Jei atsižvelgsime į nuolatinę srovę, ji ne visada gali būti visiškai pastovi: šaltinio išėjimo įtampa gali priklausyti nuo apkrovos arba nuo akumuliatoriaus ar galvaninio akumuliatoriaus išsikrovimo laipsnio. Net esant pastoviai stabilizuotai įtampai, srovė išorinėje grandinėje priklauso nuo apkrovos, o tai patvirtina Ohmo dėsnį. Pasirodo, tai taip pat nėra tiesioginė srovė, tačiau tokios srovės taip pat negalima vadinti kintamąja, nes ji nekeičia krypties.
Kintamuoju paprastai vadinama įtampa arba srovė, kurios kryptis ir dydis nesikeičia veikiant išoriniams veiksniams, pavyzdžiui, apkrovai, o gana „savarankiškai“: taip generatorius jį gamina. Be to, šie pokyčiai turėtų būti periodiški, t.y. pasikartojantis po tam tikro laiko, vadinamas periodu.
Jeigu įtampa ar srovė kinta atsitiktinai, nesirūpinant periodiškumu ir kitais dėsningumais, toks signalas vadinamas triukšmu. Klasikinis pavyzdys- „sniegas“ televizoriaus ekrane esant silpnam antžeminiam signalui. Kai kurių periodinių elektrinių signalų pavyzdžiai parodyti 1 paveiksle.
Dėl nuolatinė srovė Yra tik dvi charakteristikos: tai yra šaltinio poliškumas ir įtampa. Kintamosios srovės atveju šių dviejų dydžių aiškiai nepakanka, todėl atsiranda dar keli parametrai: amplitudė, dažnis, periodas, fazė, momentinė ir efektyvioji vertė.
1 paveikslas.
Dažniausiai technikoje tenka susidurti su sinusiniais svyravimais, ir ne tik elektrotechnikoje. Įsivaizduokite automobilio ratą. At vienodas judesys gerai lygiame kelyje rato centras nusako tiesią, lygiagrečią kelio paviršiui. Tuo pačiu metu bet kuris taškas rato periferijoje juda išilgai sinusoidės ką tik minėtos tiesės atžvilgiu.
Tai patvirtina 2 paveikslas, kuriame parodytas grafinis sinusoidės konstravimo būdas: kas gerai išmokė piešti, tas puikiai supranta, kaip atliekamos tokios konstrukcijos.
2 pav.
Nuo mokyklos kursas fizika žino, kad sinusoidas yra labiausiai paplitęs ir tinkamas periodinei kreivei tirti. Lygiai taip pat sinusiniai svyravimai gaunami kintamosios srovės generatoriuose, tai yra dėl jų mechaninės konstrukcijos.
3 paveiksle parodytas sinusinės srovės grafikas.
3 pav
Nesunku pastebėti, kad srovės stiprumas kinta laikui bėgant, todėl y ašis paveiksle nurodyta kaip i(t), – srovės nuo laiko funkcija. Visas laikotarpis srovė žymima ištisine linija ir turi periodą T. Jei pradėtume svarstymą nuo pradžios, pamatytume, kad iš pradžių srovė didėja, pasiekia Imax, eina per nulį, sumažėja iki -Imax, po to didėja ir pasiekia nulį . Tada prasideda kitas laikotarpis, kuris rodomas punktyrine linija.
Kaip matematinė formulė dabartinis elgesys rašomas taip: i(t)= Imax*sin(ω*t±φ).
Čia i(t) – momentinė srovės vertė, kuri priklauso nuo laiko, Imax – amplitudės reikšmė (maksimalus nuokrypis nuo pusiausvyros būsenos), ω – apskritimo dažnis (2*π*f), φ – fazės kampas. .
Apvalus dažnis ω matuojamas radianais per sekundę, fazės kampas φ matuojamas radianais arba laipsniais. Pastarasis turi prasmę tik tada, kai yra dvi sinusinės srovės. Pavyzdžiui, grandinėse su srove įtampa nukreipiama 90˚ arba lygiai ketvirtadaliu periodo, kuris parodytas 4 paveiksle. Jei yra tik viena sinusinė srovė, galite ją perkelti išilgai ordinačių ašies, kaip norite, ir niekas nuo to nepasikeis.
4 pav Grandinėse su kondensatoriumi srovė nukreipia įtampą ketvirtadaliu periodo.
Apskritimo dažnio ω fizinė reikšmė yra tai, kokiu kampu radianais sinusoidas „bėgs“ per vieną sekundę.
Periodas – T yra laikas, per kurį sinusinė banga užbaigia vieną pilną virpesį. Tas pats pasakytina ir apie kitos formos vibracijas, pavyzdžiui, stačiakampius ar trikampius. Laikotarpis matuojamas sekundėmis arba mažesniais vienetais: milisekundėmis, mikrosekundėmis arba nanosekundėmis.
Kitas bet kurio periodinio signalo, įskaitant sinusoidę, parametras yra dažnis, kiek signalas sukels virpesius per 1 sekundę. Dažnio vienetas yra hercas (Hz), pavadintas XIX amžiaus mokslininko Heinricho Hertzo vardu. Taigi, 1 Hz dažnis yra ne kas kita, kaip vienas svyravimas per sekundę. Pavyzdžiui, apšvietimo tinklo dažnis yra 50 Hz, tai yra lygiai 50 sinusoidinių periodų per sekundę.
Jei dabartinis laikotarpis yra žinomas (galite), tada formulė padės išsiaiškinti signalo dažnį: f \u003d 1 / T. Tokiu atveju, jei laikas išreiškiamas sekundėmis, rezultatas bus pateikiamas hercais. Ir atvirkščiai, T=1/f, dažnis Hz, laikas sekundėmis. Pavyzdžiui, kai laikotarpis bus 1/50=0,02 sek, arba 20 milisekundžių. Elektroje dažniau naudojami aukštesni dažniai: kHz - kilohercai, MHz - megahercai (tūkstančiai ir milijonai virpesių per sekundę) ir kt.
Viskas, kas pasakyta apie srovę, taip pat tinka kintamoji įtampa: tiesiog pakeiskite raidę I į U 6 pav. Formulė atrodys taip: u(t)=Umax*sin(ω*t±φ).
Prie šių paaiškinimų pakanka grįžti patirtis su kondensatoriais ir paaiškinti jų fizinę reikšmę.
Kondensatorius praleidžia kintamąją srovę, kuri buvo parodyta grandinėje 3 paveiksle (žr. straipsnį -). Lempos švytėjimo ryškumas padidėja, kai prijungiamas papildomas kondensatorius. Lygiagrečiai prijungus kondensatorius, jų talpos tiesiog sumuojasi, todėl galima daryti prielaidą, kad talpa Xc priklauso nuo talpos. Be to, tai priklauso ir nuo srovės dažnio, todėl formulė atrodo taip: Xc=1/2*π*f*C.
Iš formulės matyti, kad padidėjus kondensatoriaus talpai ir kintamosios įtampos dažniui, reaktyvumas Xc mažėja. Šios priklausomybės parodytos 5 pav.
5 pav. Priklausomybė reaktyvumas kondensatorius nuo talpos
Jei į formulę pakeisime dažnį hercais, o talpą Faradais, rezultatas bus omų.
Ar kondensatorius įkais?
Dabar prisiminkime patirtį su kondensatoriumi ir elektros skaitikliu, kodėl jis nesisuka? Faktas yra tas, kad skaitiklis skaičiuoja aktyviąją energiją, kai vartotojas yra grynai aktyvi apkrova, pavyzdžiui, kaitrinės lempos, elektrinis virdulys ar elektrinė viryklė. Tokiems vartotojams įtampa ir srovė yra fazėje, turi tą patį ženklą: padauginus du neigiamus skaičius (įtampa ir srovė per neigiamą pusciklą), rezultatas pagal matematikos dėsnius vis tiek yra teigiamas. Todėl tokių vartotojų galia visada yra teigiama, t.y. patenka į apkrovą ir išsiskiria kaip šiluma, kaip parodyta 6 paveiksle punktyrine linija.
6 pav
Tuo atveju, kai kondensatorius yra įtrauktas į kintamosios srovės grandinę, srovė ir įtampa yra nefazės: srovė nukreipia įtampą 90˚, o tai lemia tai, kad gaunamas derinys, kai srovė ir įtampa yra skirtingi ženklai.
7 pav
Šiomis akimirkomis galia yra neigiama. Kitaip tariant, kai galia teigiama, kondensatorius įkraunamas, o kai neigiamas, sukaupta energija grąžinama šaltiniui. Todėl vidutiniškai tai išeina nuliais ir čia tiesiog nėra ko skaičiuoti.
Kondensatorius, jei, žinoma, yra tinkamas naudoti, net neįkais. Todėl dažnai kondensatorius vadinamas beviltiška varža, kuris leidžia jį naudoti mažos galios maitinimo šaltiniuose be transformatorių. Nors tokie blokeliai nerekomenduojami dėl pavojingumo, vis dėlto kartais tai daryti būtina.
Prieš montuodami į tokį bloką gesinimo kondensatorius, jį reikia patikrinti tiesiog įkišant į tinklą: jei kondensatorius neįšilo per pusvalandį, tuomet jį galima saugiai įtraukti į grandinę. Priešingu atveju jį tiesiog teks išmesti nesigailint.
Ką rodo voltmetras?
Gaminant ir remontuojant įvairius prietaisus, nors ir ne itin dažnai, bet būtina matuoti kintamąsias įtampas ir net sroves. Jei sinusoidas elgiasi taip neramiai, tada aukštyn, tada žemyn, ką parodys paprastas voltmetras?
Vidutinė periodinio signalo, šiuo atveju sinusoido, reikšmė apskaičiuojama kaip plotas, kurį riboja abscisė ir grafinis signalo vaizdas, padalytas iš 2*π radianų arba sinusoidės periodo. Kadangi viršutinė ir apatinė dalys yra visiškai vienodos, tačiau turi skirtingus ženklus, vidutinė sinusoido reikšmė yra lygi nuliui, o jos matuoti visai nebūtina ir netgi tiesiog beprasmiška.
Todėl matavimo prietaisas mums parodo įtampos arba srovės kvadratinę vertę. RMS yra periodinės srovės vertė, kuriai esant tokiai pačiai apkrovai, kaip ir nuolatinei srovei, išsiskiria toks pat šilumos kiekis. Kitaip tariant, lemputė šviečia tokiu pat ryškumu.
Tai apibūdinama tokiomis formulėmis: Iavr = 0,707 * Imax = Imax / √2 įtampai, formulė ta pati, pakanka pakeisti vieną raidę Uavr = 0,707 * Umax = Umax / √2. Tai yra skaitiklio rodomos vertės. Skaičiuojant pagal Ohmo dėsnį arba skaičiuojant galią, jas galima pakeisti formulėmis.
Tačiau tai dar ne viskas, ką gali kondensatorius kintamosios srovės tinkle. Kitame straipsnyje bus nagrinėjamas kondensatorių naudojimas impulsų grandinės, aukštų ir žemų dažnių filtrai, sinusoidinių ir stačiakampių impulsų generatoriuose.
Apie kondensatorius daug rašyta, ar verta prie tų milijonų, kurie jau yra, pridėti dar porą tūkstančių žodžių? Aš pridėsiu! Tikiu, kad mano pristatymas bus naudingas. Juk tai bus daroma atsižvelgiant į.
Kas yra elektrinis kondensatorius
Jei kalbame rusiškai, tai kondensatorius gali būti vadinamas „akumuliatoriumi“. Taip dar suprantamiau. Be to, taip šis pavadinimas yra išverstas į mūsų kalbą. Stiklas taip pat gali būti vadinamas kondensatoriumi. Tik jis kaupia savyje skystį. Arba krepšys. Taip, krepšys. Taip pat atrodo, kad tai yra saugykla. Ji kaupia savyje viską, ką ten dedame. O kaip elektrinis kondensatorius? Tai tas pats, kas stiklinė ar maišelis, bet tik kaupiasi elektros krūvis.
Įsivaizduokite vaizdą: per grandinę praeina elektros srovė, savo kelyje susitinka rezistoriai, laidininkai ir, bam, atsiranda kondensatorius (stiklas). Kas nutiks? Kaip žinote, srovė yra elektronų srautas, o kiekvienas elektronas turi elektros krūvį. Taigi, kai kas nors sako, kad per grandinę teka srovė, įsivaizduojate, kad per grandinę teka milijonai elektronų. Būtent ši elektronika, kai pakeliui atsiranda kondensatorius, kaupiasi. Kuo daugiau įdėsime elektronų į kondensatorių, tuo didesnis bus jo krūvis.
Kyla klausimas, kiek tokiu būdu galima sukaupti elektronų, kiek tilps į kondensatorių ir kada jis „užsipildys“? Išsiaiškinkime. Labai dažnai palyginimas su vandeniu ir vamzdžiais naudojamas siekiant supaprastinti paprastų elektros procesų paaiškinimą. Naudokimės ir šiuo metodu.
Įsivaizduokite vamzdį, kuriuo teka vanduo. Viename vamzdžio gale yra siurblys, kuris jėga pumpuoja vandenį į šį vamzdį. Tada mintyse uždėkite guminę membraną per vamzdį. Kas nutiks? Membrana pradės tempti ir tempti, veikiant vandens slėgio jėgai vamzdyje (slėgį sukuria siurblys). Ji ištemps, temps, temps ir dėl to membranos tamprumo jėga arba subalansuos siurblio jėgą ir vandens srautas sustos, arba membrana sutrūks (jei tai neaišku, įsivaizduokite balionas, kuris sprogs, jei bus per stipriai siurbiamas)! Tas pats vyksta elektriniuose kondensatoriuose. Tik ten vietoj membranos naudojamas elektrinis laukas, kuris didėja kondensatoriui įsikraunant ir palaipsniui balansuoja maitinimo šaltinio įtampą.
Taigi kondensatorius turi tam tikrą ribinį krūvį, kurį jis gali sukaupti ir kurį viršijus, dielektrinis gedimas kondensatoriuje jis suges ir nustos būti kondensatoriumi. Matyt, laikas pasakyti, kaip veikia kondensatorius.
Kaip veikia elektrinis kondensatorius?
Mokykloje jums sakė, kad kondensatorius yra toks daiktas, kurį sudaro dvi plokštės ir tuštuma tarp jų. Šios plokštės buvo vadinamos kondensatorinėmis plokštėmis ir prie jų buvo prijungti laidai, kad kondensatoriui būtų suteikta įtampa. Taigi šiuolaikiniai kondensatoriai nelabai skiriasi. Jie visi taip pat turi plokštes, o tarp plokščių yra dielektrikas. Dėl dielektriko buvimo pagerėja kondensatoriaus charakteristikos. Pavyzdžiui, jo talpa.
Šiuolaikiniuose kondensatoriuose naudojami įvairių tipų dielektrikai (daugiau apie tai žemiau), kurie įtaisomi tarp kondensatoriaus plokščių pačiais sudėtingiausiais būdais, kad būtų pasiektos tam tikros charakteristikos.
Veikimo principas
Bendras veikimo principas gana paprastas: įjungiama įtampa – susikaupė krūvis. Dabar vykstantys fiziniai procesai neturėtų jūsų labai domėtis, bet jei norite, apie tai galite pasiskaityti bet kurioje fizikos knygoje elektrostatikos skyriuje.
Kondensatorius nuolatinės srovės grandinėje
Jei įdėsime savo kondensatorių elektros grandinė(pav. žemiau), įjunkite ampermetrą nuosekliai su juo ir į grandinę paleiskite nuolatinę srovę, tada ampermetro adatėlė trumpam sutrūks, o tada sustings ir parodys 0A – srovės grandinėje nėra. Kas nutiko?
Darysime prielaidą, kad prieš tiekiant srovę į grandinę, kondensatorius buvo tuščias (išsikrovęs), o kai buvo įjungta srovė, jis pradėjo labai greitai krauti, o kai buvo įkrautas (elektrinis laukas tarp kondensatoriaus plokščių subalansavo maitinimo šaltinis), tada srovė sustojo (čia yra kondensatoriaus įkrovimo grafikas).
Štai kodėl jie sako, kad kondensatorius nepraleidžia nuolatinės srovės. Tiesą sakant, jis praleidžia, bet labai trumpas laikas, kurį galima apskaičiuoti naudojant formulę t \u003d 3 * R * C (Kondensatoriaus įkrovimo laikas iki 95% vardinio tūrio. R yra kondensatoriaus varža. grandinė, C yra kondensatoriaus talpa) Taip kondensatorius elgiasi esant pastoviai grandinės srovei. Kintamoje grandinėje jis elgiasi visiškai kitaip!
Kondensatorius kintamosios srovės grandinėje
Kas yra kintamoji srovė? Tai yra tada, kai elektronai „bėga“ pirmiausia ten, tada atgal. Tie. jų judėjimo kryptis visą laiką keičiasi. Tada, jei kintamoji srovė eina per grandinę su kondensatoriumi, tada ant kiekvienos jo plokštės, tada „+“ įkrovimas, tada „-“ kaupsis. Tie. iš tikrųjų tekės kintamoji srovė. O tai reiškia, kad kintamoji srovė "laisvai" praeina per kondensatorių.
Visas šis procesas gali būti modeliuojamas naudojant hidraulinių analogijų metodą. Toliau pateiktame paveikslėlyje yra kintamosios srovės grandinės analogas. Stūmoklis stumia skystį pirmyn ir atgal. Dėl to sparnuotė sukasi pirmyn ir atgal. Pasirodo, tarsi kintamas skysčio srautas (skaitome kintamąją srovę).
Dabar tarp maitinimo šaltinio (stūmoklio) ir sparnuotės pastatykime kondensatoriaus modelį membranos pavidalu ir išanalizuokime, kas pasikeis.
Panašu, kad niekas nepasikeis. Kadangi skystis daro svyruojančius judesius, jis juos daro, nes sparnuotė dėl to svyravo, ji ir toliau svyruos. Tai reiškia, kad mūsų membrana nėra kliūtis kintamam srautui. Jis taip pat bus skirtas elektroniniam kondensatoriui.
Faktas yra tas, kad nors elektronai, kurie veda grandines ir nekerta dielektriko (membranos) tarp kondensatoriaus plokščių, tačiau už kondensatoriaus ribų jų judėjimas yra svyruojantis (pirmyn ir atgal), t.y. teka kintamoji srovė. Ech!
Taigi, kondensatorius praeina kintamąją srovę ir atitolina nuolatinę srovę. Tai labai patogu, kai norite pašalinti nuolatinės srovės komponentą iš signalo, pavyzdžiui, garso stiprintuvo išvestyje / įėjime, arba kai norite matyti tik kintamąją signalo dalį (pulsaciją šaltinio išvestyje). nuolatinė įtampa).
Kondensatoriaus reaktyvumas
Kondensatorius turi atsparumą! Iš principo tai būtų galima manyti jau iš to, kad per jį neeina nuolatinė srovė, tarsi tai būtų labai didelės varžos rezistorius.
Kitas dalykas yra kintamoji srovė - ji praeina, bet patiria pasipriešinimą iš kondensatoriaus:
f – dažnis, C – kondensatoriaus talpa. Jei atidžiai pažvelgsite į formulę, pamatysite, kad jei srovė yra pastovi, tada f = 0 ir tada (teatleidžia karingieji matematikai!) X c = begalybė. Ir per kondensatorių nėra nuolatinės srovės.
Tačiau atsparumas kintamajai srovei pasikeis priklausomai nuo jo dažnio ir kondensatoriaus talpos. Kuo didesnis srovės dažnis ir kondensatoriaus talpa, tuo mažiau jis priešinasi šiai srovei ir atvirkščiai. Kuo greičiau keičiasi įtampa
įtampa, kuo didesnė srovė per kondensatorių, tai paaiškina Xc mažėjimą didėjant dažniui.
Beje, dar viena kondensatoriaus savybė – ant jo neišleidžiama galia, jis neįkaista! Todėl kartais jis naudojamas įtampai slopinti ten, kur rezistorius rūko. Pavyzdžiui, sumažinti tinklo įtampą nuo 220 V iki 127 V. Ir toliau:
Srovė kondensatoriuje yra proporcinga jo gnybtuose veikiančios įtampos greičiui.
Kur naudojami kondensatoriai?
Taip, visur, kur reikalingos jų savybės (nepraleiskite nuolatinės srovės, galimybė kauptis elektros energija ir keisti jo varžą priklausomai nuo dažnio), filtruose, virpesių grandinėse, įtampos daugikliuose ir kt.
Kas yra kondensatoriai
Pramonė gamina daug skirtingi tipai kondensatoriai. Kiekvienas iš jų turi tam tikrų privalumų ir trūkumų. Vieni turi mažą nuotėkio srovę, kiti turi didelę talpą, kiti turi dar ką nors. Atsižvelgiant į šiuos rodiklius, parenkami kondensatoriai.
Radijo mėgėjai, ypač tokie kaip mes – pradedantieji – itin nesivargina ir lažinasi, ką randa. Nepaisant to, turėtumėte žinoti, kokie yra pagrindiniai gamtoje egzistuojantys kondensatorių tipai.
Paveikslėlyje parodytas labai sąlyginis kondensatorių atskyrimas. Sudariau pagal savo skonį ir man patinka, nes iš karto aišku ar yra kintamieji kondensatoriai, kokie pastovūs kondensatoriai ir kokie dielektrikai naudojami bendruose kondensatoriuose. Apskritai viskas, ko reikia radijo mėgėjui.
Jie turi mažą nuotėkio srovę, mažus matmenis, mažą induktyvumą, gali dirbti aukšti dažniai ir nuolatinės, pulsuojančios ir kintamosios srovės grandinėse.
Jie gaminami įvairiausių darbinių įtampų ir galių: nuo 2 iki 20 000 pF ir, priklausomai nuo versijos, atlaiko iki 30 kV įtampą. Bet dažniausiai pamatysi keraminiai kondensatoriai su darbine įtampa iki 50V.
Tiesą sakant, nežinau, ar jie juos gamina dabar. Tačiau anksčiau tokiuose kondensatoriuose žėrutis buvo naudojamas kaip dielektrikas. O pats kondensatorius susidėjo iš žėručio pakuotės, ant kiekvienos iš abiejų pusių buvo uždėtos plokštelės, o tada tokias plokšteles surenka į "pakuotę" ir supakavo į dėklą.
Paprastai jie turėjo nuo kelių tūkstančių iki dešimčių tūkstančių pikoforadų ir veikė nuo 200 V iki 1500 V įtampos.
Popieriniai kondensatoriai
Tokie kondensatoriai turi kondensatorių popierių kaip dielektriką, o aliuminio juosteles kaip plokštes. Ilgos aliuminio folijos juostelės su popieriaus juostele tarp jų suvyniojamos ir supakuojamos į dėklą. Tai ir yra visa esmė.
Šių kondensatorių talpa svyruoja nuo tūkstančių pikoforadų iki 30 mikrofaradų ir gali valdyti nuo 160 iki 1500 voltų įtampą.
Sklando gandai, kad dabar juos vertina audiofilai. Nesistebiu – jie turi ir vienpusius laidumo laidus...
Iš esmės įprasti kondensatoriai su poliesteriu kaip dielektrikas. Talpa sklinda nuo 1 nF iki 15 mF esant darbinei įtampai nuo 50 V iki 1500 V.
Šio tipo kondensatoriai turi du neginčijamus pranašumus. Pirma, galite juos pagaminti su labai mažu, tik 1% nuokrypiu. Taigi, jei ant jo parašyta 100 pF, tada jo talpa yra 100 pF +/- 1%. Antra, jų darbinė įtampa gali siekti iki 3 kV (o talpa nuo 100 pF iki 10 mF)
Elektrolitiniai kondensatoriai
Šie kondensatoriai nuo visų kitų skiriasi tuo, kad juos galima prijungti tik prie nuolatinės arba pulsuojančios srovės grandinės. Jie yra poliniai. Jie turi pliusų ir minusų. Taip yra dėl jų dizaino. Ir jei toks kondensatorius įjungtas atvirkščiai, greičiausiai jis išsipūs. O anksčiau jie irgi linksmai, bet nesaugiai sprogdavo. Yra elektrolitiniai kondensatoriai aliuminis ir tantalas.
Aliuminio elektrolitiniai kondensatoriai yra išdėstyti beveik kaip popieriniai, vienintelis skirtumas, kad tokio kondensatoriaus plokštės yra popierinės ir aliuminio juostelės. Popierius impregnuojamas elektrolitu, o ant aliuminio juostelės užtepamas plonas oksido sluoksnis, kuris atlieka dielektriko vaidmenį. Jei tokiam kondensatoriui tiekiate kintamąją srovę arba grąžinate jį į išėjimo poliškumą, tada elektrolitas užverda ir kondensatorius sugenda.
Elektrolitiniai kondensatoriai turi pakankamai didelę talpą, dėl kurios jie dažnai naudojami, pavyzdžiui, lygintuvo grandinėse.
Tai turbūt ir viskas. Užkulisiuose liko kondensatoriai su dielektriku iš polikarbonato, polistireno ir tikriausiai daug kitų tipų. Bet manau, kad tai bus perteklinė.
Tęsinys...
Antroje dalyje planuoju parodyti tipinio kondensatorių naudojimo pavyzdžius.
>>Fizika 11 klasė >> Kondensatorius kintamosios srovės grandinėje
§ 33 kintamosios srovės kondensatorius
Nuolatinė srovė negali tekėti per grandinę, kurioje yra kondensatorius. Iš tiesų, šiuo atveju grandinė pasirodo esanti atvira, nes kondensatoriaus plokštės yra atskirtos dielektriku.
Kintamoji srovė gali tekėti per grandinę, kurioje yra kondensatorius. Tai galima patikrinti paprastu eksperimentu.
Turėkime tiesioginės ir kintamosios įtampos šaltinius, o nuolatinė įtampa šaltinio gnybtuose yra lygi kintamosios įtampos efektyviai vertei. Grandinė susideda iš nuosekliai sujungto kondensatoriaus ir kaitrinės lempos (4.13 pav.). Įjungus nuolatinę įtampą (jungiklis pasuktas į kairę, grandinė prijungta prie taškų AA "), lemputė neužsidega. Bet įjungus kintamosios srovės įtampą (jungiklis pasuktas į dešinę, grandinė prijungta prie taškų BB"), lemputė užsidega, jei kondensatoriaus talpa yra pakankamai didelė.
Kaip grandinėje gali tekėti kintamoji srovė, jei ji iš tikrųjų yra atvira (krūviai negali judėti tarp kondensatoriaus plokščių)? Reikalas tas, kad kondensatorius periodiškai įkraunamas ir iškraunamas veikiant kintamajai įtampai. Srovė, tekanti grandinėje, kai kondensatorius įkraunamas, kaitina lempos kaitinimo siūlą.
Nustatykime, kaip kinta srovės stiprumas laikui bėgant grandinėje, kurioje yra tik kondensatorius, jei galima nepaisyti laidų ir kondensatoriaus plokščių varžos (4.14 pav.).
Kondensatoriaus įtampa
Srovės stiprumas, kuris yra krūvio išvestinė laiko atžvilgiu, yra lygi:
Vadinasi, srovės svyravimai yra į priekį kondensatoriaus įtampos svyravimų fazėje (4.15 pav.). 
Srovės stiprumo amplitudė yra tokia:
I m = U m C. (4.29)
Jei įvesime pavadinimą
o vietoj srovės ir įtampos amplitudių naudokite jų efektyviąsias reikšmes, tada gausime
X c reikšmė, ciklinio dažnio sandaugos C atvirkštinė vertė elektros talpa kondensatorius vadinamas talpa. Šio dydžio vaidmuo panašus į aktyviosios varžos R vaidmenį Ohmo dėsnyje (žr. (4.17) formulę). Efektyvi srovės stiprumo vertė yra susijusi su efektyvia kondensatoriaus įtampos verte taip pat, kaip srovės stiprumas ir įtampa yra susiję pagal Ohmo dėsnį nuolatinės srovės grandinės atkarpai. Tai leidžia mums laikyti X reikšmę kaip kondensatoriaus varžą kintamajai srovei (talpa).
Kuo didesnė kondensatoriaus talpa, tuo didesnė įkrovimo srovė. Tai lengva nustatyti padidinus lempos kaitinimą, padidėjus kondensatoriaus talpai. Nors kondensatoriaus nuolatinės srovės varža yra begalinė, jo kintamosios srovės varža yra baigtinė X c . Didėjant pajėgumui, jis mažėja. Jis taip pat mažėja didėjant dažniui.
Baigdami pažymime, kad per ketvirtį laikotarpio, kai kondensatorius įkraunamas iki maksimalios įtampos, energija patenka į grandinę ir kaupiama kondensatoriuje energijos pavidalu. elektrinis laukas. Kitą laikotarpio ketvirtį, kai kondensatorius išsikrauna, ši energija grąžinama į tinklą.
Grandinės su kondensatoriumi varža yra atvirkščiai proporcinga ciklinio dažnio ir elektrinės talpos sandaugai. Srovės svyravimai yra į priekį nuo įtampos svyravimų fazės .
1. Kaip yra susijusios efektyvios srovės ir įtampos vertės kondensatoriuje kintamosios srovės grandinėje!
2. Ar energija išsiskiria grandinėje, kurioje yra tik kondensatorius, jei galima nepaisyti aktyviosios grandinės varžos?
3. Grandinės pertraukiklis yra tam tikras kondensatorius. Kodėl jungiklis patikimai atidaro grandinę!
Spartus srovės stiprumo ir krypties pokytis, kuris apibūdina kintamąją srovę, lemia keletą svarbių savybių, kurios skiria kintamos srovės veikimą nuo nuolatinės srovės. Kai kurios iš šių savybių aiškiai išryškėja tolesniuose eksperimentuose.
1. Kintamosios srovės pratekėjimas per kondensatorių. Turėkime savo žinioje nuolatinės srovės šaltinį, kurio įtampa 12 V (baterija) ir kintamos srovės šaltinį, kurio įtampa taip pat 12 V. Prie kiekvieno iš šių šaltinių pritvirtinę nedidelę kaitrinę lemputę pamatysime, kad abu lemputės dega vienodai ryškiai (298 pav., a). Dabar tiek į pirmos, tiek į antrosios lempučių grandinę įtraukime didelės talpos kondensatorių (298 pav., b). Pamatysime, kad esant nuolatinei srovei lempa visai nešviečia, tačiau kintamos srovės atveju jos įkaitimas išlieka beveik toks pat, kaip ir anksčiau. Šilumos nebuvimą nuolatinės srovės grandinėje lengva suprasti: tarp kondensatoriaus plokščių yra izoliacinis sluoksnis, todėl grandinė yra atvira. Lemputės kaitinimas kintamosios srovės grandinėje atrodo nuostabus.
Ryžiai. 298. Kintamosios srovės pratekėjimas per kondensatorių: a) elektros lemputės, įtrauktos į tiesioginio (dešinio) arba kintamojo (kairiojo) švytėjimo srovės grandinę vienodai; b) prie grandinės prijungus talpinį kondensatorių, nuolatinė srovė sustoja, kintamoji srovė toliau teka ir šviečia lemputė
Tačiau gerai pagalvojus, tame nėra nieko paslaptingo. Mes čia tik dažnai kartojame mums gerai žinomą kondensatoriaus įkrovimo ir iškrovimo procesą. Kai prijungiame (299 pav., a) kondensatorių prie srovės šaltinio (pasukdami jungiklio svirtį į kairę), tada srovė teka laidais, kol kondensatoriaus plokštelėse susikaupę krūviai sukuria potencialų skirtumą, kuris subalansuoja šaltinio įtampą. . Tokiu atveju kondensatoriuje sukuriamas elektrinis laukas, kuriame sukoncentruojamas tam tikras energijos kiekis. Kai įkrauto kondensatoriaus plokštes sujungsime su laidininku, atjungdami srovės šaltinį (perjungimo svirtį pasukdami į dešinę), krūvis tekės laidu iš vienos plokštės į kitą, o trumpalaikė srovė praeis. laidininkas, kuris įjungia lemputę. Laukas kondensatoriuje išnyksta, o jame sukaupta energija išleidžiama lemputei šildyti.
Ryžiai. 299. Kiekvieną kartą įkraunant kondensatorių, lemputė mirksi: a) įkraunant kondensatorių (raktas - į kairę) ir iškraunant jį per lemputę (raktas - į dešinę); b) greitas įkrovimas ir iškraunant kondensatorių, kai pasukamas raktas, lemputė mirksi; c) kondensatorius ir lemputė kintamosios srovės grandinėje
Kas atsitinka, kai kintamoji srovė praeina per kondensatorių, labai aiškiai paaiškinama eksperimentu, parodytu Fig. 299b. Sukdami jungiklio svirtį į dešinę, mes prijungiame kondensatorių prie srovės šaltinio, kurio 1 plokštė yra teigiamai įkrauta, o plokštė 2 - neigiamai. Kai jungiklis yra vidurinėje padėtyje, kai grandinė yra atvira, kondensatorius iškraunamas per lemputę. Pasukus jungiklio rankenėlę į kairę, kondensatorius vėl įkraunamas, tačiau šiuo metu 1 laiko plokštė įkraunama neigiamai, o 2 - teigiamai. Greitai pajudinę jungiklio svirtį viena kryptimi, paskui kita, pamatysime, kad kiekvieną kartą keičiant kontaktą lemputė akimirką mirksi, t.y., per ją praeina trumpalaikė srovė. Jei perjungimas atliekamas pakankamai greitai, tada lemputės blyksniai seka vienas kitą taip greitai, kad ji degs nuolat; o juo teka srovė, dažnai keičianti kryptį. Tokiu atveju elektrinis laukas kondensatoriuje visą laiką keisis: jis arba bus sukurtas, tada išnyks, tada vėl bus sukurtas priešinga kryptimi. Tas pats atsitinka, kai į kintamosios srovės grandinę įtraukiame kondensatorių (299 pav., c).
2. Kintamosios srovės praėjimas per ritę su dideliu induktyvumu. Mes įtraukiame į grandinę, parodytą Fig. 298, b, vietoj kondensatoriaus, varinės vielos ritė su dideliu apsisukimų skaičiumi, kurios viduje įdėta geležinė šerdis (300 pav.). Žinoma, kad tokios ritės turi didelę induktyvumą (§ 144). Tokios ritės atsparumas nuolatinei srovei bus mažas, nes jis pagamintas iš gana storos vielos. Esant nuolatinei srovei (300 pav., a) lemputė dega ryškiai, o kintamos srovės atveju (300 pav., b) švytėjimas beveik nepastebimas. Eksperimentas su nuolatine srove yra suprantamas: kadangi ritės varža yra maža, jos buvimas srovės beveik nekeičia, o lemputė dega ryškiai. Kodėl ritė susilpnina kintamąją srovę? Mes palaipsniui ištrauksime geležies šerdį iš ritės. Pamatysime, kad lemputė vis labiau įkaista, t. y., kai šerdis pasislenka, srovė grandinėje didėja. Visiškai pašalinus šerdį, lemputės kaitinimas gali pasiekti beveik normalų, jei ritės apsisukimų skaičius nėra labai didelis. Tačiau šerdies išplėtimas sumažina ritės induktyvumą. Taigi matome, kad mažos varžos, bet didelio induktyvumo ritė, įtraukta į kintamosios srovės grandinę, gali žymiai susilpninti šią srovę.
Ryžiai. 300. Lemputė įtraukta į nuolatinės (a) ir kintamosios (b) srovės grandinę. Su lempute nuosekliai sujungta ritė. Su nuolatine srove šviesa yra ryški, su kintamąja - silpna.
Taip pat nesunku paaiškinti didelio induktyvumo ritės poveikį kintamajai srovei. Kintamoji srovė yra srovė, kurios stipris greitai kinta, didėja arba mažėja. Su šiais grandinės pokyčiais, e. d.s. savaiminis induktyvumas, kuris priklauso nuo grandinės induktyvumo. Šio e. d.s. (kaip matėme § 139) yra toks, kad jo veikimas neleidžia keisti srovės, t.y. sumažina srovės amplitudę, taigi ir jos efektyviąją vertę. Kol laidų induktyvumas mažas, šis papildomas el. d.s. taip pat yra mažas ir jo poveikis beveik nepastebimas. Tačiau esant dideliam induktyvumui, šis papildomas el. d.s. gali labai paveikti kintamosios srovės stiprumą.
Dėl kondensatoriaus įkrovimo.
Uždarykite grandinę. Grandinė įkraus kondensatorių. Tai reiškia, kad dalis elektronų iš kairės kondensatoriaus pusės pateks į laidą, o tiek pat elektronų iš laido pateks į dešinę kondensatoriaus pusę. Abi plokštės bus įkraunamos to paties dydžio priešingais krūviais.
Tarp dielektriko plokščių bus elektrinis laukas.
Dabar nutraukime grandinę. Kondensatorius liks įkrautas. Jos pamušalą sutrumpinsime vielos gabalėliu. Kondensatorius akimirksniu išsikraus. Tai reiškia, kad elektronų perteklius pateks į laidą iš dešinės plokštės, o elektronų trūkumas pateks į laidą į kairę. Abiejose elektronų plokštėse bus vienodi, kondensatorius išsikraus.
Kokia įtampa įkraunamas kondensatorius?
Jis įkraunamas iki įtampos, kuri jam tiekiama iš maitinimo šaltinio.
Kondensatoriaus varža.
Uždarykite grandinę. Kondensatorius pradėjo krauti ir iš karto tapo srovės, įtampos, E.D.S. šaltiniu. Paveikslėlyje parodyta, kad kondensatoriaus E.D.S. nukreiptas prieš jį įkraunantį srovės šaltinį.
Įkrauto kondensatoriaus elektrovaros priešprieša šio kondensatoriaus krūviui vadinama talpa.
Visa energija, kurią srovės šaltinis išeikvoja talpinei varžai įveikti, paverčiama kondensatoriaus elektrinio lauko energija. Kai kondensatorius išsikrauna, visa elektrinio lauko energija grįš atgal į grandinę energijos pavidalu elektros srovė. Taigi talpa yra reaktyvioji, t.y. nesukeliant negrįžtamo energijos praradimo.
Kodėl nuolatinė srovė nepraeina per kondensatorių, o kintamoji - praeina?
Įjunkite nuolatinės srovės grandinę. Lempa įsijungia ir užgęsta, kodėl? Kadangi kondensatoriaus įkrovimo srovė praėjo grandinėje. Kai tik kondensatorius įkraunamas iki akumuliatoriaus įtampos, srovė grandinėje sustos.
Dabar uždarykime kintamosios srovės grandinę. Pirmąjį laikotarpio ketvirtį generatoriaus įtampa padidėja nuo 0 iki maksimumo. Grandinė įkrauna kondensatorių. Antrąjį laikotarpio ketvirtį generatoriaus įtampa sumažėja iki nulio. Kondensatorius iškraunamas per generatorių. Po to kondensatorius įkraunamas ir vėl iškraunamas. Taigi grandinėje yra kondensatoriaus įkrovimo ir iškrovimo srovės. Lempa degs nuolat.
Grandinėje su kondensatoriumi srovė teka visoje uždaroje grandinėje, įskaitant ir kondensatoriaus dielektriką. Įkrovimo kondensatoriuje susidaro elektrinis laukas, kuris poliarizuoja dielektriką. Poliarizacija – tai elektronų sukimasis atomuose pailgintomis orbitomis.
Vienu metu vykstanti daugybės atomų poliarizacija sudaro srovę, vadinamą poslinkio srovė. Taigi, srovė teka laidais ir dielektriku, ir ta pati vertė.
Talpa kondensatorius nustatomas pagal formulę
Žvelgdami į grafiką darome tokią išvadą: srovė grandinėje su grynai talpine varža nukreipia įtampą 90 0 .
Kyla klausimas, kaip srovė grandinėje gali sukelti generatoriaus įtampą? Grandinėje srovė teka iš dviejų srovės šaltinių paeiliui – iš generatoriaus ir iš kondensatoriaus. Kai generatoriaus įtampa lygi nuliui, srovė grandinėje yra didžiausia. Tai yra kondensatoriaus iškrovimo srovė.
Apie tikrą kondensatorių
Tikras kondensatorius vienu metu turi dvi varžas: aktyvus ir talpus. Jie turėtų būti laikomi sujungtais nuosekliai.
Įtampa, kurią generatorius suteikia aktyviajai varžai, ir srovė, tekanti per aktyviąją varžą, yra fazėje.
Generatoriaus įtampa į talpą ir per talpą tekanti srovė faze pasislenka 90 0 . Gautą įtampą, kurią generatorius įjungia į kondensatorių, galima nustatyti lygiagretainio taisykle.
Ant aktyvus pasipriešinimasįtampa U akt ir srovė I yra fazėje. Pagal talpą įtampa U c atsilieka nuo srovės I 90 0 . Gauta įtampa, kurią generatorius paduoda kondensatoriui, nustatoma pagal lygiagretainio taisyklę. Ši gauta įtampa tam tikru kampu φ atsilieka nuo srovės I, kuris visada yra mažesnis nei 90 0 .
Gautos kondensatoriaus varžos nustatymas
Susidariusios kondensatoriaus varžos negalima rasti susumavus jo aktyviosios ir talpinės varžos vertes. Tai atliekama pagal formulę