Lässt der Kondensator Gleichstrom durch? Elektrischer Kondensator. Arten von Kondensatoren. Wird der Kondensator heiß?

Eine schnelle Änderung der Stromstärke und ihrer Richtung, die den Wechselstrom charakterisiert, führt zu einer Reihe die wichtigsten Merkmale, Unterscheidung der Aktion Wechselstrom aus Gleichstrom. 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.

Wo werden Kondensatoren eingesetzt?

In diesem Beitrag werden wir dieses Verhalten des Kondensators diskutieren. Da wir einen der parallelen Plattenkondensatoren mit dem Pluspol der Batterie und die andere Platte mit dem Minuspol der Batterie verbinden, entsteht ein Potenzialunterschied. Aufgrund dieser Potentialdifferenz beginnt sich eine positive Ladung vom Pluspol der Batterie zur Platte A des Kondensators zu bewegen. Denken Sie daran, dass die Ladung nicht von der Batterie, sondern vom beweglichen Elektron des Verbindungskabels bereitgestellt wird. Somit steigt die Ladung an Platte A des Kondensators vom Nullwert auf einen endlichen Wert an, bis das Potenzial von Platte A dem Potenzial des Pluspols der Batterie entspricht.

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 ist D.C. stoppt, der Wechselstrom fließt weiter und die Glühbirne leuchtet

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), fließt Strom durch die Drähte, bis die auf den Kondensatorplatten angesammelten Ladungen eine Potentialdifferenz erzeugen, die die Spannung des Kondensators ausgleicht Quelle. 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.

Wir können also sagen, dass im stationären Zustand das Potential der Platte A = 5 V beträgt und die weitere Bewegung der Ladung, d.h. kein Strom. Somit beträgt im stationären Zustand das Potential der Platte B = -5 V und es findet keine weitere Bewegung der Ladung statt, d.h. kein Strom. Stellen Sie sich einen Parallelplattenkondensator vor, der an eine variable Spannungsquelle angeschlossen ist, wie in der Abbildung gezeigt.

Wenn danach die Quellenspannung negativ ist, wird Platte A nun negativ geladen und Platte B wird positiv geladen, bis die negative Spitze der Quellenspannung erreicht ist. Sobald jedoch die negative Spitze der angelegten Spannung überschritten wird, wird der Kondensator erneut geladen beginnen sich zu entladen, da die Potentialdifferenz zwischen den Platten des Kondensators größer als die Quellenspannung ist.

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

Beachten Sie, dass der Kondensator vollständig geladen ist, wenn die angelegte Spannung ihren Höhepunkt erreicht hat und daher in diesem Moment keine Ladungsbewegung stattfindet. Daher ist der Strom durch den Kondensator Null, wenn die angelegte Spannung ihren Höhepunkt erreicht. Wenn die angelegte Spannung gleich Null ist, ist der Kondensator ebenfalls vollständig entladen. Wenn die Spannung also nur von der Nullspannung ansteigt, beginnt der Ladestrom von der Quelle zu den Platten des Kondensators zu fließen, aber wenn sich die Ladung auf der Platte ansammelt, Das Potenzial der Platte steigt, wodurch die Potenzialdifferenz zwischen den Platten und der Quelle abnimmt.

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).

Aus diesem Grund nimmt die Größe des Ladestroms ab und wird gleich Null, wenn das Potential der Kondensatorplatten gleich dem Quellenpotential wird. Deshalb sagen wir, dass der Kondensator den führenden Strom aufnimmt. Ladungen, die sich völlig verwandeln elektrische Energie V Wärmeenergie werden effektive Widerstände genannt. Dazu gehören thermische Geräte, Glühlampen sowie Widerstände und Schichtwiderstände zur Strombegrenzung. Das Verhalten der Wirkwiderstände bei Wechselstrom ist das gleiche wie bei Gleichstrom.

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.

Für sie gilt das im Abschnitt besprochene Ohmsche Gesetz ohne Einschränkungen. Spannung hat die gleiche Phase wie Strom. Die Abbildung zeigt ein Zeigerdiagramm und ein Liniendiagramm für Strom und Spannung mit Wirkwiderstand. Ideale Wirkwiderstände, auch aktive Widerstände genannt, haben keine Induktivität und keine Kapazität. Effektiver Widerstand versus Frequenz.

Spulen und Kondensatoren wandeln elektrische Energie nicht in thermische Energie um, sondern speichern sie in magnetischen bzw. magnetischen Energiequellen elektrisches Feld. Solche Komponenten haben Reaktanz. Es gibt induktive Reaktanzen und kapazitive Reaktanzen.

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 seine effektiver 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.

Wenn Wechselstrom durch die Spule fließt, wird in der zweiten Spule eine Spannung erzeugt, die dem Stromdurchgang Widerstand entgegensetzt. Diese Fähigkeit, Widerstand zu leisten, ist umso größer, je größer die Induktivität und die Änderungsrate des Stroms ist. Daher hat die Spule einen Widerstand, der mit der Frequenz zunimmt.

Der Abschnitt beweist, dass die Rolle der Strömung Langsamkeit verleiht. Dadurch kommt es zu einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung. das heißt, der Strom hinkt der Spannung hinterher. Die Abbildung zeigt Vektor- und Liniendiagramme zur Veranschaulichung dieser Zusammenhänge. Ideale Spulen keinen wirksamen Widerstand und keine Chance haben.

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.

Induktiver Blindwiderstand als Funktion der Frequenz. Strom- und Spannungskurven für induktive Reaktanz. Wenn der Kondensator versorgt wird Wechselstrom Spannung, dann wird ein sich ständig ändernder Lade- und Entladestrom erzeugt, der scheinbar den Kondensator durchdringt. Dieser Strom ist umso größer, je größer die Kapazität und die Spannungsänderungsgeschwindigkeit sind. Folglich hat der Kondensator einen Widerstand, der mit zunehmender Frequenz kleiner wird.

Kondensatorreaktanz

Kapazitive Reaktanz als Funktion der Frequenz. In dem Abschnitt wird erklärt, dass es in einem Kondensator keine plötzlichen Spannungsänderungen gibt. Es muss zunächst Strom fließen, bevor Spannung erzeugt werden kann. Wie bei einer Spule kommt es auch hier zu einer Phasenverschiebung. Zwischen Spannung und Strom entsteht ein Spannungsverhältnis, bei dem der Strom größer ist als die Spannung.

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.

Die Abbildung zeigt ein Vektordiagramm und ein Liniendiagramm zur Veranschaulichung dieser Zusammenhänge. Ideale Kondensatoren haben keinen wirksamen Widerstand oder keine effektive Induktivität. Dies ist das Verhältnis des Effektivwerts der Spannung zum Effektivwert des Stroms. Da die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung bei Wirkwiderständen 0° und bei Reaktionen 90° beträgt, ergeben sich folgende wichtige Fakten.

In Form geschrieben haben wir. Folglich werden diese beiden Effekte teilweise oder in einem Sonderfall vollständig neutralisiert. Der letzte Fall wird Resonanz genannt. Im Resonanzfall fließen höhere Ströme; es wird nur durch wirksamen Widerstand begrenzt.

Auf welche Spannung lädt sich der Kondensator auf?

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

Kondensatorwiderstand.

Schließen wir den Stromkreis. Der Kondensator begann sich aufzuladen und wurde sofort zu einer Strom-, Spannungs- und E.M.S.-Quelle. Die Abbildung zeigt, dass die E.M.S. des Kondensators der Stromquelle, die ihn lädt, entgegengesetzt ist.

Im Resonanzfall fließt der geringste Strom, nämlich nur der Strom durch den parallel geschalteten Wirkwiderstand. Bei Stromzufuhr von konstante Geschwindigkeit, tritt der maximale Spannungsabfall auf. Durch den Stromkreis fließt ein Strom von 500 mA mit einer Frequenz von 50 Hz. Abbildung 13 Schema, zum Beispiel 3.

Wird der Kondensator heiß?

Ziehen Vektordiagramm für Strom und Spannung auf der Skala. Berechnen Sie Teilspannungen, Gesamtspannung und Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung! Mit den gewonnenen Daten kann nun ein Vektordiagramm gezeichnet werden. Zum Beispiel ein Vektordiagramm.

Opposition elektromotorische Kraft Wenn ein Kondensator geladen wird, wird die Ladung dieses Kondensators Kapazität genannt.

Die gesamte Energie, die die Stromquelle zur Überwindung der Kapazität aufwendet, wird in Energie umgewandelt elektrisches Feld Kondensator. Wenn der Kondensator entladen wird, kehrt die gesamte Energie des elektrischen Feldes in Form von Energie in den Stromkreis zurück elektrischer Strom. Somit ist die Kapazität reaktiv, d. h. keine irreversiblen Energieverluste verursachen.

An den Stromkreis wird eine Spannung von 10 V mit einer Frequenz von 300 Hz angelegt. Berechnen Sie Teilströme, Gesamtstrom und Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung! Nun kann ein Vektordiagramm basierend auf den oben erhaltenen Werten erstellt werden. Effektiver Widerstand wandelt elektrische Energie vollständig in thermische Energie um; Sie sind frequenzunabhängig und verursachen keine Phasenverschiebungen zwischen Strom und Spannung.

Speicherelemente wie Spulen und Kondensatoren haben eine Reaktanz. Es ist frequenzabhängig und verursacht eine 90°-Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung. Es gibt induktive und kapazitive Reaktanzen. Bei induktiven Reaktionen eilt der Strom der Spannung nach und bei kapazitiven Reaktionen ist der Strom höher als die Spannung.

Warum fließt kein Gleichstrom durch den Kondensator, Wechselstrom jedoch?

Lassen Sie uns den Gleichstromkreis einschalten. Die Lampe blinkt und erlischt. Warum? Weil ein Kondensatorladestrom durch den Stromkreis floss. Sobald der Kondensator auf die Batteriespannung aufgeladen ist, stoppt der Strom im Stromkreis.

Schließen wir nun den Wechselstromkreis. Im ersten Viertel der Periode steigt die Spannung am Generator von 0 auf Maximum. Der Stromkreis führt einen Kondensatorladestrom. Im zweiten Viertel der Periode sinkt die Spannung am Generator auf Null. Der Kondensator wird über den Generator entladen. Anschließend wird der Kondensator geladen und wieder entladen. Somit fließen die Lade- und Entladeströme des Kondensators durch den Stromkreis. Das Licht bleibt dauerhaft an.

Impedanzen stellen die Beziehungen zwischen wirksamen Widerständen und Reaktionen dar. Sie sind aufgrund der im System enthaltenen Reaktanz frequenzabhängig. Der Wert der Impedanz kann aus Diagrammen oder durch Berechnung mittels geometrischer Addition ermittelt werden. Abhängig vom Überwiegen des induktiven Anteils oder des kapazitiven Anteils eilt entweder die Spannung dem Strom voraus oder umgekehrt. Der Phasenwinkel liegt immer zwischen 0° und 90°. Liegen induktive und kapazitive Komponenten im selben Stromkreis vor, heben sie sich teilweise oder vollständig auf.

In einem Stromkreis mit einem Kondensator fließt Strom durch den gesamten geschlossenen Stromkreis, einschließlich des Dielektrikums des Kondensators. In einem Ladekondensator wird ein elektrisches Feld erzeugt, das das Dielektrikum polarisiert. Polarisation ist die Rotation von Elektronen in Atomen auf verlängerten Bahnen.

Durch die gleichzeitige Polarisation einer großen Anzahl von Atomen entsteht ein Strom namens Verschiebungsstrom. Also in Die Drähte kommen der Strom im Dielektrikum ist gleich groß.

Der Sonderfall, bei dem die induktive Reaktanz gleich der kapazitiven Reaktanz ist, wird Resonanz genannt. Die Frequenz, bei der Resonanz auftritt, wird aufgerufen Resonanzfrequenz oder Resonanzfrequenz. Bei vorhandener Resonanz weist die Schaltung ein effektives Widerstandsverhalten auf.

Die Spule hat eine Reaktanz von 100 W bei einer Frequenz von 50 Hz. Wie groß ist die Induktivität? Bei 50 Hz hat der Kondensator eine Impedanz von etwa 65 W. Wie groß ist sein Behälter? Wir stellen die Impedanzkurve als Funktion der Frequenz von 0 bis 10 kHz für einen 100 µF-Kondensator grafisch dar!

Die Kapazität eines Kondensators wird durch die Formel bestimmt

Wenn wir uns die Grafik ansehen, kommen wir zu dem Schluss: Der Strom in einem Stromkreis mit rein kapazitiver Reaktanz eilt der Spannung um 90 0 voraus.

Es stellt sich die Frage: Wie kann der Strom im Stromkreis die Spannung am Generator übertreffen? Der Stromkreis führt abwechselnd Strom von zwei Stromquellen, vom Generator und vom Kondensator. Wenn die Spannung am Generator Null ist, ist der Strom im Stromkreis maximal. Dies ist der Entladestrom des Kondensators.

Bestimmen Sie den Wert der induktiven Reaktanz und Induktivität anhand einer Grafik und einer Berechnung! Aber hier ist, was tatsächlich als nächstes passiert. Daher können diese negativen Ladungen nicht durch das Dielektrikum selbst gelangen, aber die mit dem Pluspol verbundene Platte leitet eine gleiche Anzahl an Elektronen ab und bringt eine positive Ladung auf diese Platte. Es befindet sich im Gleichgewicht und bleibt es auch, es handelt sich also um einen offenen Stromkreis, da zwischen ihnen ein Dielektrikum besteht. Energie wird in einem elektrostatischen Feld gespeichert.

Bedenken Sie zunächst, dass der Raum zwischen den Platten durch ein Dielektrikum getrennt ist.
Es liegt also kein Schnittpunkt vor.
Einfache Erschöpfung in einer Platte als Reaktion auf die Anreicherung in der anderen.

Nun, es ist nur eine Ladung in einem Teller.

Über echten Kondensator

Ein echter Kondensator hat gleichzeitig zwei Widerstände: aktiv und kapazitiv. Sie sollten als in Reihe geschaltet betrachtet werden.

Die vom Generator an den aktiven Widerstand angelegte Spannung und der durch den aktiven Widerstand fließende Strom sind phasengleich.

In einem positiven Zyklus entzieht Platte 1 einige Elektronen, während die gegenüberliegende Platte aufgrund der Polarität dieses Halbzyklus Elektronen ansammelt. Wenn nun die negative Halbwelle auftritt, ändert sich die Polarität, so dass Platte 1 Elektronen ansammelt und Platte 2 daher allein mit Elektronen ist. Dies wird für jeden Zyklus so bleiben, und dieser Zyklus der Ansammlung und Erschöpfung ist das, was Sie als „aktuellen Fluss“ betrachten.

Positiver Zyklus und negativer Zyklus.
Dies wird als Verschiebungsstrom bezeichnet.

Okay, jetzt fragen Sie sich vielleicht, was in einem Kondensator passiert.

Die vom Generator an die kapazitive Reaktanz angelegte Spannung und der durch die kapazitive Reaktanz fließende Strom sind um 90 0 phasenverschoben. Die resultierende Spannung, die der Generator an den Kondensator anlegt, kann mit der Parallelogrammregel ermittelt werden.

An aktiver Widerstand Spannung U Ist und Strom I sind in Phase. Bei kapazitiver Reaktanz eilt die Spannung Uc dem Strom I um 90 0 nach. Die resultierende Spannung, die der Generator an den Kondensator anlegt, wird durch die Parallelogrammregel bestimmt. Diese resultierende Spannung eilt dem Strom I um einen Winkel φ nach, der immer kleiner als 90 0 ist.

Die dielektrische Spezies dehnt sich wie ein Gummiband aus. Aber ein gedehntes Gummiband hält potenzielle Energie, wie zum Beispiel ein Dielektrikum zwischen elektrostatischen Feldern, also ist es eine „gute“ Analogie. Schauen Sie sich diese interaktive Animation an, um zu sehen, was los ist.

Mein Lieblingsvergleich, der einer Wasser-Gummi-Membran, wird es kristallklar machen! Ein Kondensator speichert Energie in seinem elektrischen Feld und widersteht Spannungsänderungen, indem er Strom zieht oder der Quelle Strom zuführt, anstatt die Spannung zu ändern. Es verfügt über zwei Elektroden mit dielektrisches Material zwischen ihnen und es fließt daher kein Strom durch ihn.

Bestimmung des resultierenden Kondensatorwiderstands

Der resultierende Widerstand eines Kondensators kann nicht durch Summieren der Werte seines aktiven und kapazitiven Widerstands ermittelt werden. Dies geschieht nach der Formel