Stromdurchgang durch einen Kondensator. Warum fließt Wechselstrom durch einen Kondensator, Gleichstrom jedoch nicht?

Wenn Sie einen Kondensator einschalten Stromkreis Gleichstrom entsteht ein schneller Kurzzeitimpuls. Mit seiner Hilfe wird der Kondensator im gleichen Maße wie die Energiequelle aufgeladen, woraufhin jegliche Bewegung des elektrischen Stroms stoppt. Wenn Sie es von der Stromquelle trennen, kommt es unter dem Einfluss der Last sehr bald zu einer vollständigen Entladung. Wenn eine Lampe als Anzeige angeschlossen ist, blinkt diese einmal und erlischt dann, da sich der Kondensator dabei entlädt Gleichstrom erfolgt in Form eines kurzfristigen Impulses.

Betrieb eines Kondensators mit Wechselstrom

Ein Kondensator funktioniert in einem Wechselstromkreis völlig anders. Dabei erfolgt das Laden und Entladen des Kondensators im Wechsel mit den periodischen Schwingungen, die bei Wechselspannung auftreten. Dieselbe Glühlampe, die als Anzeige in einen Stromkreis geschaltet und in Reihe geschaltet ist, strahlt wie ein Kondensator Dauerlicht aus, da die Schwingungsfrequenz auf Industrieniveau für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist.

Jeder Kondensator verfügt über eine Kapazität, die die Kapazität und Frequenz der Wechselstromzyklen bestimmt. Nach der Formel ist diese Abhängigkeit umgekehrt proportional. Bei Vorhandensein eines solchen Widerstands findet keine Umwandlung elektrischer und magnetischer Energie in thermische Energie statt. Bei einer höheren Stromfrequenz nimmt die Kapazität proportional ab und umgekehrt.

Diese wichtige Eigenschaften ermöglichte die Verwendung von Kondensatoren in einem Wechselstromkreis als Dämpfungselement anstelle von Widerständen in Spannungsteilern. Dieser Faktor ist besonders wichtig bei Spannungsabfällen. In einer solchen Situation müssten anstelle eines Kondensators leistungsstarke Widerstände mit großen Abmessungen verwendet werden.

Die Haupteigenschaft von Kondensatoren

Da der Kondensator im Wechselstromkreis keiner Wärme ausgesetzt ist, findet keine Energiedissipation statt. Dies liegt an der Verschiebung des Stroms untereinander und im Kondensator um 90 Grad. Bei der höchsten Spannung hat der Strom einen Nullwert, was bedeutet, dass nein Es findet kein Betrieb oder Erhitzen statt. Daher werden Kondensatoren in den meisten Fällen recht erfolgreich anstelle von Widerständen eingesetzt. Gleichzeitig entwickeln sie einen Nachteil, der unbedingt berücksichtigt werden muss. Dabei wird der Wechselstrom im Stromkreis verändert, was zu einer Spannungsänderung in der Last führt. Ein weiterer Nachteil ist die fehlende Entkopplung, weshalb ihr Einsatz gewissen Einschränkungen unterliegt und sie mit einem stabilen Widerstandswert eingesetzt werden. Solche Lasten sind meist Heizelemente.

Kondensatoren haben jedoch ihre breite Anwendung gefunden verschiedene Arten Frequenzfilter und Resonanzkreise.

Elektrischer Kondensator – ein Element eines Stromkreises, das zur Verwendung bestimmt ist elektrische Kapazität.

Ein Kondensator ist ein passives Element eines Stromkreises. Besteht normalerweise aus zwei Elektroden in Form von Platten oder Zylindern (Platten genannt), die durch einen Isolator getrennt sind, dessen Dicke im Vergleich zur Größe der Platten gering ist. Bei konstanter Anwendung elektrische Spannung fließt in die Kondensatorplatten elektrische Ladung, wodurch die Platten des Kondensators aufgeladen werden, wodurch a elektrisches Feld. Nachdem dieses Feld entstanden ist, stoppt der Strom. Ein so geladener Kondensator kann von der Quelle getrennt und zur Speicherung der darin gespeicherten elektrischen Energie genutzt werden. Zur Speicherung elektrischer Energie wurde der Kondensator 1745 von den Physikern Ewald Jürgen von Kleistim aus Deutschland und dem Niederländer Pieter van Musschenbroeck erfunden. Der erste Kondensator wurde von ihnen in einem Labor in Leiden und an ihrem Standort hergestellt...

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Fließt Strom durch den Kondensator?

Geht vorbei elektrischer Strom Geht es durch den Kondensator oder nicht? Die alltägliche Erfahrung im Amateurfunk zeigt überzeugend, dass Gleichstrom nicht durchgelassen wird, Wechselstrom jedoch schon.

Dies lässt sich leicht durch Experimente bestätigen. Sie können eine Glühbirne zum Leuchten bringen, indem Sie sie über einen Kondensator an eine Wechselstromquelle anschließen. Der Lautsprecher oder die Hörer funktionieren weiterhin, wenn sie nicht direkt, sondern über einen Kondensator mit dem Empfänger verbunden sind.

Ein Kondensator besteht aus zwei oder mehr Metallplatten, getrennt durch ein Dielektrikum. Bei diesem Dielektrikum handelt es sich meist um Glimmer, Luft oder Keramik, die die besten Isolatoren sind. Es ist ganz natürlich, dass ein Gleichstrom durch einen solchen Isolator nicht fließen kann. Aber warum geht es durch? Wechselstrom? Dies erscheint umso seltsamer, als dieselben Keramiken, beispielsweise in Form von Porzellanwalzen, Wechselstromdrähte perfekt isolieren und Glimmer perfekt als Isolator fungiert ...

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Über die Ladung eines Kondensators.

Schließen wir den Stromkreis. Durch den Stromkreis fließt ein Kondensatorladestrom. Das bedeutet, dass einige Elektronen von der linken Platte des Kondensators in den Draht gelangen und die gleiche Anzahl Elektronen vom Draht zur rechten Platte gelangen. Beide Platten werden mit entgegengesetzten Ladungen gleicher Größe aufgeladen.

Zwischen den Platten im Dielektrikum entsteht ein elektrisches Feld.

Öffnen wir nun den Stromkreis. Der Kondensator bleibt geladen. Schließen wir die Auskleidung mit einem Stück Draht kurz. Der Kondensator wird sofort entladen. Dies bedeutet, dass ein Überschuss an Elektronen von der rechten Platte in den Draht gelangt und ein Mangel an Elektronen vom Draht zur linken Platte gelangt. Auf beiden Platten befinden sich die gleichen Elektronenmengen und der Kondensator entlädt sich.

Auf welche Spannung lädt sich der Kondensator auf?

Es wird auf die Spannung aufgeladen, die von der Stromquelle an es angelegt wird.

Kondensatorwiderstand.

Lasst uns schließen...

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08.11.2014 18:23

Erinnern Sie sich, was ein Kondensator ist? Lass mich dich errinnern. Ein Kondensator, im Volksmund auch „Conder“ genannt, besteht aus zwei isolierten Platten. Wenn an den Kondensator kurzzeitig eine konstante Spannung angelegt wird, lädt er sich auf und behält diese Ladung. Die Kapazität des Kondensators hängt davon ab, für wie viele „Orte“ die Platten ausgelegt sind, sowie vom Abstand zwischen ihnen. Lasst uns überlegen das einfachste Schema bereits geladener Behälter:

Hier sehen wir also acht „Pluspunkte“ auf einem Cover und die gleiche Anzahl „Minuspunkte“ auf dem anderen. Nun, wie Sie wissen, ziehen sich Gegensätze an. Und je kleiner der Abstand zwischen den Platten ist, desto stärker ist die „Liebe“. Daher „liebt“ das Plus das Minus, und da die Liebe auf Gegenseitigkeit beruht, bedeutet dies, dass auch das Minus „liebt“. Das Plus)). Daher verhindert diese Anziehung, dass sich ein bereits geladener Kondensator entlädt.

Um einen Kondensator zu entladen, reicht es aus, eine „Brücke“ zu bauen, sodass „Plus“ und „Minus“ aufeinander treffen. Das ist dumm...

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Elya / 18:21 12.08.2014 #

Der Kondensator besteht aus 2 Stück Folie (Auskleidung) mit einem Stück Papier in der Mitte. (Wir werden vorerst nicht über Glimmer, Fluorkunststoff, Keramik, Elektrolyte usw. sprechen.)
Das Stück Papier leitet keinen Strom, daher leitet der Kondensator keinen Strom.
Wenn der Strom alternierend ist, laden Elektronen, die zum ersten Stück Folie strömen, dieses auf.
Aber wie Sie wissen, stoßen sich gleiche Ladungen gegenseitig ab, sodass Elektronen vom anderen Teil weglaufen.
Je mehr Elektronen auf eine Platte kamen, desto viele entwichen der anderen.
Die Anzahl der herbeigelaufenen oder entweichenden Elektronen (Strom) hängt von der Spannung und Kapazität des Kondensators ab (d. h. von der Größe der Folienstücke und der Dicke des Papiers dazwischen).

Ich werde versuchen, es mit den Fingern, besser gesagt am Wasser, näher zu erklären.
Was ist Gleichstrom? Stellen Sie sich vor, dass Wasser (Strom) durch einen Schlauch (Draht) in eine Richtung fließt.
Was ist Wechselstrom? Das ist wieder Wasser in einem Schlauch, aber es fließt nicht mehr in eine Richtung, sondern ruckelt mit einiger Amplitude hin und her ...

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Fließt elektrischer Strom durch den Kondensator oder nicht?

Die alltägliche Erfahrung im Amateurfunk zeigt überzeugend, dass Gleichstrom nicht durchgelassen wird, Wechselstrom jedoch schon. Dies lässt sich leicht durch Experimente bestätigen. Sie können eine Glühbirne zum Leuchten bringen, indem Sie sie über einen Kondensator an eine Wechselstromquelle anschließen. Der Lautsprecher oder die Hörer funktionieren weiterhin, wenn sie nicht direkt, sondern über einen Kondensator mit dem Empfänger verbunden sind.

Ein Kondensator besteht aus zwei oder mehr Metallplatten, die durch ein Dielektrikum getrennt sind. Bei diesem Dielektrikum handelt es sich meist um Glimmer, Luft oder Keramik*, die die besten Isolatoren sind. Es ist ganz natürlich, dass ein Gleichstrom durch einen solchen Isolator nicht fließen kann. Aber warum fließt Wechselstrom hindurch? Dies erscheint umso seltsamer, als dieselben Keramiken, beispielsweise in Form von Porzellanwalzen, Wechselstromdrähte perfekt isolieren und Glimmer perfekt als Isolator in Lötkolben, elektrischen Bügeleisen und anderen funktioniert...

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Die alltägliche Erfahrung im Amateurfunk zeigt überzeugend, dass Gleichstrom nicht durch den Kondensator fließt, Wechselstrom jedoch schon. Sie können beispielsweise eine Lampe oder einen Lautsprecher über einen Kondensator anschließen und diese funktionieren weiterhin. Um zu verstehen, warum dies geschieht, schauen wir uns den Aufbau eines Kondensators an. Ein Kondensator besteht aus zwei oder mehr Metallplatten, die durch ein Dielektrikum getrennt sind. Bei diesem Dielektrikum handelt es sich meist um Glimmer, Luft oder Keramik, die die besten Isolatoren sind. Es ist ganz natürlich, dass ein Gleichstrom durch einen solchen Isolator nicht fließen kann. Aber warum fließt Wechselstrom hindurch? Dies erscheint umso seltsamer, als dieselben Keramiken, beispielsweise in Form von Porzellanwalzen, Wechselstromdrähte perfekt isolieren und Glimmer perfekt als Isolator in Lötkolben fungiert, ...

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Es wurde viel über Kondensatoren geschrieben. Lohnt es sich, zu den Millionen, die es bereits gibt, noch ein paar tausend Worte hinzuzufügen? Ich werde es hinzufügen! Ich glaube, dass meine Präsentation nützlich sein wird. Schließlich wird es unter Berücksichtigung erfolgen.

Was ist ein elektrischer Kondensator?

Auf Russisch kann man einen Kondensator als „Speichergerät“ bezeichnen. Auf diese Weise ist es noch klarer. Darüber hinaus wird dieser Name genau so in unsere Sprache übersetzt. Ein Glas kann auch als Kondensator bezeichnet werden. Nur es sammelt Flüssigkeit in sich. Oder eine Tasche. Ja, eine Tasche. Es stellt sich heraus, dass es sich auch um ein Speichergerät handelt. Es sammelt alles, was wir dort hineingeben. Was hat der elektrische Kondensator damit zu tun? Es ist das Gleiche wie ein Glas oder eine Tüte, aber es akkumuliert nur eine elektrische Ladung.

Stellen Sie sich ein Bild vor: Ein elektrischer Strom fließt durch einen Stromkreis, auf seinem Weg treffen Widerstände und Leiter aufeinander und plötzlich erscheint ein Kondensator (Glas). Was wird passieren? Wie Sie wissen, ist Strom ein Elektronenfluss, und jedes Elektron hat eine elektrische Ladung. Wenn also jemand sagt, dass ein Strom durch einen Stromkreis fließt, stellen Sie sich vor, dass Millionen von Elektronen durch den Stromkreis fließen. Es sind dieselben Elektronen, die sich ansammeln, wenn ein Kondensator in ihrem Weg erscheint. Je mehr Elektronen wir in den Kondensator einbringen, desto größer ist seine Ladung.

Es stellt sich die Frage: Wie viele Elektronen können auf diese Weise angesammelt werden, wie viele passen in den Kondensator und wann wird es „genug“ sein? Lass es uns herausfinden. Sehr oft, für eine vereinfachte Erklärung von einfach elektrische Prozesse Nutzen Sie einen Vergleich mit Wasser und Rohren. Lassen Sie uns auch diesen Ansatz verwenden.

Stellen Sie sich ein Rohr vor, durch das Wasser fließt. An einem Ende des Rohrs befindet sich eine Pumpe, die Wasser kraftvoll in dieses Rohr pumpt. Legen Sie dann im Geiste eine Gummimembran über das Rohr. Was wird passieren? Unter dem Einfluss des Wasserdrucks im Rohr (von der Pumpe erzeugter Druck) beginnt sich die Membran zu dehnen und zu dehnen. Es dehnt sich, dehnt sich, dehnt sich, und schließlich wird die elastische Kraft der Membran entweder die Kraft der Pumpe ausgleichen und der Wasserfluss stoppt, oder die Membran wird brechen (Wenn das nicht klar ist, stellen Sie sich einen Ballon vor, der das tut platzen, wenn zu viel gepumpt wird)! Das Gleiche passiert in elektrische Kondensatoren. Nur dort wird anstelle einer Membran ein elektrisches Feld verwendet, das mit der Ladung des Kondensators wächst und die Spannung der Stromquelle allmählich ausgleicht.

Somit verfügt der Kondensator über eine bestimmte Grenzladung, die er akkumulieren kann und nach deren Überschreitung die Ladung auftritt dielektrischer Durchschlag in einem Kondensator Es wird kaputt gehen und kein Kondensator mehr sein. Es ist wahrscheinlich an der Zeit, Ihnen zu erklären, wie ein Kondensator funktioniert.

Wie funktioniert ein elektrischer Kondensator?

In der Schule wurde dir gesagt, dass ein Kondensator aus zwei Platten und einem Hohlraum dazwischen besteht. Diese Platten wurden Kondensatorplatten genannt und mit ihnen wurden Drähte verbunden, um den Kondensator mit Spannung zu versorgen. Moderne Kondensatoren sind also nicht viel anders. Sie alle haben auch Platten und zwischen den Platten befindet sich ein Dielektrikum. Durch das Vorhandensein eines Dielektrikums werden die Eigenschaften des Kondensators verbessert. Zum Beispiel seine Kapazität.

Moderne Kondensatoren verwenden verschiedene Arten von Dielektrika (mehr dazu weiter unten), die auf raffinierteste Weise zwischen die Kondensatorplatten gestopft werden, um bestimmte Eigenschaften zu erreichen.

Arbeitsprinzip

Das allgemeine Funktionsprinzip ist recht einfach: Spannung wird angelegt und die Ladung wird akkumuliert. Die physikalischen Prozesse, die jetzt ablaufen, sollten Sie nicht sonderlich interessieren, aber wenn Sie möchten, können Sie in jedem Buch über Physik in der Rubrik Elektrostatik darüber nachlesen.

Kondensator im Gleichstromkreis

Wenn wir unseren Kondensator in einen Stromkreis einbauen (Abb. unten), ein Amperemeter in Reihe damit schalten und Gleichstrom an den Stromkreis anlegen, zuckt die Nadel des Amperemeters kurz, friert dann ein und zeigt 0 A an – kein Strom im Stromkreis. Was ist passiert?

Wir gehen davon aus, dass der Kondensator leer (entladen) war, bevor Strom in den Stromkreis eingespeist wurde, und als Strom angelegt wurde, begann er sich sehr schnell aufzuladen, und als er aufgeladen wurde (das elektrische Feld zwischen den Kondensatorplatten glich die Stromquelle aus). ), dann hörte der Strom auf (hier ist ein Diagramm der Kondensatorladung).

Deshalb sagt man, dass ein Kondensator keinen Gleichstrom durchlässt. Tatsächlich vergeht es, aber für eine sehr kurze Zeit, die mit der Formel t = 3*R*C (Zeit zum Aufladen des Kondensators auf 95 % des Nennvolumens) berechnet werden kann. R ist der Widerstand des Stromkreises, C ist der (Kapazität des Kondensators) So verhält sich der Kondensator im Gleichstromkreis Ganz anders verhält es sich in einer variablen Schaltung!

Kondensator im Wechselstromkreis

Was ist Wechselstrom? Dabei „laufen“ Elektronen erst hin und dann zurück. Diese. Die Richtung ihrer Bewegung ändert sich ständig. Wenn dann Wechselstrom durch den Stromkreis mit dem Kondensator fließt, sammelt sich auf jeder seiner Platten entweder eine „+“-Ladung oder eine „-“-Ladung an. Diese. Es fließt tatsächlich Wechselstrom. Das bedeutet, dass Wechselstrom „ungehindert“ durch den Kondensator fließt.

Dieser gesamte Prozess kann mit der Methode der hydraulischen Analogien modelliert werden. Das Bild unten zeigt ein Analogon eines Wechselstromkreises. Der Kolben drückt die Flüssigkeit vorwärts und rückwärts. Dadurch dreht sich das Laufrad hin und her. Es stellt sich heraus, dass es sich um einen wechselnden Flüssigkeitsstrom handelt (wir lesen Wechselstrom).

Platzieren wir nun ein Kondensatormedel in Form einer Membran zwischen der Kraftquelle (Kolben) und dem Laufrad und analysieren wir, was sich ändern wird.

Es sieht so aus, als würde sich nichts ändern. So wie die Flüssigkeit oszillierende Bewegungen ausführte, so tut sie dies auch weiterhin, so wie das Laufrad dadurch oszillierte, so wird es auch weiterhin oszillieren. Das bedeutet, dass unsere Membran kein Hindernis für variable Strömungen darstellt. Dasselbe gilt auch für einen elektronischen Kondensator.

Tatsache ist, dass die Elektronen, die in einer Kette laufen, zwar nicht das Dielektrikum (Membran) zwischen den Platten des Kondensators durchqueren, ihre Bewegung außerhalb des Kondensators jedoch oszillierend (hin und her) ist, d. h. Wechselstrom fließt. Äh!

Somit lässt der Kondensator Wechselstrom durch und blockiert Gleichstrom. Dies ist sehr praktisch, wenn Sie die Gleichstromkomponente im Signal entfernen müssen, beispielsweise am Ausgang/Eingang eines Audioverstärkers, oder wenn Sie nur den variablen Teil des Signals (Welligkeit am Ausgang eines Gleichstroms) betrachten müssen Spannungsquelle).

Kondensatorreaktanz

Der Kondensator hat Widerstand! Prinzipiell lässt sich dies dadurch vermuten, dass durch ihn kein Gleichstrom fließt, als wäre er ein Widerstand mit sehr hohem Widerstandswert.

Bei Wechselstrom ist das eine andere Sache – er fließt durch, erfährt aber einen Widerstand vom Kondensator:

f - Frequenz, C - Kapazität des Kondensators. Wenn Sie sich die Formel genau ansehen, werden Sie feststellen, dass bei konstantem Strom f = 0 und dann (mögen militante Mathematiker mir verzeihen!) X c = ist Unendlichkeit. Und es fließt kein Gleichstrom durch den Kondensator.

Der Widerstand gegenüber Wechselstrom ändert sich jedoch abhängig von seiner Frequenz und der Kapazität des Kondensators. Je höher die Frequenz des Stroms und die Kapazität des Kondensators sind, desto weniger Widerstand leistet er diesem Strom und umgekehrt. Je schneller sich die Spannung ändert
Spannung, die aktueller durch einen Kondensator erklärt dies die Abnahme von Xc mit zunehmender Frequenz.

Ein weiteres Merkmal des Kondensators ist übrigens, dass er keinen Strom abgibt und sich nicht erwärmt! Daher wird es manchmal verwendet, um die Spannung dort zu dämpfen, wo der Widerstand rauchen würde. Um beispielsweise die Netzspannung von 220 V auf 127 V zu reduzieren. Und weiter:

Der Strom in einem Kondensator ist proportional zur Geschwindigkeit der an seinen Anschlüssen angelegten Spannung

Wo werden Kondensatoren eingesetzt?

Ja, überall dort, wo ihre Eigenschaften erforderlich sind (kein Durchgang von Gleichstrom, Fähigkeit zur Akkumulation). elektrische Energie und ihren Widerstand je nach Frequenz ändern), in Filtern, in Schwingkreisen, in Spannungsvervielfachern usw.

Welche Arten von Kondensatoren gibt es?

Die Industrie produziert viele verschiedene Typen Kondensatoren. Jeder von ihnen hat bestimmte Vor- und Nachteile. Einige haben einen geringen Leckstrom, andere haben eine große Kapazität und wieder andere haben etwas anderes. Abhängig von diesen Indikatoren werden Kondensatoren ausgewählt.

Funkamateure, insbesondere Anfänger wie wir, machen sich nicht allzu viele Gedanken und wetten auf das, was sie finden können. Dennoch sollten Sie wissen, welche Haupttypen von Kondensatoren es in der Natur gibt.

Das Bild zeigt eine sehr konventionelle Trennung von Kondensatoren. Ich habe es nach meinem Geschmack zusammengestellt und es gefällt mir, weil man sofort erkennt, ob es welche gibt variable Kondensatoren was sind dort Permanentkondensatoren und welche Dielektrika werden in herkömmlichen Kondensatoren verwendet. Im Allgemeinen alles, was ein Funkamateur braucht.

Sie haben einen geringen Leckstrom, kleine Abmessungen, eine geringe Induktivität und können bei hohen Frequenzen sowie in Gleich-, Puls- und Wechselstromkreisen betrieben werden.

Sie werden in einem breiten Spektrum an Betriebsspannungen und Kapazitäten hergestellt: von 2 bis 20.000 pF und halten je nach Ausführung Spannungen bis zu 30 kV stand. Aber am häufigsten trifft man sich Keramikkondensatoren mit Betriebsspannung bis 50V.

Ehrlich gesagt weiß ich nicht, ob sie jetzt veröffentlicht werden. Bisher wurde in solchen Kondensatoren jedoch Glimmer als Dielektrikum verwendet. Und der Kondensator selbst bestand aus einer Packung Glimmerplatten, auf die jeweils beidseitig Platten aufgebracht waren, und dann wurden diese Platten in einem „Paket“ gesammelt und in einen Koffer verpackt.

Sie hatten typischerweise eine Kapazität von mehreren tausend bis zehntausend Pikoforaden und arbeiteten in einem Spannungsbereich von 200 V bis 1500 V.

Papierkondensatoren

Solche Kondensatoren haben Kondensatorpapier als Dielektrikum und Aluminiumstreifen als Platten. Lange Bänder Aluminiumfolie Mit einem Papierstreifen dazwischen werden sie zu einer Rolle gerollt und in eine Schachtel verpackt. Das ist der Trick.

Solche Kondensatoren gibt es in Kapazitäten von Tausenden Pikoforad bis 30 Mikroforad und können Spannungen von 160 bis 1500 V standhalten.

Gerüchten zufolge werden sie mittlerweile von Audiophilen geschätzt. Ich bin nicht überrascht – sie haben auch einseitige Leiterdrähte …

Im Prinzip gewöhnliche Kondensatoren mit Polyester als Dielektrikum. Der Kapazitätsbereich reicht von 1 nF bis 15 mF bei einer Betriebsspannung von 50 V bis 1500 V.

Kondensatoren dieser Art haben zwei unbestreitbare Vorteile. Erstens können sie mit einer sehr geringen Toleranz von nur 1 % hergestellt werden. Wenn also 100 pF angegeben ist, beträgt die Kapazität 100 pF +/- 1 %. Und zweitens kann ihre Betriebsspannung bis zu 3 kV erreichen (und die Kapazität 100 pF bis 10 mF).

Elektrolytkondensator

Diese Kondensatoren unterscheiden sich von allen anderen dadurch, dass sie nur an einen Gleich- oder Pulsstromkreis angeschlossen werden können. Sie sind polar. Sie haben ein Plus und ein Minus. Das liegt an ihrem Design. Und wenn ein solcher Kondensator umgekehrt eingeschaltet wird, wird er höchstwahrscheinlich anschwellen. Und vorher explodierten sie auch fröhlich, aber unsicher. Es gibt Elektrolytkondensator Aluminium und Tantal.

Aluminium-Elektrolytkondensatoren sind fast wie Papierkondensatoren aufgebaut, mit dem einzigen Unterschied, dass die Platten eines solchen Kondensators aus Papier und Aluminiumstreifen bestehen. Das Papier wird mit Elektrolyt imprägniert und der Aluminiumstreifen damit beschichtet dünne Schicht Oxid, das als Dielektrikum wirkt. Wenn Sie an einen solchen Kondensator Wechselstrom anlegen oder ihn auf die Ausgangspolarität zurückdrehen, kocht der Elektrolyt und der Kondensator fällt aus.

Elektrolytkondensatoren haben eine relativ große Kapazität, weshalb sie beispielsweise häufig in Gleichrichterschaltungen eingesetzt werden.

Das ist wahrscheinlich alles. Hinter den Kulissen bleiben Kondensatoren mit einem Dielektrikum aus Polycarbonat, Polystyrol und wahrscheinlich vielen anderen Typen. Aber ich denke, dass das überflüssig sein wird.

Fortsetzung folgt...

Im zweiten Teil möchte ich Beispiele typischer Einsatzmöglichkeiten von Kondensatoren zeigen.

Was ist Wechselstrom?

Wenn wir Gleichstrom betrachten, ist dieser möglicherweise nicht immer vollkommen konstant: Die Spannung am Ausgang der Quelle kann von der Last oder vom Entladungsgrad der Batterie abhängen galvanische Batterie. Selbst bei konstanter stabilisierter Spannung hängt der Strom im externen Stromkreis von der Last ab, was durch das Ohmsche Gesetz bestätigt wird. Es stellt sich heraus, dass es sich auch hier nicht ganz um einen Gleichstrom handelt, aber ein solcher Strom kann auch nicht als Wechselstrom bezeichnet werden, da er seine Richtung nicht ändert.

Als Variable wird üblicherweise Spannung oder Strom bezeichnet, deren Richtung und Größe sich nicht unter dem Einfluss von ändern externe Faktoren, zum Beispiel eine Last, aber ganz „unabhängig“: So erzeugt der Generator sie. Darüber hinaus müssen diese Änderungen periodisch sein, d. h. wiederholt sich nach einer bestimmten Zeitspanne, die als Periode bezeichnet wird.

Wenn sich die Spannung oder der Strom zufällig ändert, ohne Rücksicht auf Periodizität oder andere Muster, wird ein solches Signal als Rauschen bezeichnet. Klassisches Beispiel- „Schnee“ auf dem Fernsehbildschirm bei schwachem Sendesignal. Beispiele einiger periodischer elektrischer Signale sind in Abbildung 1 dargestellt.

Für Gleichstrom gibt es nur zwei Eigenschaften: Polarität und Quellenspannung. Bei Wechselstrom reichen diese beiden Größen eindeutig nicht aus, daher treten mehrere weitere Parameter auf: Amplitude, Frequenz, Periode, Phase, Momentanwert und effektiver Wert.

Bild 1.

In der Technik hat man es am häufigsten mit Sinusschwingungen zu tun, und zwar nicht nur in der Elektrotechnik. Stellen Sie sich ein Autorad vor. Bei gleichmäßige Bewegung Auf einer gut ebenen Straße beschreibt die Radmitte eine gerade Linie parallel zur Straßenoberfläche. Gleichzeitig bewegt sich jeder Punkt am Umfang des Rades entlang einer Sinuskurve relativ zur gerade erwähnten Geraden.

Dies kann durch Abbildung 2 bestätigt werden, die zeigt grafische Methode Konstruktion einer Sinuskurve: Wer sich gut mit Zeichnen beschäftigt hat, hat eine gute Vorstellung davon, wie solche Konstruktionen ausgeführt werden.

Figur 2.

Aus Schulkurs Physiker wissen, dass die Sinuswelle am häufigsten vorkommt und sich zum Studium einer periodischen Kurve eignet. Genau die gleichen Sinusschwingungen ergeben sich bei Wechselstromgeneratoren, was auf ihren mechanischen Aufbau zurückzuführen ist.

Abbildung 3 zeigt ein Diagramm des Sinusstroms.

Figur 3.

Es ist leicht zu erkennen, dass die Stärke des Stroms mit der Zeit variiert, daher ist die Ordinatenachse in der Abbildung als i(t) bezeichnet – eine Funktion des Stroms über der Zeit. Volle Periode Der Strom wird durch eine durchgezogene Linie angezeigt und hat eine Periode T. Wenn wir vom Koordinatenursprung aus betrachten, können wir sehen, dass der Strom zunächst ansteigt, Imax erreicht, durch Null geht, auf -Imax abnimmt, danach ansteigt und erreicht Null. Dann beginnt die nächste Periode, die durch die gestrichelte Linie dargestellt ist.

In Form einer mathematischen Formel wird das Verhalten des Stroms wie folgt geschrieben: i(t)= Imax*sin(ω*t±φ).

Dabei ist i(t) der Momentanwert des Stroms in Abhängigkeit von der Zeit, Imax der Amplitudenwert (maximale Abweichung vom Gleichgewichtszustand), ω die Kreisfrequenz (2*π*f), φ der Phasenwinkel.

Die Kreisfrequenz ω wird im Bogenmaß pro Sekunde gemessen, der Phasenwinkel φ wird im Bogenmaß oder Grad gemessen. Letzteres ist nur dann sinnvoll, wenn zwei Sinusströme vorliegen. In Stromkreisen beispielsweise eilt der Strom der Spannung um 90˚ oder genau eine Viertelperiode voraus, wie in Abbildung 4 dargestellt. Wenn sinusförmiger Strom eins, dann können Sie es entlang der Ordinatenachse beliebig verschieben, und es ändert sich nichts.

Figur 4. In Stromkreisen mit einem Kondensator eilt der Strom der Spannung um eine Viertelperiode voraus

Die physikalische Bedeutung der Kreisfrequenz ω ist, welchen Winkel im Bogenmaß die Sinuskurve in einer Sekunde „wandert“.

Periode – T ist die Zeit, in der die Sinuskurve eine vollständige Schwingung ausführt. Gleiches gilt für Schwingungen anderer Formen, beispielsweise rechteckig oder dreieckig. Der Zeitraum wird in Sekunden oder kleineren Einheiten gemessen: Millisekunden, Mikrosekunden oder Nanosekunden.

Ein weiterer Parameter jedes periodischen Signals, einschließlich Sinuskurven, ist die Frequenz, also wie viele Schwingungen das Signal in einer Sekunde ausführt. Die Einheit der Frequenz ist Hertz (Hz), benannt nach dem Wissenschaftler Heinrich Hertz aus dem 19. Jahrhundert. Eine Frequenz von 1 Hz entspricht also nicht mehr als einer Schwingung/Sekunde. Beispielsweise beträgt die Frequenz des Beleuchtungsnetzes 50 Hz, das heißt, pro Sekunde vergehen genau 50 Sinusperioden.

Wenn die Periode des Stroms bekannt ist (das ist möglich), hilft Ihnen die Formel, die Frequenz des Signals herauszufinden: f=1/T. Wenn die Zeit außerdem in Sekunden ausgedrückt wird, wird das Ergebnis in Hertz angegeben. Und umgekehrt, T=1/f, Frequenz in Hz, Zeit in Sekunden. Wenn der Zeitraum beispielsweise 1/50 = 0,02 Sekunden oder 20 Millisekunden beträgt. In der Elektrizität werden häufiger höhere Frequenzen verwendet: KHz – Kilohertz, MHz – Megahertz (Tausende und Millionen Schwingungen pro Sekunde) usw.

Alles, was für den Strom gesagt wurde, gilt auch für die Wechselspannung: In Abb. 6 reicht es aus, einfach den Buchstaben I in U zu ändern. Die Formel sieht dann so aus: u(t)=Umax*sin(ω*t± φ).

Diese Erklärungen reichen völlig aus, um darauf zurückzukommen Experimente mit Kondensatoren und ihre physikalische Bedeutung erklären.

Der Kondensator leitet Wechselstrom, wie im Diagramm in Abbildung 3 dargestellt (siehe Artikel -). Die Helligkeit der Lampe erhöht sich, wenn ein zusätzlicher Kondensator angeschlossen wird. Wenn Kondensatoren parallel geschaltet sind, addieren sich ihre Kapazitäten einfach, sodass wir davon ausgehen können, dass die Kapazität Xc von der Kapazität abhängt. Darüber hinaus hängt es auch von der Frequenz des Stroms ab, daher sieht die Formel so aus: Xc=1/2*π*f*C.

Aus der Formel folgt, dass mit zunehmender Kapazität des Kondensators und der Frequenz der Wechselspannung die Reaktanz Xc abnimmt. Diese Abhängigkeiten sind in Abbildung 5 dargestellt.

Abbildung 5. Abhängigkeit Reaktanz Kondensator vom Kondensator

Wenn Sie die Frequenz in Hertz und die Kapazität in Farad in die Formel einsetzen, ist das Ergebnis die Einheit Ohm.

Wird der Kondensator heiß?

Erinnern wir uns nun an das Experiment mit einem Kondensator und einem Stromzähler. Warum dreht sich dieser nicht? Tatsache ist, dass der Zähler Wirkenergie zählt, wenn der Verbraucher eine rein aktive Last ist, beispielsweise Glühlampen, ein Wasserkocher oder ein Elektroherd. Bei solchen Verbrauchern sind Spannung und Strom gleichphasig und haben das gleiche Vorzeichen: wenn man zwei multipliziert negative Zahlen(Spannung und Strom während der negativen Halbwelle) ist das Ergebnis nach den Gesetzen der Mathematik immer noch positiv. Daher ist die Leistung solcher Verbraucher immer positiv, d.h. gelangt in die Ladung und wird in Form von Wärme abgegeben, wie in Abbildung 6 durch die gestrichelte Linie dargestellt.

Abbildung 6.

Wenn ein Kondensator an den Wechselstromkreis angeschlossen ist, sind Strom und Spannung nicht phasengleich: Der Strom ist der Spannung phasengleich um 90 ° voraus, was dazu führt, dass bei Strom und Spannung eine Kombination entsteht haben verschiedene Zeichen.

Abbildung 7.

In diesen Momenten erweist sich die Kraft als negativ. Mit anderen Worten: Wenn die Leistung positiv ist, wird der Kondensator aufgeladen, und wenn sie negativ ist, wird die gespeicherte Energie an die Quelle zurückgegeben. Daher sind es im Durchschnitt Nullen und es gibt hier einfach nichts zu zählen.

Der Kondensator erwärmt sich, wenn er natürlich ordnungsgemäß funktioniert, überhaupt nicht. Daher oft Ein Kondensator wird als leistungsloser Widerstand bezeichnet, was den Einsatz in transformatorlosen Stromversorgungen mit geringer Leistung ermöglicht. Obwohl die Verwendung solcher Blöcke aufgrund ihrer Gefahr nicht empfohlen wird, ist sie manchmal dennoch notwendig.

Vor dem Einbau in einen solchen Block Löschkondensator, sollte dies durch einfaches Anschließen an das Netzwerk überprüft werden: Wenn sich der Kondensator eine halbe Stunde lang nicht erwärmt hat, kann er sicher in den Stromkreis einbezogen werden. Andernfalls müssen Sie es ohne Reue einfach wegwerfen.

Was zeigt das Voltmeter an?

Bei der Herstellung und Reparatur verschiedener Geräte muss, wenn auch nicht sehr oft, gemessen werden variable Spannung und sogar Strömungen. Wenn sich eine Sinuswelle so unruhig auf und ab verhält, was zeigt ein normales Voltmeter dann an?

Der Durchschnittswert eines periodischen Signals, in diesem Fall einer Sinuskurve, wird als Fläche berechnet, die durch die x-Achse und die grafische Darstellung des Signals begrenzt wird, geteilt durch 2*π Bogenmaß oder die Periode der Sinuskurve. Da die Spitze und Unterteil sind absolut identisch, haben aber unterschiedliche Vorzeichen, der Durchschnittswert der Sinuskurve ist Null und es besteht überhaupt keine Notwendigkeit, sie zu messen, und es ist sogar einfach sinnlos.

Deshalb Messgerät zeigt uns den Effektivwert der Spannung oder des Stroms. RMS ist der Wert des periodischen Stroms, bei dem bei gleicher Belastung die gleiche Wärmemenge freigesetzt wird wie bei Gleichstrom. Mit anderen Worten: Die Glühbirne leuchtet mit der gleichen Helligkeit.

Dies wird durch Formeln wie diese beschrieben: Isrk = 0,707*Imax= Imax/√2 für Spannung ist die Formel dieselbe, ändern Sie einfach einen Buchstaben Usrk=0,707*Umax=Umax/√2. Das sind die Werte, die das Messgerät anzeigt. Sie können bei der Berechnung nach dem Ohmschen Gesetz oder bei der Leistungsberechnung in Formeln eingesetzt werden.

Doch das ist noch nicht alles, wozu ein Kondensator in einem Wechselstromnetz fähig ist. Der nächste Artikel befasst sich mit der Verwendung von Kondensatoren in Impulsschaltungen, Hoch- und Tiefpassfiltern sowie Sinus- und Rechteckgeneratoren.

Eine schnelle Änderung der Stromstärke und ihrer Richtung, die den Wechselstrom charakterisiert, führt zu einer Reihe die wichtigsten Merkmale die die Wirkung von Wechselstrom von Gleichstrom unterscheiden. Einige dieser Merkmale kommen in den folgenden Experimenten deutlich zum Vorschein.

1. Wechselstrom durch einen Kondensator leiten. Wir verfügen über eine Gleichstromquelle mit einer Spannung von 12 V ( Akkumulatorbatterie) und eine Wechselstromquelle mit einer Spannung von ebenfalls 12 V. Wenn wir an jede dieser Quellen eine kleine Glühbirne anschließen, werden wir sehen, dass beide Glühbirnen gleich hell brennen (Abb. 298a). Schließen wir nun einen Hochleistungskondensator an den Stromkreis sowohl der ersten als auch der zweiten Glühbirne an (Abb. 298,b). Wir werden feststellen, dass die Glühbirne bei Gleichstrom überhaupt nicht leuchtet, bei Wechselstrom hingegen bleibt ihr Glühen fast gleich wie zuvor. Das Fehlen von Glühlampen in einem Gleichstromkreis ist leicht zu verstehen: Zwischen den Platten des Kondensators befindet sich eine Isolierschicht, sodass der Stromkreis offen ist. Die Intensität einer Glühbirne in einem Wechselstromkreis erscheint erstaunlich.

Reis. 298. Der Durchgang von Wechselstrom durch einen Kondensator: a) Glühbirnen, die an einen Gleichstromkreis (rechts) oder Wechselstromkreis (links) angeschlossen sind, leuchten gleichmäßig; b) Wenn ein Kondensator an den Stromkreis angeschlossen wird, stoppt der Gleichstrom, der Wechselstrom fließt weiter und erwärmt die Glühbirne

Wenn Sie jedoch darüber nachdenken, ist daran nichts Geheimnisvolles. Es handelt sich hier lediglich um eine häufige Wiederholung des bekannten Vorgangs des Ladens und Entladens eines Kondensators. Wenn wir einen Kondensator an eine Stromquelle anschließen (Abb. 299, a) (indem wir den Schalthebel nach links drehen), dann geht an die Leitungen Strom, bis die auf den Kondensatorplatten angesammelten Ladungen eine Potentialdifferenz erzeugen, die die Quellenspannung ausgleicht. Dadurch entsteht im Kondensator ein elektrisches Feld, in dem eine bestimmte Energiemenge konzentriert ist. Wenn wir die Platten eines geladenen Kondensators mit einem Leiter verbinden und die Stromquelle trennen (indem wir den Schalthebel nach rechts drehen), fließt die Ladung durch den Leiter von einer Platte zur anderen und es fließt ein kurzzeitiger Strom durch den Leiter, der die Glühbirne einschaltet. Das Feld im Kondensator verschwindet und die darin gespeicherte Energie wird zum Erhitzen der Glühbirne aufgewendet.

Reis. 299. Jedes Mal, wenn der Kondensator aufgeladen wird, blinkt die Glühbirne: a) Laden des Kondensators (Taste nach links) und Entladen über die Glühbirne (Taste nach rechts); b) schnelles Laden und Entladen des Kondensators beim Drehen des Schlüssels, das Licht blinkt; c) ein Kondensator und eine Glühbirne in einem Wechselstromkreis

Was passiert, wenn Wechselstrom durch einen Kondensator fließt, lässt sich sehr anschaulich durch das in Abb. dargestellte Experiment erklären. 299, geb. Durch Drehen des Schalthebels nach rechts verbinden wir den Kondensator mit einer Stromquelle und Platte 1 wird positiv und Platte 2 negativ geladen. Befindet sich der Schalter in der Mittelstellung, wird bei geöffnetem Stromkreis der Kondensator über die Glühbirne entladen. Wenn der Schaltknopf nach links gedreht wird, wird der Kondensator erneut aufgeladen, diesmal jedoch Platte 1 negativ und Platte 2 positiv. Indem wir den Schalthebel schnell zuerst in die eine und dann in die andere Richtung bewegen, sehen wir, dass bei jedem Kontaktwechsel die Glühbirne für einen Moment blinkt, d. h., dass ein kurzzeitiger Strom durch sie fließt. Wenn man schnell genug umschaltet, blinkt die Glühbirne so schnell hintereinander, dass sie ununterbrochen brennt; Gleichzeitig fließt ein Strom durch ihn, der oft seine Richtung ändert. In diesem Fall ändert sich das elektrische Feld im Kondensator ständig: Es wird entweder erzeugt, dann verschwindet es und wird dann in der entgegengesetzten Richtung wieder erzeugt. Das Gleiche passiert, wenn wir einen Kondensator an einen Wechselstromkreis anschließen (Abb. 299c).

2. Der Durchgang von Wechselstrom durch eine Spule mit hoher Induktivität. Verbinden wir es mit der in Abb. gezeigten Schaltung. 298,b, anstelle eines Kondensators eine Spule aus Kupferkabel mit vielen Windungen, in deren Inneren sich ein Eisenkern befindet (Abb. 300). Es ist bekannt, dass solche Spulen eine hohe Induktivität haben (§ 144). Der Widerstand einer solchen Spule bei Gleichstrom ist gering, da sie aus ziemlich dickem Draht besteht. Bei Gleichstrom (Abb. 300, a) brennt die Glühbirne hell, bei Wechselstrom (Abb. 300, b) ist das Leuchten jedoch kaum wahrnehmbar. Die Erfahrung mit Gleichstrom ist eindeutig: Da der Widerstand der Spule gering ist, ändert sich der Strom durch ihre Anwesenheit nahezu nicht und die Glühbirne brennt hell. Warum schwächt die Spule den Wechselstrom? Wir werden den Eisenkern nach und nach aus der Spule herausziehen. Wir werden feststellen, dass die Glühbirne immer heißer wird, das heißt, dass mit zunehmender Ausdehnung des Kerns der Strom im Stromkreis zunimmt. Wenn der Kern vollständig entfernt ist, kann das Leuchten der Glühbirne nahezu normal werden, wenn die Windungszahl der Spule nicht sehr groß ist. Durch die Verlängerung des Kerns verringert sich jedoch die Induktivität der Spule. Wir sehen also, dass eine Spule mit niedrigem Widerstand, aber hoher Induktivität, die in einen Wechselstromkreis geschaltet ist, diesen Strom erheblich schwächen kann.

Reis. 300. Eine Glühbirne ist an einen Gleichstromkreis (a) und einen Wechselstromkreis (b) angeschlossen. Eine Spule ist in Reihe mit der Glühbirne geschaltet. Bei Gleichstrom brennt die Glühbirne hell, bei Wechselstrom leuchtet sie schwach.

Auch die Wirkung einer hochinduktiven Spule auf Wechselstrom lässt sich leicht erklären. Wechselstrom ist ein Strom, dessen Stärke sich schnell ändert, manchmal zunimmt und manchmal abnimmt. Bei diesen Veränderungen im Stromkreis kommt es zu E.M. d.s. Selbstinduktion, die von der Induktivität des Stromkreises abhängt. Die Richtung dieses e. d.s. (wie wir in § 139 gesehen haben) ist so beschaffen, dass seine Wirkung die Änderung des Stroms verhindert, das heißt, es verringert die Amplitude des Stroms und damit seinen effektiven Wert. Während die Induktivität der Drähte gering ist, ist dieser zusätzliche z. d.s. ist ebenfalls gering und seine Wirkung ist kaum wahrnehmbar. Aber bei großer Induktivität ist dieses zusätzliche e. d.s. kann die Stärke des Wechselstroms erheblich beeinflussen.