napon na svom vrhuncu, kondenzator je potpuno napunjen i stoga u tom trenutku neće doći do pomicanja naboja, te je stoga struja kroz kondenzator nula kada je primijenjeni napon na svom vrhuncu. Slično, kada je primijenjeni napon jednak nuli, kondenzator je potpuno ispražnjen i tako kada se napon poveća samo od svog nultog napona, struja punjenja počinje teći od izvora do ploča kondenzatora, ali kako se naboj akumulira na ploči, potencijal ploče se povećava, uzrokujući smanjenje razlike potencijala između ploča i izvora.

Ono što se događa kada naizmjenična struja prolazi kroz kondenzator vrlo je jasno objašnjeno eksperimentom prikazanim na Sl. 299, b. Okretanjem poluge prekidača udesno, kondenzator spajamo na izvor struje, a ploča 1 je nabijena pozitivno, a ploča 2 negativno. Kada je prekidač u srednjem položaju, kada je kolo otvoreno, kondenzator se prazni kroz sijalicu. Kada se dugme prekidača okrene ulijevo, kondenzator se ponovo puni, ali ovog vremena ploča 1 je naelektrisana negativno, a ploča 2 je naelektrisana pozitivno. Brzim pomeranjem poluge prekidača prvo u jednom, pa u drugom smeru, videćemo da pri svakoj promeni kontakta sijalica za trenutak treperi, odnosno da kroz nju prođe kratkotrajna struja. Ako prebacite dovoljno brzo, sijalica treperi tako brzo jedna za drugom da će neprekidno gorjeti; U isto vrijeme kroz njega teče struja, često mijenjajući smjer. U ovom slučaju, električno polje u kondenzatoru će se stalno mijenjati: ili će se stvoriti, zatim nestati, a zatim će se ponovo stvoriti u suprotnom smjeru. Ista stvar se dešava kada kondenzator spojimo na kolo naizmjenične struje (slika 299c).

Zbog toga se veličina struje punjenja smanjuje i postaje jednaka nuli kada potencijal ploča kondenzatora postane jednak potencijalu izvora. Zbog toga kažemo da kondenzator prihvata vodeću struju. Opterećenja koja se potpuno transformišu električna energija V toplotnu energiju, zovu se efektivni otpori. To uključuje termalne uređaje, žarulje sa žarnom niti i otpornike i filmske otpornike koji se koriste za ograničavanje struje. Ponašanje efektivnih otpora u naizmjeničnoj struji je isto kao i kod jednosmjerne struje.

2. Prolaz naizmjenične struje kroz zavojnicu visoke induktivnosti. Spojimo ga na kolo prikazano na sl. 298,b, umjesto kondenzatora, zavojnica od bakrene žice sa velikim brojem zavoja, unutar kojih je postavljeno gvozdeno jezgro (sl. 300). Poznato je da takvi kalemovi imaju visoku induktivnost (§ 144). Otpor takvog zavojnice na istosmjernu struju bit će mali, jer je napravljen od prilično debele žice. U slučaju jednosmerne struje (slika 300, a), sijalica gori jako, ali u slučaju naizmenične struje (slika 300, b) sjaj je skoro neprimetan. Iskustvo s jednosmjernom strujom je jasno: budući da je otpor zavojnice mali, njegovo prisustvo gotovo ne mijenja struju, a sijalica gori jako. Zašto zavojnica slabi naizmjeničnu struju? Postepeno ćemo izvlačiti željezno jezgro iz zavojnice. Utvrdit ćemo da sijalica postaje sve toplija, odnosno da kako se jezgro širi, struja u kolu raste. Kada je jezgro potpuno uklonjeno, sjaj sijalice može doseći gotovo normalan, ako broj zavoja zavojnice nije jako velik. Ali proširenje jezgre smanjuje induktivnost zavojnice. Tako vidimo da zavojnica malog otpora, ali visoke induktivnosti, povezana u krug naizmjenične struje, može značajno oslabiti ovu struju.

Ohmov zakon o kojem se govori u odjeljku primjenjuje se na njih bez ikakvih ograničenja. Napon ima istu fazu kao i struja. Na slici je prikazan fazorski dijagram i linijski dijagram za struju i napon sa efektivnim otporom. Idealni efektivni otpori, poznati i kao aktivni otpori, nemaju induktivnost i kapacitivnost. Efektivni otpor u odnosu na frekvenciju.

Zavojnice i kondenzatori ne pretvaraju električnu energiju u toplotnu, već je pohranjuju u magnetsku ili električno polje. Takve komponente imaju reaktansa. Postoje induktivne i kapacitivne reaktanse.

Rice. 300. Sijalica je povezana u kolo jednosmerne (a) i naizmenične (b) struje. Zavojnica je povezana serijski sa sijalicom. Kod jednosmerne struje sijalica gori jako, sa naizmeničnom strujom slabo svetli.

Utjecaj namotaja visoke induktivnosti na naizmjeničnu struju je također lako objasniti. Naizmjenična struja je struja čija se snaga brzo mijenja, ponekad raste, a ponekad opada. Sa ovim promjenama u strujnom kolu, nastaje e.m. d.s. samoindukcija, koja zavisi od induktivnosti kola. Smjer ovog e. d.s. (kao što smo vidjeli u § 139) je takav da njegovo djelovanje sprječava promjenu struje, odnosno smanjuje amplitudu struje, a samim tim i njenu efektivna vrijednost. Dok je induktivnost žica mala, ova dodatna e. d.s. je takođe mali i njegov efekat je skoro neprimetan. Ali u prisustvu velike induktivnosti, ova dodatna e. d.s. može značajno uticati na jačinu naizmenične struje.

Kada naizmjenična struja teče kroz zavojnicu, u drugoj zavojnici se stvara napon koji pruža otpor prolasku struje. Ova sposobnost pružanja otpora, veća je induktivnost i brzina promjene struje. Stoga zavojnica ima otpor koji raste s frekvencijom.

Odjeljak dokazuje da kolut daje sporost protoku. Posljedično, dolazi do pomaka faze između struje i napona. odnosno struja zaostaje za naponom. Na slici su prikazani vektorski i linijski dijagrami koji ilustruju ove korelacije. Idealne zavojnice nemaju efikasan otpor i priliku.

O naelektrisanju kondenzatora.

Hajde da zatvorimo kolo. Kroz kolo će teći struja punjenja kondenzatora. To znači da će neki elektroni s lijeve ploče kondenzatora otići u žicu, a isti broj elektrona otići će sa žice na desnu ploču. Obje ploče će biti naelektrisane suprotnim naelektrisanjem iste veličine.

Induktivna reaktancija kao funkcija frekvencije. Krivulje struje i napona za induktivnu reaktanciju. Kada je kondenzator napajan AC napon, tada se stvara kontinuirano promjenjiva struja punjenja i pražnjenja, koja očigledno prodire u kondenzator. Ova struja je veća, što je veći kapacitet i brzina promjene napona. Posljedično, kondenzator ima otpor koji postaje manji kako se frekvencija povećava.

Reaktancija kondenzatora

Kapacitivna reaktancija kao funkcija frekvencije. Odjeljak objašnjava da nema naglih promjena napona u kondenzatoru. Prva struja mora teći prije nego što se može stvoriti napon. Kao iu zavojnici, u ovom slučaju postoji fazni pomak. između napona i struje se dešava tako da je struja veća od napona.

Između ploča u dielektriku će postojati električno polje.

Sada otvorimo kolo. Kondenzator će ostati napunjen. Hajde da kratko spojimo njegovu oblogu komadom žice. Kondenzator će se trenutno isprazniti. To znači da će višak elektrona ići s desne ploče u žicu, a nedostatak elektrona sa žice na lijevu ploču. Na obje ploče će biti jednake količine elektrona, a kondenzator će se isprazniti.

Slika prikazuje vektorski dijagram i linijski dijagram koji ilustruju ove korelacije. Idealni kondenzatori nemaju efektivni otpor ili induktivnost. Ovo je omjer efektivne vrijednosti napona i efektivne vrijednosti struje. Budući da je fazni pomak između struje i napona 0° u efektivnim otporima, 90° u reakcijama, nalaze se sljedeće važne činjenice.

Napisano u formi, imamo. Posljedično, ova dva efekta su djelomično neutralizirana ili, u posebnom slučaju, potpuno neutralizirana. Posljednji slučaj se zove rezonancija. U slučaju rezonancije, teče veća struja; ograničena je samo efektivnim otporom.

Na koji se napon puni kondenzator?

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

Otpor kondenzatora.

Hajde da zatvorimo kolo. Kondenzator se počeo puniti i odmah je postao izvor struje, napona, E.M.S.. Slika pokazuje da je E.M.S. kondenzatora usmjeren nasuprot izvora struje koji ga puni.

U slučaju rezonancije teče najmanja struja, odnosno samo struja kroz efektivni otpor spojen paralelno. Kada se struja napaja iz konstantna brzina, dolazi do maksimalnog pada napona. Kroz kolo teče struja od 500 mA sa frekvencijom od 50 Hz. Slika 13 Šema, na primjer, 3.

Hoće li se kondenzator zagrijati?

Draw vektorski dijagram za struju i napon na vagi. Izračunajte parcijalne napone, ukupni napon i fazni ugao između struje i napona! Sada se sa dobijenim podacima može nacrtati vektorski dijagram. Na primjer, vektorski dijagram.

Opozicija elektromotorna sila kondenzatora koji se puni, punjenje ovog kondenzatora naziva se kapacitivnost.

Sva energija koju izvor struje potroši za savladavanje kapacitivnosti pretvara se u energiju električno polje kondenzator. Kada se kondenzator isprazni, sva energija električnog polja će se vratiti nazad u kolo u obliku energije električna struja. Dakle, kapacitivnost je reaktivna, tj. ne izazivaju nepovratne gubitke energije.

Na kolo se primjenjuje napon od 10 V sa frekvencijom od 300 Hz. Izračunajte parcijalne struje, ukupnu struju i fazni ugao između struje i napona! Sada se može napraviti vektorski dijagram na osnovu gore dobijenih vrijednosti. Efektivni otpor potpuno pretvara električnu energiju u toplotnu energiju; Nezavisne su od frekvencije i ne uzrokuju fazne pomake između struje i napona.

Elementi za skladištenje kao što su zavojnice i kondenzatori imaju reaktanciju. Zavisi od frekvencije i uzrokuje fazni pomak od 90° između struje i napona. Postoje induktivne i kapacitivne reaktancije. U induktivnim reakcijama struja zaostaje za naponom, a u kapacitivnim reakcijama struja je veća od napona.

Zašto jednosmjerna struja ne prolazi kroz kondenzator, već naizmjenična struja?

Uključimo DC kolo. Lampa će treptati i ugasiti se, zašto? Zato što struja punjenja kondenzatora prolazi kroz kolo. Čim se kondenzator napuni na napon baterije, struja u kolu će prestati.

Sada zatvorimo strujno kolo. U prvoj četvrtini perioda napon na generatoru raste od 0 do maksimuma. Krug nosi struju punjenja kondenzatora. U drugoj četvrtini perioda napon na generatoru opada na nulu. Kondenzator se prazni kroz generator. Nakon toga, kondenzator se ponovo puni i prazni. Dakle, struje punjenja i pražnjenja kondenzatora teku kroz krug. Svjetlo će ostati neprekidno uključeno.

Impedanse predstavljaju odnose između efektivnih otpora i reakcija. Oni zavise od frekvencije zbog reaktanse uključene u sistem. Vrijednost impedanse se može naći iz dijagrama ili izračunavanjem pomoću geometrijskog sabiranja. U zavisnosti od dominacije induktivne ili kapacitivne komponente, ili napon vodi struju, ili obrnuto. Fazni ugao je uvijek između 0° i 90°. Ako su induktivna i kapacitivna komponenta prisutne u istom krugu, one se djelomično ili potpuno poništavaju.

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

Istovremena polarizacija ogromnog broja atoma formira struju tzv struja pomaka. Tako u žice dolaze struja u dielektriku je iste veličine.

Poseban slučaj kada je induktivna reaktancija jednaka kapacitivnoj reaktanciji naziva se rezonancija. Frekvencija na kojoj se javlja rezonancija naziva se rezonantna frekvencija ili rezonantna frekvencija. Kada je prisutna rezonancija, kolo ima efektivno ponašanje otpora.

Zavojnica ima reaktanciju od 100 W sa frekvencijom od 50 Hz. Kolika je veličina induktivnosti? Na 50 Hz kondenzator ima impedanciju od oko 65 W. Koja je veličina njegovog kontejnera? Grafički prikazujemo krivu impedancije kao funkciju frekvencije od 0 do 10 kHz za kondenzator od 100 µF!

Kapacitet kondenzatora određuje se formulom

Gledajući grafikon, zaključujemo: struja u kolu sa čisto kapacitivnom reaktancijom vodi napon za 90 0.

Postavlja se pitanje: kako struja u strujnom kolu može nadmašiti napon na generatoru? Kolo prenosi struju iz dva izvora struje naizmjenično, iz generatora i iz kondenzatora. Kada je napon na generatoru nula, struja u kolu je maksimalna. Ovo je struja pražnjenja kondenzatora.

Odredite veličinu induktivne reaktancije i induktivnosti pomoću grafikona i proračuna! Ali evo šta se zapravo dalje dešava. Zbog toga ovi negativni naboji ne mogu proći kroz sam dielektrik, ali će ploča spojena na pozitivni terminal odvoditi jednak broj elektrona i na tu ploču staviti pozitivan naboj. U ravnoteži je i ostaje tako, tako da je otvoreno kolo jer između njih postoji dielektrik. Energija se skladišti u elektrostatičkom polju.

Prvo, zapamtite da je prostor između ploča odvojen dielektrikom.
Dakle, nema raskrsnice.
Jednostavno iscrpljivanje u jednoj ploči kao reakcija na nakupljanje u drugoj.

Pa, to je samo punjenje u jednom tanjiru.

O stvarnom kondenzatoru

Pravi kondenzator ima dva otpora istovremeno: aktivni i kapacitivni. Treba ih smatrati povezanim u seriju.

Napon koji generator dovodi na aktivni otpor i struja koja teče kroz aktivni otpor su u fazi.

U pozitivnom ciklusu, ploča 1 odvodi neke elektrone jer njena suprotna ploča akumulira elektrone zbog polariteta tog poluciklusa. Sada kada se pojavi negativni poluciklus, dolazi do promjene polariteta tako da će ploča 1 akumulirati elektrone i ploča 2 će stoga biti sama s elektronima. Ovo će se nastaviti za svaki ciklus, a ovaj ciklus akumulacije i iscrpljivanja je ono što vidite kao "trenutni tok".

Pozitivan ciklus i negativan ciklus.
To se zove struja pomaka.

Dobro, sada se možda pitate šta se dešava unutar kondenzatora.

Napon koji generator primjenjuje na kapacitivnu reaktanciju i struja koja teče kroz kapacitivnu reaktansu pomjeraju se u fazi za 90 0. Rezultirajući napon koji generator primjenjuje na kondenzator može se odrediti korištenjem pravila paralelograma.

On aktivni otpor napon U akt i struja I su u fazi. Pri kapacitivnoj reaktanciji, napon Uc zaostaje za strujom I za 90 0. Rezultirajući napon koji generator primjenjuje na kondenzator određen je pravilom paralelograma. Ovaj rezultirajući napon zaostaje za strujom I za neki ugao φ, uvijek manji od 90 0.

Dielektrična vrsta se širi poput gumene trake. Ali rastegnuta gumena traka se zadržava potencijalna energija, kao što je dielektrik između elektrostatičkih polja, tako da je to "dobra" analogija. Pogledajte ovu interaktivnu animaciju da vidite šta se dešava.

Moja omiljena analogija, ona o dijafragmi od vodene gume, učinit će to kristalno jasnim! Kondenzator skladišti energiju u svom električnom polju i odupire se promjenama napona povlačeći struju ili dovodeći struju do izvora umjesto promjene napona. Ima dvije elektrode sa dielektrični materijal između njih i stoga ne propušta nikakvu struju kroz njega.

Određivanje rezultujućeg otpora kondenzatora

Rezultirajući otpor kondenzatora ne može se pronaći zbrajanjem vrijednosti njegovog aktivnog i kapacitivnog otpora. To se radi prema formuli