Конденсатор в цепи переменного тока
Конденсатор в сети переменного тока может периодически перезаряжаться: он то приобретает какой-то заряд, то, наоборот, отдает его. Джамаль таким образом, переменный ток таки имеет место быть даже в гальванически разорванной цепи Строго говоря, кондесатор гальванически не развязывает электрическую цепь как переменного, так и постоянного тока время переходного процесса во втором случае существенно отличен от 0 Гальваническая развязка. Убедиться в этом можно на следующем простом опыте.
В любой момент времени заряд на конденсаторе зависит от его емкости и от напряжения между его обкладками. Тогда для данного известного источника, о котором говорилось выше, получим выражение для нахождения заряда на обкладках конденсатора через напряжение источника:. Пусть за бесконечно малое время dt заряд на конденсаторе изменяется на величину dq, тогда по проводам от источника к конденсатору потечет ток I, равный:.
Амплитудное значение тока окажется равно:. Тогда окончательное выражение для тока будет иметь вид:. Перепишем формулу для амплитуды тока в следующем виде:. Данное соотношение есть закон Ома, где величина обратная произведению угловой частоты на емкость играет роль сопротивления, и по сути являет собой выражение для нахождения емкостного сопротивления конденсатора в цепи синусоидального переменного тока:.
Легко понять и физический смысл данной зависимости. Чем больше емкость конденсатора в цепи переменного тока и чем чаще изменяется направление тока в этой цепи, тем в конце концов больший суммарный заряд проходит за единицу времени через поперечное сечение проводов, соединяющих конденсатор с источником переменного тока. Значит ток пропорционален произведению емкости и угловой частоты.
Для примера выполним расчет емкостного сопротивления конденсатора электроемкостью 10 мкф для цепи синусоидального переменного тока с частотой 50 Гц:. Если бы частота была Гц, то тот же самый конденсатор представлял бы собой сопротивление около 3 Ом. Из приведенных выше формул ясно, что ток и напряжение в цепи переменного тока с конденсатором всегда изменяются в разных фазах. А значит максимум тока во времени существует всегда на четверть периода раньше, чем максимум напряжения.
Таким образом на емкостном сопротивлении ток опережает напряжение на четверть периода по времени или на 90 градусов по фазе. Давайте поясним физический смысл данного явления.
В самый первый момент времени конденсатор полностью разряжен, поэтому самое малое приложенное к нему напряжение уже перемещает заряды на пластинах конденсатора, создавая ток. По мере того как конденсатор заряжается, напряжение на его обкладках увеличивается, оно препятствует дальнейшему притоку заряда, поэтому ток в цепи уменьшается невзирая на дальнейший рост прикладываемого к обкладкам напряжения. Значит, если в начальный момент времени ток был максимальным, то когда напряжение достигнет своего максимума через четверть периода, ток прекратится вовсе.
В начале периода ток максимален а напряжение минимально и начинает нарастать, но через четверть периода напряжение достигает максимума, но ток к этому моменту уже упал до нуля. Вот и получается опережение током напряжения на четверть периода. Индуктивное сопротивление в цепи переменного тока.
Теперь вернемся к индуктивному сопротивлению. Конденсатор может быть выполнен по-разному, но суть работы и основные его элементы остаются неизменными в любом случае. Чтобы понять принцип работы, необходимо рассмотреть самую простую его модель.
У простейшего устройства имеются две обкладки: одна из них заряжена положительно, другая — наоборот, отрицательно.
Заряды эти хоть и противоположны, но равны. Они притягиваются с определенной силой, которая зависит от расстояния. Чем ближе друг к другу располагаются обкладки, тем больше между ними сила притяжения. Благодаря этому притяжению заряженное устройство не разряжается. Однако достаточно проложить какой-либо проводник между двумя обкладками и устройство мгновенно разрядится.
Все электроны от отрицательно заряженной обкладки сразу же перейдут на положительно заряженную, в результате чего заряд уравняется. Иными словами, чтобы снять заряд с конденсатора, необходимо лишь замкнуть две его обкладки. Электрические цепи бывают двух видов — постоянными или переменными.
Все зависит от того, как в них протекает электроток. Устройства в этих цепях ведут себя по-разному. Чтобы рассмотреть, как будет вести себя конденсатор в цепи постоянного тока, нужно:. Никакого эффекта не будет: лампочка так и не засветится, а если убрать из цепи конденсатор, то свет появится. Если устройство будет включено в сеть переменного тока, то она попросту не будет замыкаться, поэтому и никакой электроток здесь пройти не сможет.
Постоянный — не способен проходить по сети, в которую включен конденсатор. Всему виной обкладки этого устройства, а точнее, диэлектрик, который разделяет эти обкладки. Убедиться в отсутствии напряжения в сети постоянного электротока можно и другими способами. Подключать к сети можно, что угодно, главное, чтобы в цепь был включен источник постоянного электротока. Элементом же, который будет сигнализировать об отсутствии напряжения в сети или, наоборот, о его присутствии, также может быть любой электроприбор.
Ёмкостное сопротивление обратно пропорционально циклической частоте колебаний напряжения тока и ёмкости конденсатора. Попробуем понять физическую причину такой зависимости. Чем больше частота колебаний при фиксированной ёмкости C , тем за меньшее время по цепи проходит заряд CU0; тем больше амплитуда силы тока и тем меньше ёмкостное сопротивление.
Это означает, что для тока высокой частоты конденсатор фактически является коротким замыканием цепи.
Чем больше ёмкость конденсатора при фиксированной частоте , тем больший заряд CU0 проходит по цепи за то же время за ту же четверть периода ; тем больше амплитуда силы тока и тем меньше ёмкостное сопротивление.
Подчеркнём, что, в отличие от ситуации с резистором, мгновенные значения тока и напряжения в одни и те же моменты времени уже не будут удовлетворять соотношению, аналогичному закону Ома. Причина заключается в сдвиге фаз: напряжение меняется по закону синуса, а сила тока — по закону косинуса; эти функции не пропорциональны друг другу. Законом Ома связаны лишь амплитудные значения тока и напряжения.
Плейлист для учебы Личный помощник. Личный помощник.
Колоды ZNZN. Начать изучение. Без воды — краткий вариант ответа, легко понять и запомнить.
Упростить Подробнее.
