Ποιο είναι το ρεύμα στον πυκνωτή. Γιατί το εναλλασσόμενο ρεύμα διέρχεται από έναν πυκνωτή αλλά το συνεχές ρεύμα όχι;

Πυκνωτής σε κύκλωμα AC

Ένας πυκνωτής σε ένα κύκλωμα AC συμπεριφέρεται διαφορετικά από μια αντίσταση. Ενώ οι αντιστάσεις απλώς αντιτίθενται στη ροή των ηλεκτρονίων (η τάση σε αυτές είναι ευθέως ανάλογη με το ρεύμα), τότε οι πυκνωτές αντιτίθενται σε αλλαγή τάσης («φρενάρισμα» ή προσθήκη ρεύματος κατά τη φόρτιση ή την εκφόρτιση σε ένα νέο επίπεδο τάσης). Το ρεύμα που διέρχεται από τον πυκνωτή είναι ευθέως ανάλογο με το ρυθμό μεταβολής της τάσης. Αυτή η αντίσταση στην αλλαγή τάσης είναι μια άλλη μορφή επαγωγική ηλεκτρική αντίσταση, που στη δράση του είναι αντίθετη από την αντίδραση του επαγωγέα.

Η μαθηματική σχέση μεταξύ του ρεύματος που διέρχεται από τον πυκνωτή και του ρυθμού μεταβολής της τάσης σε αυτόν έχει ως εξής:

Ο λόγος du/dt είναι ο ρυθμός μεταβολής της στιγμιαίας τάσης (u) με την πάροδο του χρόνου και μετράται σε βολτ ανά δευτερόλεπτο. Η χωρητικότητα (C) μετριέται σε Farads και το στιγμιαίο ρεύμα (i) μετριέται σε αμπέρ. Για να δείξουμε τι συμβαίνει στο AC, ας αναλύσουμε ένα απλό χωρητικό κύκλωμα:

Ένα απλό χωρητικό κύκλωμα: η τάση του πυκνωτή υστερεί στο ρεύμα κατά 90o.

Αν σχεδιάσουμε το ρεύμα και την τάση για αυτό το απλό κύκλωμα, θα μοιάζει κάπως έτσι:

Όπως θυμάστε, το ρεύμα που διέρχεται από τον πυκνωτή είναι μια απόκριση σε μια αλλαγή στην τάση σε αυτόν τον πυκνωτή. Από αυτό μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι το στιγμιαίο ρεύμα είναι μηδέν όταν η τιμή της στιγμιαίας τάσης είναι στο αποκορύφωμά της (μηδενική αλλαγή ή μηδενική κλίση του ημιτονοειδούς κύματος τάσης) και το στιγμιαίο ρεύμα είναι ίσο με την τιμή κορυφής του όταν η στιγμιαία τάση είναι στα σημεία της μέγιστης μεταβολής.(σημεία της πιο απότομης κλίσης του κύματος τάσης στα οποία διασχίζει τη γραμμή μηδέν). Όλα αυτά οδηγούν στο γεγονός ότι το κύμα τάσης είναι -90 o εκτός φάσης με το τρέχον κύμα. Το γράφημα δείχνει πώς το κύμα ρεύματος δίνει ένα "μειονέκτημα" στο κύμα τάσης: το ρεύμα "οδηγεί" την τάση και η τάση "υστερεί" πίσω από το ρεύμα.

Όπως ίσως μαντέψατε, το ίδιο ασυνήθιστο κύμα ισχύος που είδαμε σε ένα απλό επαγωγικό κύκλωμα υπάρχει και σε ένα απλό χωρητικό κύκλωμα:

Όπως συμβαίνει με ένα απλό επαγωγικό κύκλωμα, μια μετατόπιση φάσης 90 μοιρών μεταξύ τάσης και ρεύματος έχει ως αποτέλεσμα μια ομοιόμορφη εναλλαγή του κύματος ισχύος μεταξύ θετικού και αρνητικές τιμές. Αυτό σημαίνει ότι ο πυκνωτής δεν διαχέει την ισχύ (όταν αντιδρά σε αλλαγές τάσης), αλλά απλώς την απορροφά και την απελευθερώνει (εναλλάξ).

Η αντίσταση ενός πυκνωτή στην αλλαγή τάσης ερμηνεύεται ως η αντίσταση σε μια εναλλασσόμενη τάση στο σύνολό της, η οποία, εξ ορισμού, αλλάζει συνεχώς στιγμιαία μέγεθος και κατεύθυνση. Για οποιαδήποτε δεδομένη τιμή AC τάσησε μια δεδομένη συχνότητα, ένας πυκνωτής δεδομένου μεγέθους θα «αγώγει» μια ορισμένη ποσότητα εναλλασσόμενου ρεύματος. Ακριβώς όπως το ρεύμα μέσω μιας αντίστασης είναι συνάρτηση της τάσης σε αυτήν την αντίσταση και της αντίστασής της, εναλλασσόμενο ρεύμακατά μήκος ενός πυκνωτή είναι μια συνάρτηση της τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος σε αυτόν τον πυκνωτή και της αντίδρασής του. Όπως και με τους επαγωγείς, η αντίδραση ενός πυκνωτή μετριέται σε ohms και συμβολίζεται με το γράμμα X (ή XC, για να είμαστε πιο ακριβείς).

Δεδομένου ότι το ρεύμα μέσω ενός πυκνωτή είναι ανάλογο με το ρυθμό μεταβολής της τάσης, θα είναι μεγαλύτερο για τις ταχέως μεταβαλλόμενες τάσεις και μικρότερο για τάσεις με πιο αργή μεταβολή. Αυτό σημαίνει ότι η αντίδραση οποιουδήποτε πυκνωτή (σε ohms) είναι αντιστρόφως ανάλογη με τη συχνότητα AC. Ο ακριβής τύπος για τον υπολογισμό της αντίδρασης ενός πυκνωτή έχει ως εξής:

Εάν ένας πυκνωτής 100 uF εκτεθεί σε συχνότητες 60, 120 και 2500 Hz, τότε η αντίδρασή του θα λάβει τις ακόλουθες τιμές:

Σημειώστε ότι ο λόγος της χωρητικής αντίδρασης προς τις συχνότητες είναι ακριβώς το αντίθετο από τον λόγο της επαγωγικής αντίδρασης προς τις ίδιες συχνότητες. Η χωρητική αντίδραση μειώνεται με την αύξηση της συχνότητας AC, ενώ η επαγωγική αντίδραση, αντίθετα, αυξάνεται με την αύξηση της συχνότητας AC. Εάν οι επαγωγείς αντιτίθενται σε μια γρήγορη αλλαγή του ρεύματος παράγοντας περισσότερη τάση, τότε οι πυκνωτές αντιτίθενται σε μια γρήγορη αλλαγή τάσης παράγοντας περισσότερο ρεύμα.

Κατ' αναλογία με τους επαγωγείς, η έκφραση 2πf στην εξίσωση αντίδρασης πυκνωτή μπορεί να αντικατασταθεί με ένα πεζό Ελληνικό γράμμαω (Ωμέγα), που αλλιώς ονομάζεται γωνιακή (κυκλική) συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος. Έτσι, η εξίσωση X C = 1/(2πfC) μπορεί να γραφτεί ως X C = 1/(ωC), όπου το ω εκφράζεται σε ακτίνια ανά δευτερόλεπτο.

Εναλλασσόμενο ρεύμα σε απλό χωρητικό κύκλωμα ίση με την τάση(σε βολτ) διαιρούμενο με την αντίδραση του πυκνωτή (σε ohms). Αυτό είναι ανάλογο με το γεγονός ότι το ρεύμα AC ή DC σε ένα απλό κύκλωμα αντίστασης είναι ίσο με την τάση (σε Volt) διαιρούμενη με την αντίσταση (σε Ohms). Για παράδειγμα, ας εξετάσουμε το ακόλουθο σχήμα:

Ωστόσο, πρέπει να έχουμε κατά νου ότι η τάση και το ρεύμα έχουν διαφορετικές φάσεις. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το ρεύμα έχει μια μετατόπιση φάσης +90 o σε σχέση με την τάση. Αν αναπαραστήσουμε τις γωνίες φάσης της τάσης και του ρεύματος μαθηματικά (με τη μορφή μιγαδικών αριθμών), τότε θα δούμε ότι η αντίδραση του πυκνωτή στο εναλλασσόμενο ρεύμα έχει την ακόλουθη γωνία φάσης:

Μαθηματικά μπορούμε να πούμε ότι η γωνία φάσης της αντίστασης του πυκνωτή στο εναλλασσόμενο ρεύμα είναι -90o. Η γωνία φάσης της αντίδρασης ρεύματος είναι πολύ σημαντική στην ανάλυση κυκλώματος. Αυτή η σημασία είναι ιδιαίτερα εμφανής στην ανάλυση σύνθετες αλυσίδεςεναλλασσόμενο ρεύμα, όπου άεργες και απλές αντιστάσεις αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Θα αποδειχθεί επίσης χρήσιμο για την αναπαράσταση της αντίστασης οποιουδήποτε στοιχείου σε ένα ηλεκτρικό ρεύμα με όρους μιγαδικών αριθμών (και όχι βαθμωτών ποσοτήτων αντίστασης και αντίδρασης).

Πολλά έχουν γραφτεί για τους πυκνωτές, αξίζει να προσθέσουμε μερικές χιλιάδες λέξεις σε αυτά τα εκατομμύρια που ήδη υπάρχουν; Θα το προσθέσω! Πιστεύω ότι η παρουσίασή μου θα είναι χρήσιμη. Άλλωστε θα γίνει λαμβάνοντας υπόψη.

Τι είναι ένας ηλεκτρικός πυκνωτής

Εάν μιλάμε στα ρωσικά, τότε ο πυκνωτής μπορεί να ονομαστεί "συσσωρευτής". Άρα ακόμα πιο κατανοητό. Επιπλέον, έτσι μεταφράζεται αυτό το όνομα στη γλώσσα μας. Ένα ποτήρι μπορεί επίσης να ονομαστεί πυκνωτής. Μόνο που συσσωρεύει υγρό μέσα του. Ή μια τσάντα. Ναι, τσάντα. Φαίνεται επίσης ότι είναι αποθήκευση. Συσσωρεύει από μόνο του όλα όσα βάζουμε εκεί. Τι θα λέγατε για έναν ηλεκτρικό πυκνωτή; Είναι το ίδιο με ένα ποτήρι ή μια τσάντα, αλλά μόνο συσσωρεύεται ηλεκτρικό φορτίο.

Φανταστείτε μια εικόνα: ένα ηλεκτρικό ρεύμα περνά μέσα από το κύκλωμα, αντιστάσεις, αγωγοί συναντώνται στο δρόμο του και, μπαμ, εμφανίζεται ένας πυκνωτής (γυαλί). Τι θα συμβεί? Όπως γνωρίζετε, το ρεύμα είναι μια ροή ηλεκτρονίων και κάθε ηλεκτρόνιο έχει ένα ηλεκτρικό φορτίο. Έτσι, όταν κάποιος λέει ότι υπάρχει ρεύμα που ρέει μέσα από το κύκλωμα, φαντάζεστε εκατομμύρια ηλεκτρόνια να τρέχουν μέσα από το κύκλωμα. Αυτά ακριβώς τα ηλεκτρονικά, όταν εμφανίζεται ένας πυκνωτής στο δρόμο τους, συσσωρεύονται. Όσο περισσότερο γεμίζουμε ηλεκτρόνια στον πυκνωτή, τόσο μεγαλύτερο θα είναι το φορτίο του.

Τίθεται το ερώτημα, πόσα ηλεκτρόνια μπορούν να συσσωρευτούν με αυτόν τον τρόπο, πόσα θα χωρέσουν στον πυκνωτή και πότε θα «γεμίσει»; Ας ανακαλύψουμε. Πολύ συχνά, για μια απλοποιημένη εξήγηση του απλού ηλεκτρικές διεργασίεςσύγκριση χρήσης με νερό και σωλήνες. Ας χρησιμοποιήσουμε και αυτή την προσέγγιση.

Φανταστείτε έναν σωλήνα μέσα από τον οποίο ρέει νερό. Στο ένα άκρο του σωλήνα υπάρχει μια αντλία που αντλεί με δύναμη νερό σε αυτόν τον σωλήνα. Στη συνέχεια, τοποθετήστε διανοητικά μια ελαστική μεμβράνη κατά μήκος του σωλήνα. Τι θα συμβεί? Η μεμβράνη θα αρχίσει να τεντώνεται και να καταπονείται υπό την επίδραση της δύναμης της πίεσης του νερού στον σωλήνα (η πίεση δημιουργείται από την αντλία). Θα τεντωθεί, θα τεντωθεί, θα τεντωθεί και ως αποτέλεσμα, η ελαστική δύναμη της μεμβράνης είτε θα εξισορροπήσει τη δύναμη της αντλίας και η ροή του νερού θα σταματήσει, είτε η μεμβράνη θα σπάσει (Αν αυτό δεν είναι ξεκάθαρο, τότε φανταστείτε ένα μπαλόνι που θα σκάσει αν αντληθεί πολύ δυνατά)! Το ίδιο συμβαίνει και σε ηλεκτρικοί πυκνωτές. Μόνο εκεί αντί για μεμβράνη χρησιμοποιείται ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο μεγαλώνει καθώς φορτίζεται ο πυκνωτής και σταδιακά εξισορροπεί την τάση του τροφοδοτικού.

Έτσι, ο πυκνωτής έχει ένα ορισμένο περιοριστικό φορτίο που μπορεί να συσσωρεύσει και, αφού το ξεπεράσει, διηλεκτρική βλάβη σε πυκνωτή θα χαλάσει και θα πάψει να είναι πυκνωτής. Ήρθε η ώρα, προφανώς, να πούμε πώς λειτουργεί ο πυκνωτής.

Πώς λειτουργεί ένας ηλεκτρικός πυκνωτής;

Στο σχολείο, σου είπαν ότι ένας πυκνωτής είναι ένα τέτοιο κόλπο που αποτελείται από δύο πλάκες και ένα κενό μεταξύ τους. Αυτές οι πλάκες ονομάζονταν πλάκες πυκνωτών και συνδέονταν καλώδια με αυτές για να εφαρμόζεται τάση στον πυκνωτή. Έτσι οι σύγχρονοι πυκνωτές δεν διαφέρουν πολύ. Όλα έχουν επίσης πλάκες και υπάρχει ένα διηλεκτρικό μεταξύ των πλακών. Λόγω της παρουσίας ενός διηλεκτρικού, τα χαρακτηριστικά του πυκνωτή βελτιώνονται. Για παράδειγμα, η χωρητικότητά του.

Οι σύγχρονοι πυκνωτές χρησιμοποιούν διαφορετικούς τύπους διηλεκτρικών (περισσότερα για αυτό παρακάτω), τα οποία ωθούνται μεταξύ των πλακών πυκνωτών με τους πιο εξελιγμένους τρόπους για την επίτευξη ορισμένων χαρακτηριστικών.

Αρχή λειτουργίας

Η γενική αρχή λειτουργίας είναι αρκετά απλή: εφαρμόζεται τάση - το φορτίο έχει συσσωρευτεί. Οι φυσικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα τώρα δεν πρέπει να σας ενδιαφέρουν ιδιαίτερα, αλλά αν θέλετε, μπορείτε να διαβάσετε σχετικά σε οποιοδήποτε βιβλίο φυσικής στην ενότητα ηλεκτροστατική.

Πυκνωτής σε κύκλωμα συνεχούς ρεύματος

Αν τοποθετήσουμε τον πυκνωτή μας μέσα ηλεκτρικό κύκλωμα(Εικ. παρακάτω), ενεργοποιήστε το αμπερόμετρο σε σειρά με αυτό και εφαρμόστε συνεχές ρεύμα στο κύκλωμα, στη συνέχεια η βελόνα του αμπερόμετρου θα συσπαστεί για λίγο και στη συνέχεια θα παγώσει και θα δείξει 0A - δεν υπάρχει ρεύμα στο κύκλωμα. Τι συνέβη?

Θα υποθέσουμε ότι πριν τροφοδοτηθεί το ρεύμα στο κύκλωμα, ο πυκνωτής ήταν άδειος (εκφορτισμένος) και όταν εφαρμόστηκε το ρεύμα, άρχισε να φορτίζεται πολύ γρήγορα και όταν φορτίστηκε (το ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των πλακών πυκνωτή εξισορρόπησε το πηγή ενέργειας), τότε το ρεύμα σταμάτησε (εδώ είναι ένα γράφημα της φόρτισης του πυκνωτή).

Γι' αυτό λένε ότι ο πυκνωτής δεν περνά συνεχές ρεύμα. Στην πραγματικότητα, παραλείπει, αλλά πολύ σύντομο χρόνο, ο οποίος μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο t \u003d 3 * R * C (Ο χρόνος φόρτισης του πυκνωτή σε όγκο 95% της ονομαστικής. R είναι η αντίσταση του κύκλωμα, C είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή) Έτσι συμπεριφέρεται ο πυκνωτής σε ένα σταθερό ρεύμα κυκλώματος. Συμπεριφέρεται αρκετά διαφορετικά σε ένα εναλλασσόμενο κύκλωμα!

Πυκνωτής σε κύκλωμα AC

Τι είναι το εναλλασσόμενο ρεύμα; Αυτό συμβαίνει όταν τα ηλεκτρόνια «τρέχουν» πρώτα εκεί και μετά πίσω. Εκείνοι. η κατεύθυνση της κίνησής τους αλλάζει συνεχώς. Στη συνέχεια, εάν ένα εναλλασσόμενο ρεύμα διατρέχει το κύκλωμα με τον πυκνωτή, τότε σε κάθε πλάκα του, τότε φορτίζεται "+", τότε θα συσσωρευτεί "-". Εκείνοι. ένα εναλλασσόμενο ρεύμα θα ρέει πραγματικά. Και αυτό σημαίνει ότι το εναλλασσόμενο ρεύμα περνάει «ελεύθερα» από τον πυκνωτή.

Όλη αυτή η διαδικασία μπορεί να μοντελοποιηθεί χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των υδραυλικών αναλογιών. Η παρακάτω εικόνα είναι ένα ανάλογο του κυκλώματος AC. Το έμβολο σπρώχνει το υγρό μπρος-πίσω. Αυτό προκαλεί την περιστροφή της πτερωτής μπρος-πίσω. Αποδεικνύεται, όπως ήταν, μια μεταβλητή ροή υγρού (διαβάζουμε εναλλασσόμενο ρεύμα).

Ας τοποθετήσουμε τώρα ένα μοντέλο συμπυκνωτή σε μορφή μεμβράνης ανάμεσα στην πηγή ισχύος (έμβολο) και την πτερωτή και να αναλύσουμε τι θα αλλάξει.

Φαίνεται ότι τίποτα δεν θα αλλάξει. Όπως το υγρό έκανε ταλαντωτικές κινήσεις, έτσι τις κάνει, καθώς η πτερωτή ταλαντώθηκε εξαιτίας αυτού, θα συνεχίσει να ταλαντώνεται. Αυτό σημαίνει ότι η μεμβράνη μας δεν αποτελεί εμπόδιο στη μεταβλητή ροή. Θα είναι και για ηλεκτρονικό πυκνωτή.

Γεγονός είναι ότι παρόλο που τα ηλεκτρόνια που διατρέχουν τις αλυσίδες και δεν διασχίζουν το διηλεκτρικό (μεμβράνη) μεταξύ των πλακών του πυκνωτή, αλλά έξω από τον πυκνωτή, η κίνησή τους είναι ταλαντωτική (μπρος-πίσω), δηλ. ροές εναλλασσόμενου ρεύματος. Ε!

Έτσι, ο πυκνωτής περνάει εναλλασσόμενο ρεύμα και καθυστερεί το συνεχές ρεύμα. Αυτό είναι πολύ βολικό όταν θέλετε να αφαιρέσετε το στοιχείο DC στο σήμα, για παράδειγμα, στην έξοδο / είσοδο ενός ενισχυτή ήχου ή όταν θέλετε να δείτε μόνο το μεταβλητό τμήμα του σήματος (κυματισμός στην έξοδο ενός DC πηγή τάσης).

Αντίδραση πυκνωτή

Ένας πυκνωτής έχει αντίσταση! Κατ' αρχήν, αυτό θα μπορούσε να υποτεθεί ήδη από το γεγονός ότι δεν διέρχεται συνεχές ρεύμα, σαν να ήταν μια αντίσταση με πολύ υψηλή αντίσταση.

Ένα άλλο πράγμα είναι το εναλλασσόμενο ρεύμα - περνά, αλλά αντιμετωπίζει αντίσταση από τον πυκνωτή:

f είναι η συχνότητα, C είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή. Αν κοιτάξετε προσεκτικά τον τύπο, θα δείτε ότι αν το ρεύμα είναι σταθερό, τότε f = 0 και μετά (να με συγχωρέσουν οι αγωνιστές μαθηματικοί!) X c = άπειρο.Και δεν υπάρχει συνεχές ρεύμα μέσω του πυκνωτή.

Αλλά η αντίσταση στο εναλλασσόμενο ρεύμα θα αλλάξει ανάλογα με τη συχνότητά του και την χωρητικότητα του πυκνωτή. Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα του ρεύματος και η χωρητικότητα του πυκνωτή, τόσο λιγότερο αντιστέκεται σε αυτό το ρεύμα και αντίστροφα. Όσο πιο γρήγορα αλλάζει η τάση
ένταση, η πιο επίκαιρομέσω ενός πυκνωτή, αυτό εξηγεί τη μείωση του Xc με την αύξηση της συχνότητας.

Παρεμπιπτόντως, ένα άλλο χαρακτηριστικό του πυκνωτή είναι ότι δεν απελευθερώνεται ρεύμα σε αυτόν, δεν θερμαίνεται! Ως εκ τούτου, μερικές φορές χρησιμοποιείται για την απόσβεση της τάσης όπου μια αντίσταση καπνίζει. Για παράδειγμα, για να μειώσετε την τάση του δικτύου από 220V σε 127V. Και επιπλέον:

Το ρεύμα σε έναν πυκνωτή είναι ανάλογο με το ρυθμό της τάσης που εφαρμόζεται στους ακροδέκτες του.

Πού χρησιμοποιούνται οι πυκνωτές;

Ναι, όπου απαιτούνται οι ιδιότητές τους (δεν περνούν συνεχές ρεύμα, δυνατότητα συσσώρευσης ηλεκτρική ενέργειακαι αλλάζει την αντίστασή του ανάλογα με τη συχνότητα), σε φίλτρα, σε κυκλώματα ταλάντωσης, σε πολλαπλασιαστές τάσης κ.λπ.

Τι είναι οι πυκνωτές

Η βιομηχανία παράγει πολλά ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙπυκνωτές. Κάθε ένα από αυτά έχει ορισμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Κάποια έχουν χαμηλό ρεύμα διαρροής, άλλα έχουν μεγάλη χωρητικότητα, άλλα έχουν κάτι άλλο. Ανάλογα με αυτούς τους δείκτες, επιλέγονται πυκνωτές.

Οι ραδιοερασιτέχνες, ειδικά όπως εμείς - οι αρχάριοι - δεν ενοχλούνται ιδιαίτερα και στοιχηματίζουν ό,τι βρουν. Ωστόσο, θα πρέπει να γνωρίζετε ποιοι είναι οι κύριοι τύποι πυκνωτών που υπάρχουν στη φύση.

Η εικόνα δείχνει έναν πολύ υπό όρους διαχωρισμό πυκνωτών. Το συνέταξα στα γούστα μου και μου αρέσει γιατί είναι αμέσως ξεκάθαρο αν υπάρχουν μεταβλητούς πυκνωτές, τι είναι σταθεροί πυκνωτέςκαι ποια διηλεκτρικά χρησιμοποιούνται σε κοινούς πυκνωτές. Γενικά ό,τι χρειάζεται ένας ραδιοερασιτέχνης.

Έχουν χαμηλό ρεύμα διαρροής, μικρές διαστάσεις, χαμηλή αυτεπαγωγή, είναι σε θέση να λειτουργούν σε υψηλές συχνότητες και σε κυκλώματα συνεχούς ρεύματος, παλμικού και εναλλασσόμενου ρεύματος.

Παράγονται σε ένα ευρύ φάσμα τάσεων και χωρητικοτήτων λειτουργίας: από 2 έως 20.000 pF και, ανάλογα με την έκδοση, αντέχουν σε τάσεις έως 30 kV. Τις περισσότερες φορές όμως θα δεις κεραμικοί πυκνωτέςμε τάση λειτουργίας έως 50V.

Για να είμαι ειλικρινής, δεν ξέρω αν τα φτιάχνουν τώρα. Αλλά νωρίτερα σε τέτοιους πυκνωτές, η μαρμαρυγία χρησιμοποιήθηκε ως διηλεκτρικό. Και ο ίδιος ο πυκνωτής αποτελούνταν από ένα πακέτο μαρμαρυγίας, σε καθεμία από τις οποίες εφαρμόστηκαν πλάκες και στις δύο πλευρές, και στη συνέχεια τέτοιες πλάκες συναρμολογήθηκαν σε ένα "πακέτο" και συσκευάστηκαν σε μια θήκη.

Τυπικά, είχαν χωρητικότητα από πολλές χιλιάδες έως δεκάδες χιλιάδες picoforads και λειτουργούσαν στην περιοχή τάσης από 200 V έως 1500 V.

Πυκνωτές χαρτιού

Τέτοιοι πυκνωτές έχουν χαρτί πυκνωτή ως διηλεκτρικό και λωρίδες αλουμινίου ως πλάκες. μακριές κορδέλες αλουμινόχαρτομε μια λωρίδα χαρτιού στρωμένη ανάμεσά τους, τυλίγονται και συσκευάζονται σε θήκη. Αυτό είναι το όλο θέμα.

Αυτοί οι πυκνωτές διατίθενται σε χωρητικότητες που κυμαίνονται από χιλιάδες picoforads έως 30 microfarads και μπορούν να χειριστούν τάσεις από 160 έως 1500 volt.

Φήμες λένε ότι τώρα εκτιμώνται από τους ακουστικόφιλους. Δεν εκπλήσσομαι - έχουν επίσης μονόπλευρα καλώδια αγωγιμότητας ...

Κατ 'αρχήν, συνηθισμένοι πυκνωτές με πολυεστέρα ως διηλεκτρικό. Διασπορά χωρητικότητας από 1 nF έως 15 mF σε τάση λειτουργίας από 50 V έως 1500 V.

Οι πυκνωτές αυτού του τύπου έχουν δύο αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα. Πρώτον, μπορείτε να τα φτιάξετε με πολύ μικρή ανοχή μόλις 1%. Έτσι, αν λέει 100 pF πάνω του, τότε η χωρητικότητά του είναι 100 pF +/- 1%. Και το δεύτερο είναι ότι η τάση λειτουργίας τους μπορεί να φτάσει έως και 3 kV (και η χωρητικότητα είναι από 100 pF έως 10 mF)

Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές

Αυτοί οι πυκνωτές διαφέρουν από όλους τους άλλους στο ότι μπορούν να συνδεθούν μόνο σε κύκλωμα συνεχούς ή παλμικού ρεύματος. Είναι πολικές. Έχουν τα συν και τα πλην. Αυτό οφείλεται στον σχεδιασμό τους. Και αν ένας τέτοιος πυκνωτής γυρίσει ανάποδα, τότε πιθανότατα θα διογκωθεί. Και νωρίτερα εξερράγησαν επίσης χαρούμενα, αλλά ανασφαλή. Υπάρχουν ηλεκτρολυτικοί πυκνωτέςαλουμίνιο και ταντάλιο.

Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές αλουμινίου είναι διατεταγμένοι σχεδόν όπως οι χάρτινοι, με τη μόνη διαφορά ότι οι πλάκες ενός τέτοιου πυκνωτή είναι χαρτί και λωρίδες αλουμινίου. Το χαρτί είναι εμποτισμένο με ηλεκτρολύτη και επικαλύπτεται μια λωρίδα αλουμινίου λεπτό στρώμαοξείδιο, το οποίο δρα ως διηλεκτρικό. Εάν εφαρμόσετε ένα εναλλασσόμενο ρεύμα σε έναν τέτοιο πυκνωτή ή το γυρίσετε πίσω στις πολικότητες της εξόδου, τότε ο ηλεκτρολύτης βράζει και ο πυκνωτής αποτυγχάνει.

Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές έχουν αρκετά μεγάλη χωρητικότητα, λόγω της οποίας χρησιμοποιούνται συχνά, για παράδειγμα, σε κυκλώματα ανορθωτή.

Μάλλον αυτό είναι όλο. Στο παρασκήνιο παρέμειναν πυκνωτές με διηλεκτρικό από πολυανθρακικό, πολυστυρένιο και πιθανώς πολλούς άλλους τύπους. Αλλά νομίζω ότι θα είναι περιττό.

Συνεχίζεται...

Στο δεύτερο μέρος, σκοπεύω να δείξω παραδείγματα τυπικής χρήσης πυκνωτών..

Τι είναι το εναλλασσόμενο ρεύμα

Εάν λάβουμε υπόψη το συνεχές ρεύμα, τότε μπορεί να μην είναι πάντα απόλυτα σταθερό: η τάση στην έξοδο της πηγής μπορεί να εξαρτάται από το φορτίο ή από το βαθμό εκφόρτισης της μπαταρίας ή γαλβανική μπαταρία. Ακόμη και με σταθερή σταθεροποιημένη τάση, το ρεύμα στο εξωτερικό κύκλωμα εξαρτάται από το φορτίο, το οποίο επιβεβαιώνει τον νόμο του Ohm. Αποδεικνύεται ότι αυτό δεν είναι επίσης πολύ συνεχές ρεύμα, αλλά ένα τέτοιο ρεύμα δεν μπορεί να ονομαστεί εναλλασσόμενο, καθώς δεν αλλάζει κατεύθυνση.

Μια μεταβλητή ονομάζεται συνήθως τάση ή ρεύμα, η κατεύθυνση και το μέγεθος της οποίας δεν αλλάζουν υπό την επίδραση εξωτερικοί παράγοντες, για παράδειγμα, φορτώνει, αλλά αρκετά «ανεξάρτητα»: έτσι το παράγει η γεννήτρια. Επιπλέον, αυτές οι αλλαγές θα πρέπει να είναι περιοδικές, δηλ. επαναλαμβάνεται μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, που ονομάζεται περίοδος.

Εάν η τάση ή το ρεύμα αλλάζει τυχαία, χωρίς να ενδιαφέρεται για την περιοδικότητα και άλλες κανονικότητες, ένα τέτοιο σήμα ονομάζεται θόρυβος. Κλασικό παράδειγμα- «χιόνι» στην οθόνη της τηλεόρασης με αδύναμο επίγειο σήμα. Παραδείγματα μερικών περιοδικών ηλεκτρικών σημάτων φαίνονται στο Σχήμα 1.

Για συνεχές ρεύμα, υπάρχουν μόνο δύο χαρακτηριστικά: αυτή είναι η πολικότητα και η τάση πηγής. Στην περίπτωση του εναλλασσόμενου ρεύματος, αυτές οι δύο ποσότητες σαφώς δεν επαρκούν, επομένως εμφανίζονται αρκετές ακόμη παράμετροι: πλάτος, συχνότητα, περίοδος, φάση, στιγμιαία και πραγματική τιμή.

Εικόνα 1.

Τις περισσότερες φορές στην τεχνολογία κάποιος πρέπει να αντιμετωπίσει ημιτονοειδείς ταλαντώσεις, και όχι μόνο στην ηλεκτρική μηχανική. Φανταστείτε έναν τροχό αυτοκινήτου. Στο ομοιόμορφη κίνησησε ένα καλό επίπεδο δρόμο, το κέντρο του τροχού περιγράφει μια ευθεία γραμμή παράλληλη με το οδόστρωμα. Ταυτόχρονα, οποιοδήποτε σημείο στην περιφέρεια του τροχού κινείται κατά μήκος ενός ημιτονοειδούς σε σχέση με την ευθεία που μόλις αναφέρθηκε.

Αυτό μπορεί να επιβεβαιωθεί από το Σχήμα 2, το οποίο δείχνει γραφική μέθοδοςκατασκευή ημιτονοειδούς: όποιος δίδαξε καλά το σχέδιο, καταλαβαίνει τέλεια πώς γίνονται τέτοιες κατασκευές.

Σχήμα 2.

Από σχολικό μάθημαη φυσική γνωρίζει ότι το ημιτονοειδές είναι το πιο κοινό και κατάλληλο για τη μελέτη της περιοδικής καμπύλης. Με τον ίδιο ακριβώς τρόπο λαμβάνονται ημιτονοειδείς ταλαντώσεις σε εναλλάκτες, κάτι που οφείλεται στον μηχανικό σχεδιασμό τους.

Το σχήμα 3 δείχνει ένα γράφημα ενός ημιτονοειδούς ρεύματος.

Εικόνα 3

Είναι εύκολο να δούμε ότι το μέγεθος του ρεύματος ποικίλλει με το χρόνο, επομένως ο άξονας y υποδεικνύεται στο σχήμα ως i(t), - συνάρτηση του ρεύματος από το χρόνο. Πλήρης περίοδοςΤο ρεύμα υποδεικνύεται με μια συμπαγή γραμμή και έχει μια περίοδο Τ. Αν ξεκινήσουμε την εξέταση από την αρχή, μπορούμε να δούμε ότι στην αρχή το ρεύμα αυξάνεται, φτάνει στο Imax, περνά από το μηδέν, μειώνεται στο -Imax, μετά το οποίο αυξάνεται και φτάνει στο μηδέν . Στη συνέχεια αρχίζει η επόμενη περίοδος, η οποία φαίνεται με τη διακεκομμένη γραμμή.

Με τη μορφή μαθηματικού τύπου η συμπεριφορά του ρεύματος γράφεται ως εξής: i(t)= Imax*sin(ω*t±φ).

Εδώ i(t) είναι η στιγμιαία τιμή του ρεύματος, η οποία εξαρτάται από το χρόνο, Imax είναι η τιμή πλάτους (μέγιστη απόκλιση από την κατάσταση ισορροπίας), ω είναι η κυκλική συχνότητα (2*π*f), φ είναι η γωνία φάσης .

Η κυκλική συχνότητα ω μετριέται σε ακτίνια ανά δευτερόλεπτο, η γωνία φάσης φ μετριέται σε ακτίνια ή μοίρες. Το τελευταίο έχει νόημα μόνο όταν υπάρχουν δύο ημιτονοειδή ρεύματα. Για παράδειγμα, σε κυκλώματα με τάση ρεύματος κατά 90˚ ή ακριβώς το ένα τέταρτο της περιόδου, η οποία φαίνεται στο σχήμα 4. Αν ημιτονοειδές ρεύμαένα, τότε μπορείτε να το μετακινήσετε κατά μήκος του άξονα y όπως θέλετε, και τίποτα δεν θα αλλάξει από αυτό.

Εικόνα 4 Σε κυκλώματα με πυκνωτή, το ρεύμα οδηγεί την τάση κατά ένα τέταρτο της περιόδου.

Η φυσική έννοια της κυκλικής συχνότητας ω είναι ποια γωνία σε ακτίνια θα «τρέξει» το ημιτονοειδές σε ένα δευτερόλεπτο.

Περίοδος - T είναι ο χρόνος που χρειάζεται για να ολοκληρώσει το ημιτονοειδές κύμα μια πλήρη ταλάντωση. Το ίδιο ισχύει και για δονήσεις άλλης μορφής, για παράδειγμα, ορθογώνιες ή τριγωνικές. Η περίοδος μετριέται σε δευτερόλεπτα ή μικρότερες μονάδες: χιλιοστά του δευτερολέπτου, μικροδευτερόλεπτα ή νανοδευτερόλεπτα.

Μια άλλη παράμετρος οποιουδήποτε περιοδικού σήματος, συμπεριλαμβανομένου ενός ημιτονοειδούς, είναι η συχνότητα, πόσες ταλαντώσεις θα κάνει το σήμα σε 1 δευτερόλεπτο. Η μονάδα συχνότητας είναι το hertz (Hz), που πήρε το όνομά του από τον επιστήμονα του 19ου αιώνα Heinrich Hertz. Έτσι, η συχνότητα του 1 Hz δεν είναι τίποτα περισσότερο από μια ταλάντωση / δευτερόλεπτο. Για παράδειγμα, η συχνότητα του δικτύου φωτισμού είναι 50 Hz, δηλαδή ακριβώς 50 περίοδοι ημιτονοειδούς διέλευσης ανά δευτερόλεπτο.

Εάν η τρέχουσα περίοδος είναι γνωστή (μπορείτε), τότε ο τύπος θα σας βοηθήσει να μάθετε τη συχνότητα του σήματος: f \u003d 1 / T. Σε αυτήν την περίπτωση, εάν ο χρόνος εκφράζεται σε δευτερόλεπτα, τότε το αποτέλεσμα θα είναι σε Hertz. Αντίστροφα, T=1/f, συχνότητα σε Hz, ο χρόνος είναι σε δευτερόλεπτα. Για παράδειγμα, όταν η περίοδος θα είναι 1/50=0,02 sec, ή 20 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Στην ηλεκτρική ενέργεια, χρησιμοποιούνται συχνότερα υψηλότερες συχνότητες: kHz - kilohertz, MHz - megahertz (χιλιάδες και εκατομμύρια ταλαντώσεις ανά δευτερόλεπτο) κ.λπ.

Όλα όσα έχουν ειπωθεί για το ρεύμα ισχύουν και για την εναλλασσόμενη τάση: αρκεί απλώς να αλλάξετε το γράμμα I σε U στο Σχ. 6. Ο τύπος θα μοιάζει με αυτό: u(t)=Umax*sin(ω*t± φ).

Αυτές οι εξηγήσεις είναι αρκετές για να επιστρέψουμε εμπειρίες με πυκνωτέςκαι εξηγήστε τη φυσική τους σημασία.

Ο πυκνωτής διεξάγει εναλλασσόμενο ρεύμα, το οποίο φαίνεται στο κύκλωμα στο σχήμα 3 (βλ. άρθρο -). Η φωτεινότητα της λάμψης της λάμπας αυξάνεται όταν συνδέεται ένας πρόσθετος πυκνωτής. Όταν οι πυκνωτές συνδέονται παράλληλα, οι χωρητικότητες τους απλώς αθροίζονται, οπότε μπορούμε να υποθέσουμε ότι η χωρητικότητα Xc εξαρτάται από την χωρητικότητα. Επιπλέον, εξαρτάται επίσης από τη συχνότητα του ρεύματος, και επομένως ο τύπος μοιάζει με αυτό: Xc=1/2*π*f*C.

Από τον τύπο προκύπτει ότι με αύξηση της χωρητικότητας του πυκνωτή και της συχνότητας της εναλλασσόμενης τάσης, η αντίδραση Xc μειώνεται. Αυτές οι εξαρτήσεις φαίνονται στο Σχήμα 5.

Σχήμα 5. Αντίδραση πυκνωτή έναντι χωρητικότητας

Αν αντικαταστήσουμε τη συχνότητα σε Hertz στον τύπο και την χωρητικότητα σε Farads, τότε το αποτέλεσμα θα είναι σε Ohms.

Θα ζεσταθεί ο πυκνωτής;

Τώρα ας θυμηθούμε την εμπειρία με έναν πυκνωτή και έναν ηλεκτρικό μετρητή, γιατί δεν περιστρέφεται; Το γεγονός είναι ότι ο μετρητής μετράει την ενεργή ενέργεια όταν ο καταναλωτής είναι ένα καθαρά ενεργό φορτίο, για παράδειγμα, λαμπτήρες πυρακτώσεως, ηλεκτρικός βραστήρας ή ηλεκτρική κουζίνα. Για τέτοιους καταναλωτές, η τάση και το ρεύμα είναι σε φάση, έχουν το ίδιο πρόσημο: αν πολλαπλασιάσετε δύο αρνητικούς αριθμούς(τάση και ρεύμα κατά τον αρνητικό μισό κύκλο) το αποτέλεσμα, σύμφωνα με τους νόμους των μαθηματικών, εξακολουθεί να είναι θετικό. Επομένως, η δύναμη τέτοιων καταναλωτών είναι πάντα θετική, δηλ. πηγαίνει στο φορτίο και απελευθερώνεται ως θερμότητα, όπως φαίνεται στο σχήμα 6 με τη διακεκομμένη γραμμή.

Εικόνα 6

Στην περίπτωση που ένας πυκνωτής περιλαμβάνεται στο κύκλωμα AC, το ρεύμα και η τάση είναι εκτός φάσης: το ρεύμα οδηγεί την τάση κατά 90˚, γεγονός που οδηγεί στο γεγονός ότι προκύπτει ένας συνδυασμός όταν το ρεύμα και η τάση έχουν διαφορετικά σημάδια.

Εικόνα 7

Αυτές τις στιγμές, η δύναμη είναι αρνητική. Με άλλα λόγια, όταν η ισχύς είναι θετική, ο πυκνωτής φορτίζεται και όταν είναι αρνητικός, η αποθηκευμένη ενέργεια επιστρέφεται στην πηγή. Επομένως, κατά μέσο όρο, αποδεικνύεται με μηδενικά και απλά δεν υπάρχει τίποτα να μετρήσετε εδώ.

Ο πυκνωτής αν βέβαια είναι σέρβις δεν θα ζεσταθεί καν καθόλου. Ως εκ τούτου, συχνά ένας πυκνωτής λέγεται αντίσταση σε wattles, που του επιτρέπει να χρησιμοποιείται σε τροφοδοτικά χαμηλής ισχύος χωρίς μετασχηματιστή. Παρόλο που τέτοια μπλοκ δεν συνιστώνται λόγω του κινδύνου τους, είναι ακόμα απαραίτητο να το κάνετε μερικές φορές.

Πριν την εγκατάσταση σε τέτοιο μπλοκ πυκνωτής σβέσης, θα πρέπει να ελεγχθεί απλά συνδέοντάς το στο δίκτυο: εάν ο πυκνωτής δεν έχει θερμανθεί σε μισή ώρα, τότε μπορεί να συμπεριληφθεί με ασφάλεια στο κύκλωμα. Διαφορετικά, θα πρέπει απλώς να πεταχτεί χωρίς λύπη.

Τι δείχνει το βολτόμετρο;

Στην κατασκευή και επισκευή διαφόρων συσκευών, αν και όχι πολύ συχνά, είναι απαραίτητο να μετρηθούν εναλλασσόμενες τάσεις και ακόμη και ρεύματα. Αν το ημιτονοειδές συμπεριφέρεται τόσο ανήσυχα, τότε πάνω, μετά κάτω, τι θα δείξει ένα συνηθισμένο βολτόμετρο;

Η μέση τιμή ενός περιοδικού σήματος, στην περίπτωση αυτή ενός ημιτονοειδούς, υπολογίζεται ως η περιοχή που οριοθετείται από τον άξονα x και η γραφική αναπαράσταση του σήματος, διαιρούμενη με ακτίνια 2*π, ή την περίοδο του ημιτονοειδούς. Από την κορυφή και Κάτω μέροςείναι απολύτως πανομοιότυπα, αλλά έχουν διαφορετικά πρόσημα, η μέση τιμή του ημιτονοειδούς είναι μηδέν και δεν είναι απαραίτητο να μετρηθεί καθόλου, και μάλιστα απλά άσκοπη.

Να γιατί συσκευή μέτρησηςμας δείχνει την τιμή RMS της τάσης ή του ρεύματος. Το RMS είναι η τιμή του περιοδικού ρεύματος στο οποίο απελευθερώνεται η ίδια ποσότητα θερμότητας στο ίδιο φορτίο όπως και στο συνεχές ρεύμα. Με άλλα λόγια, η λάμπα φωτίζει με την ίδια φωτεινότητα.

Αυτό περιγράφεται από τύπους όπως αυτός: Iavr = 0,707 * Imax = Imax / √2 για την τάση, ο τύπος είναι ο ίδιος, αρκεί να αλλάξετε ένα γράμμα Uavr = 0,707 * Umax = Umax / √2. Αυτές είναι οι τιμές που εμφανίζονται από το μετρητή. Μπορούν να αντικατασταθούν σε τύπους κατά τον υπολογισμό σύμφωνα με το νόμο του Ohm ή κατά τον υπολογισμό της ισχύος.

Αλλά αυτό δεν είναι το μόνο που μπορεί να κάνει ένας πυκνωτής σε ένα δίκτυο AC. Το επόμενο άρθρο θα συζητήσει τη χρήση πυκνωτών σε παλμικά κυκλώματα, φίλτρα υψηλής και χαμηλής διέλευσης, γεννήτριες ημιτονοειδών και τετραγωνικών κυμάτων.

Με τη φόρτιση ενός πυκνωτή.

Ας κλείσουμε την αλυσίδα. Το κύκλωμα θα φορτίσει τον πυκνωτή. Αυτό σημαίνει ότι μέρος των ηλεκτρονίων από την αριστερή πλευρά του πυκνωτή θα μπει στο καλώδιο και ο ίδιος αριθμός ηλεκτρονίων θα πάει από το καλώδιο στη δεξιά πλευρά του πυκνωτή. Και οι δύο πλάκες θα φορτιστούν με αντίθετα φορτία του ίδιου μεγέθους.

Μεταξύ των πλακών στο διηλεκτρικό θα υπάρχει ένα ηλεκτρικό πεδίο.

Τώρα ας σπάσουμε την αλυσίδα. Ο πυκνωτής θα παραμείνει φορτισμένος. Θα κοντύνουμε την φόδρα του με ένα κομμάτι σύρμα. Ο πυκνωτής θα εκφορτιστεί αμέσως. Αυτό σημαίνει ότι μια περίσσεια ηλεκτρονίων θα εισέλθει στο σύρμα από τη δεξιά πλάκα και η έλλειψη ηλεκτρονίων θα εισέλθει στο καλώδιο στην αριστερή πλάκα. Και στις δύο πλάκες των ηλεκτρονίων θα είναι τα ίδια, ο πυκνωτής θα εκφορτιστεί.

Σε ποια τάση φορτίζεται ο πυκνωτής;

Φορτίζει μέχρι την τάση που του εφαρμόζεται από την πηγή ρεύματος.

Αντοχή πυκνωτή.

Ας κλείσουμε την αλυσίδα. Ο πυκνωτής άρχισε να φορτίζει και έγινε αμέσως πηγή ρεύματος, τάσης, E.D.S.. Το σχήμα δείχνει ότι το E.D.S. του πυκνωτή στρέφεται ενάντια στην πηγή ρεύματος που τον φορτίζει.

Αντιπολίτευση ηλεκτροκινητική δύναμηενός φορτισμένου πυκνωτή το φορτίο αυτού του πυκνωτή ονομάζεται χωρητική αντίδραση.

Όλη η ενέργεια που δαπανάται από την πηγή ρεύματος για να ξεπεραστεί η χωρητική αντίσταση μετατρέπεται σε ενέργεια ηλεκτρικό πεδίοπυκνωτής. Όταν ο πυκνωτής αποφορτιστεί, όλη η ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου θα επιστρέψει στο κύκλωμα με τη μορφή ενέργειας ηλεκτρικό ρεύμα. Έτσι, η χωρητικότητα είναι αντιδραστική, δηλ. χωρίς να προκαλείται μη αναστρέψιμη απώλεια ενέργειας.

Γιατί το συνεχές ρεύμα δεν περνά μέσα από έναν πυκνωτή, ενώ το εναλλασσόμενο ρεύμα;

Ενεργοποιήστε το κύκλωμα DC. Η λάμπα ανάβει και σβήνει, γιατί; Επειδή το ρεύμα φόρτισης του πυκνωτή πέρασε στο κύκλωμα. Μόλις ο πυκνωτής φορτιστεί στην τάση της μπαταρίας, το ρεύμα στο κύκλωμα θα σταματήσει.

Τώρα ας κλείσουμε το κύκλωμα AC. Στο πρώτο τρίμηνο της περιόδου, η τάση στη γεννήτρια αυξάνεται από το 0 στο μέγιστο. Το κύκλωμα φορτίζει έναν πυκνωτή. Στο δεύτερο τρίμηνο της περιόδου, η τάση στη γεννήτρια μειώνεται στο μηδέν. Ο πυκνωτής εκφορτίζεται μέσω της γεννήτριας. Μετά από αυτό, ο πυκνωτής φορτίζεται και εκφορτίζεται ξανά. Έτσι, στο κύκλωμα υπάρχουν ρεύματα φόρτισης και εκφόρτισης του πυκνωτή. Η λάμπα θα ανάβει συνεχώς.

Σε ένα κύκλωμα με πυκνωτή, το ρεύμα ρέει σε ολόκληρο το κλειστό κύκλωμα, συμπεριλαμβανομένου του διηλεκτρικού του πυκνωτή. Σε έναν πυκνωτή φόρτισης, σχηματίζεται ένα ηλεκτρικό πεδίο που πολώνει το διηλεκτρικό. Η πόλωση είναι η περιστροφή των ηλεκτρονίων σε άτομα σε επιμήκεις τροχιές.

Η ταυτόχρονη πόλωση ενός τεράστιου αριθμού ατόμων σχηματίζει ένα ρεύμα που ονομάζεται ρεύμα μετατόπισης. Έτσι σε σύρμα πηγαίνειτο ρεύμα και στο διηλεκτρικό είναι του ίδιου μεγέθους.

Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή προσδιορίζεται από τον τύπο

Βλέποντας το γράφημα, συμπεραίνουμε: το ρεύμα σε ένα κύκλωμα με καθαρά χωρητική αντίσταση οδηγεί την τάση κατά 90 0 .

Τίθεται το ερώτημα πώς το ρεύμα στο κύκλωμα μπορεί να οδηγήσει την τάση στη γεννήτρια; Στο κύκλωμα, το ρεύμα ρέει από δύο πηγές ρεύματος με τη σειρά του, από τη γεννήτρια και από τον πυκνωτή. Όταν η τάση της γεννήτριας είναι μηδέν, το ρεύμα στο κύκλωμα είναι μέγιστο. Αυτό είναι το ρεύμα εκφόρτισης του πυκνωτή.

Σχετικά με τον πραγματικό πυκνωτή

Ένας πραγματικός πυκνωτής έχει δύο αντιστάσεις ταυτόχρονα: ενεργό και χωρητικό.Θα πρέπει να θεωρούνται συνδεδεμένα σε σειρά.

Η τάση που εφαρμόζεται από τη γεννήτρια στην ενεργό αντίσταση και το ρεύμα που διαρρέει την ενεργό αντίσταση είναι σε φάση.

Η τάση που εφαρμόζεται από τη γεννήτρια στην χωρητικότητα και το ρεύμα που διαρρέει την χωρητικότητα μετατοπίζονται στη φάση κατά 90 0 . Η προκύπτουσα τάση που εφαρμόζεται από τη γεννήτρια στον πυκνωτή μπορεί να προσδιοριστεί από τον κανόνα του παραλληλογράμμου.

Στην ενεργή αντίσταση, η τάση U ενεργεί και το ρεύμα I είναι σε φάση. Στην χωρητικότητα, η τάση U c υστερεί από το ρεύμα I κατά 90 0 . Η προκύπτουσα τάση που εφαρμόζεται από τη γεννήτρια στον πυκνωτή καθορίζεται από τον κανόνα του παραλληλογράμμου. Αυτή η προκύπτουσα τάση υστερεί σε σχέση με το ρεύμα I κατά κάποια γωνία φ, η οποία είναι πάντα μικρότερη από 90 0 .

Προσδιορισμός της αντίστασης του πυκνωτή που προκύπτει

Η προκύπτουσα αντίσταση ενός πυκνωτή δεν μπορεί να βρεθεί αθροίζοντας τις τιμές των ενεργών και χωρητικών αντιστάσεων του. Αυτό γίνεται σύμφωνα με τον τύπο

>>Βαθμός Φυσικής 11 >> Πυκνωτής σε κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος

§ 33 ΠΥΚΝΩΤΗΣ AC

Το συνεχές ρεύμα δεν μπορεί να διαρρέει ένα κύκλωμα που περιέχει πυκνωτή. Πράγματι, στην πραγματικότητα, στην περίπτωση αυτή, το κύκλωμα αποδεικνύεται ανοιχτό, καθώς οι πλάκες πυκνωτών χωρίζονται από ένα διηλεκτρικό.

Εναλλασσόμενο ρεύμα μπορεί να ρέει μέσω ενός κυκλώματος που περιέχει έναν πυκνωτή. Αυτό μπορεί να επαληθευτεί με ένα απλό πείραμα.

Ας έχουμε πηγές άμεσων και εναλλασσόμενων τάσεων και η άμεση τάση στους ακροδέκτες της πηγής είναι ίση με την πραγματική τιμή της εναλλασσόμενης τάσης. Το κύκλωμα αποτελείται από έναν πυκνωτή και μια λάμπα πυρακτώσεως (Εικ. 4.13) συνδεδεμένα σε σειρά. Όταν η τάση DC είναι ενεργοποιημένη (ο διακόπτης στρέφεται προς τα αριστερά, το κύκλωμα είναι συνδεδεμένο στα σημεία AA "), η λάμπα δεν ανάβει. το κύκλωμα είναι συνδεδεμένο στα σημεία BB"), η λυχνία ανάβει εάν η χωρητικότητα του πυκνωτή είναι αρκετά μεγάλη.

Πώς μπορεί το εναλλασσόμενο ρεύμα να ρέει μέσα από το κύκλωμα εάν είναι πραγματικά ανοιχτό (τα φορτία δεν μπορούν να μετακινηθούν μεταξύ των πλακών πυκνωτών); Το θέμα είναι ότι υπάρχει περιοδική φόρτιση και εκφόρτιση του πυκνωτή υπό τη δράση μιας εναλλασσόμενης τάσης. Το ρεύμα που ρέει στο κύκλωμα όταν ο πυκνωτής επαναφορτίζεται θερμαίνει το νήμα της λάμπας.

Ας καθορίσουμε πώς η ισχύς του ρεύματος αλλάζει με την πάροδο του χρόνου σε ένα κύκλωμα που περιέχει μόνο έναν πυκνωτή, εάν η αντίσταση των καλωδίων και των πλακών πυκνωτή μπορεί να αγνοηθεί (Εικ. 4.14).

Τάση πυκνωτή

Η ένταση του ρεύματος, η οποία είναι η παράγωγος του φορτίου σε σχέση με το χρόνο, είναι ίση με:

Κατά συνέπεια, οι διακυμάνσεις του ρεύματος είναι μπροστά στη φάση των διακυμάνσεων τάσης στον πυκνωτή κατά (Εικ. 4.15).

Το πλάτος της έντασης του ρεύματος είναι:

I m = U m C. (4,29)

Αν εισάγουμε τον προσδιορισμό

και αντί για πλάτη ρεύματος και τάσης, χρησιμοποιήστε τα αποτελεσματικές αξίες, τότε παίρνουμε

Η τιμή του X c , το αντίστροφο του γινομένου C της κυκλικής συχνότητας κατά ηλεκτρική χωρητικότηταΟ πυκνωτής ονομάζεται χωρητικότητα. Ο ρόλος αυτής της ποσότητας είναι παρόμοιος με τον ρόλο της ενεργού αντίστασης R στο νόμο του Ohm (βλ. τύπο (4.17)). Η πραγματική τιμή της ισχύος ρεύματος σχετίζεται με την πραγματική τιμή της τάσης κατά μήκος του πυκνωτή με τον ίδιο τρόπο που η ισχύς και η τάση του ρεύματος σχετίζονται σύμφωνα με το νόμο του Ohm για ένα τμήμα του κυκλώματος συνεχούς ρεύματος. Αυτό μας επιτρέπει να θεωρήσουμε την τιμή του Χ ως αντίσταση του πυκνωτή στο εναλλασσόμενο ρεύμα (χωρητικότητα).

Όσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή, τόσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα επαναφόρτισης. Αυτό είναι εύκολο να εντοπιστεί αυξάνοντας την πυράκτωση του λαμπτήρα με αύξηση της χωρητικότητας του πυκνωτή. Ενώ η αντίσταση του πυκνωτή συνεχές ρεύμααπείρως μεγάλο, η αντίστασή του στο εναλλασσόμενο ρεύμα έχει πεπερασμένη τιμή X c . Όσο αυξάνεται η χωρητικότητα, μειώνεται. Επίσης μειώνεται με την αύξηση της συχνότητας.

Συμπερασματικά, σημειώνουμε ότι κατά το ένα τέταρτο της περιόδου που ο πυκνωτής φορτίζεται στη μέγιστη τάση, η ενέργεια εισέρχεται στο κύκλωμα και αποθηκεύεται στον πυκνωτή με τη μορφή ενέργειας ηλεκτρικού πεδίου. Στο επόμενο τρίμηνο της περιόδου, όταν εκφορτιστεί ο πυκνωτής, αυτή η ενέργεια επιστρέφει στο δίκτυο.

Η αντίσταση ενός κυκλώματος με πυκνωτή είναι αντιστρόφως ανάλογη με το γινόμενο της κυκλικής συχνότητας και της ηλεκτρικής χωρητικότητας. Οι διακυμάνσεις του ρεύματος είναι μπροστά στη φάση των διακυμάνσεων τάσης κατά .

1. Πώς σχετίζονται οι ενεργές τιμές του ρεύματος και της τάσης σε έναν πυκνωτή σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος!
2. Απελευθερώνεται ενέργεια σε ένα κύκλωμα που περιέχει μόνο έναν πυκνωτή, αν ενεργητική αντίστασηοι αλυσίδες μπορούν να παραμεληθούν!
3. Ο διακόπτης κυκλώματος είναι ένα είδος πυκνωτή. Γιατί ο διακόπτης ανοίγει αξιόπιστα το κύκλωμα!