Kas maiņstrāva
Ja ņemam vērā līdzstrāvu, tad tā ne vienmēr var būt pilnīgi nemainīga: spriegums pie avota izejas var būt atkarīgs no slodzes vai akumulatora vai galvaniskā akumulatora izlādes pakāpes. Pat ar pastāvīgu stabilizētu spriegumu strāva ārējā ķēdē ir atkarīga no slodzes, kas apstiprina Oma likumu. Izrādās, ka šī arī nav gluži līdzstrāva, taču arī šādu strāvu nevar saukt par maiņstrāvu, jo tā nemaina virzienu.
Mainīgo parasti sauc par spriegumu vai strāvu, kura virziens un lielums nemainās ārēju faktoru, piemēram, slodzes, ietekmē, bet gan diezgan “patstāvīgi”: šādi to ražo ģenerators. Turklāt šīm izmaiņām jābūt periodiskām, t.i. atkārtojas pēc noteikta laika perioda, ko sauc par periodu.
Ja spriegums vai strāva mainās nejauši, nerūpējoties par periodiskumu un citām likumsakarībām, šādu signālu sauc par troksni. Klasisks piemērs- "sniegs" televizora ekrānā ar vāju virszemes signālu. Dažu periodisku elektrisko signālu piemēri ir parādīti 1. attēlā.
Priekš līdzstrāva Ir tikai divi raksturlielumi: tā ir avota polaritāte un spriegums. Maiņstrāvas gadījumā ar šiem diviem lielumiem acīmredzami nepietiek, tāpēc parādās vēl vairāki parametri: amplitūda, frekvence, periods, fāze, momentānā un efektīvā vērtība.
1. attēls.
Visbiežāk tehnoloģijās nākas saskarties ar sinusoidālām svārstībām, un ne tikai elektrotehnikā. Iedomājieties automašīnas riteni. Plkst vienmērīga kustība uz laba līdzena ceļa riteņa centrs apraksta taisnu līniju, kas ir paralēla ceļa virsmai. Tajā pašā laikā jebkurš punkts riteņa perifērijā pārvietojas pa sinusoīdu attiecībā pret tikko minēto taisni.
To var apstiprināt 2. attēlā, kurā parādīta sinusoīda konstruēšanas grafiskā metode: kurš labi iemācīja zīmēt, tas lieliski saprot, kā tiek veiktas šādas konstrukcijas.
2. attēls.
No skolas kurss fizika zina, ka sinusoīds ir visizplatītākais un piemērots periodiskās līknes izpētei. Tieši tādā pašā veidā sinusoidālās svārstības tiek iegūtas ģeneratoros, kas ir to mehāniskās konstrukcijas dēļ.
3. attēlā parādīts sinusoidālās strāvas grafiks.
3. attēls
Ir viegli redzēt, ka strāvas stiprums mainās atkarībā no laika, tāpēc y ass attēlā ir norādīta kā i(t), - strāvas funkcija no laika. Pilns periods strāva ir norādīta ar nepārtrauktu līniju un tai ir periods T. Ja mēs sākam apsvērt no sākuma, mēs varam redzēt, ka sākumā strāva palielinās, sasniedz Imax, iet cauri nullei, samazinās līdz -Imax, pēc tam palielinās un sasniedz nulli. . Tad sākas nākamais periods, kas tiek parādīts ar punktētu līniju.
Kā matemātiskā formula pašreizējo uzvedību raksta šādi: i(t)= Imax*sin(ω*t±φ).
Šeit i(t) ir strāvas momentānā vērtība, kas ir atkarīga no laika, Imax ir amplitūdas vērtība (maksimālā novirze no līdzsvara stāvokļa), ω ir apļveida frekvence (2*π*f), φ ir fāzes leņķis. .
Apļveida frekvenci ω mēra radiānos sekundē, fāzes leņķi φ mēra radiānos vai grādos. Pēdējam ir jēga tikai tad, ja ir divas sinusoidālās strāvas. Piemēram, ķēdēs ar strāvu novirza spriegumu par 90˚ vai tieši ceturtdaļu no perioda, kas parādīts 4. attēlā. Ja ir tikai viena sinusoidālā strāva, tad varat to pārvietot pa ordinātu asi, kā vēlaties, un nekas no tā nemainīsies.
4. attēls Ķēdēs ar kondensatoru strāva vada spriegumu par ceturtdaļu perioda.
Apļveida frekvences ω fiziskā nozīme ir tas, kāds leņķis radiānos sinusoīds “darbosies” vienā sekundē.
Periods — T ir laiks, kas nepieciešams, lai sinusoidālais vilnis pabeigtu vienu pilnīgu svārstību. Tas pats attiecas uz cita veida vibrācijām, piemēram, taisnstūrveida vai trīsstūrveida. Periods tiek mērīts sekundēs vai mazākās vienībās: milisekundēs, mikrosekundēs vai nanosekundēs.
Cits jebkura periodiska signāla, tostarp sinusoīda, parametrs ir frekvence, cik daudz svārstību signāls radīs 1 sekundē. Frekvences mērvienība ir hercs (Hz), kas nosaukts 19. gadsimta zinātnieka Heinriha Herca vārdā. Tātad 1 Hz frekvence nav nekas vairāk kā viena svārstība sekundē. Piemēram, apgaismojuma tīkla frekvence ir 50 Hz, tas ir, precīzi 50 sinusoīda periodi sekundē.
Ja pašreizējais periods ir zināms (varat), tad formula palīdzēs noskaidrot signāla frekvenci: f \u003d 1 / T. Šajā gadījumā, ja laiks ir izteikts sekundēs, rezultāts būs hercos. Un otrādi, T=1/f, frekvence Hz, laiks ir sekundēs. Piemēram, kad periods būs 1/50=0,02 sek vai 20 milisekundes. Elektroenerģijā biežāk tiek izmantotas augstākas frekvences: kHz - kiloherci, MHz - megaherci (tūkstošiem un miljoniem svārstību sekundē) utt.
Viss, kas teikts par pašreizējo, attiecas arī uz Maiņstrāvas spriegums: vienkārši nomainiet burtu I uz U 6. attēlā. Formula izskatīsies šādi: u(t)=Umax*sin(ω*t±φ).
Šie skaidrojumi ir pietiekami, lai atgrieztos pieredze ar kondensatoriem un izskaidro to fizisko nozīmi.
Kondensators vada maiņstrāvu, kas tika parādīta ķēdē 3. attēlā (sk. rakstu -). Lampas spīduma spilgtums palielinās, kad ir pievienots papildu kondensators. Ja kondensatori ir savienoti paralēli, to kapacitātes vienkārši summējas, tāpēc varam pieņemt, ka kapacitāte Xc ir atkarīga no kapacitātes. Turklāt tas ir atkarīgs arī no strāvas frekvences, un tāpēc formula izskatās šādi: Xc=1/2*π*f*C.
No formulas izriet, ka, palielinoties kondensatora kapacitātei un maiņstrāvas sprieguma frekvencei, pretestība Xc samazinās. Šīs atkarības ir parādītas 5. attēlā.
5. attēls. Atkarība pretestība kondensators no kapacitātes
Ja formulā aizstājam frekvenci hercos un kapacitāti Farados, rezultāts būs omi.
Vai kondensators kļūs karsts?
Tagad atcerēsimies pieredzi ar kondensatoru un elektrisko skaitītāju, kāpēc tas negriežas? Fakts ir tāds, ka skaitītājs uzskaita aktīvo enerģiju, ja patērētājs ir tīri aktīva slodze, piemēram, kvēlspuldzes, elektriskā tējkanna vai elektriskā plīts. Šādiem patērētājiem spriegums un strāva ir fāzē, tiem ir tāda pati zīme: ja reizina divus negatīvus skaitļus (spriegums un strāva negatīvā puscikla laikā), rezultāts saskaņā ar matemātikas likumiem joprojām ir pozitīvs. Tāpēc šādu patērētāju spēks vienmēr ir pozitīvs, t.i. nonāk slodzē un izdalās kā siltums, kā parādīts 6. attēlā ar punktētu līniju.
6. attēls
Gadījumā, ja maiņstrāvas ķēdē ir iekļauts kondensators, strāva un spriegums ir ārpus fāzes: strāva novirza spriegumu par 90˚, kas noved pie tā, ka tiek iegūta kombinācija, kad strāvai un spriegumam ir dažādas zīmes.
7. attēls
Šajos brīžos spēks ir negatīvs. Citiem vārdiem sakot, ja jauda ir pozitīva, kondensators tiek uzlādēts, un, ja tas ir negatīvs, uzkrātā enerģija tiek atdota atpakaļ avotam. Tāpēc vidēji tas izrādās pa nullēm un šeit vienkārši nav ko skaitīt.
Kondensators, ja tas, protams, ir apkalpojams, pat nesakarst vispār. Tāpēc bieži kondensatoru sauc par viļņveida pretestību, kas ļauj to izmantot beztransformatora mazjaudas barošanas avotos. Lai gan šādi bloki nav ieteicami to bīstamības dēļ, tomēr dažreiz tas ir jādara.
Pirms uzstādīšanas šādā blokā dzēšanas kondensators, to vajadzētu pārbaudīt, vienkārši pieslēdzot to tīklam: ja kondensators nav uzsildījis pusstundu, tad to var droši iekļaut ķēdē. Pretējā gadījumā tas vienkārši būs jāizmet bez nožēlas.
Ko rāda voltmetrs?
Ražojot un remontējot dažādas ierīces, lai gan ne pārāk bieži, ir nepieciešams izmērīt mainīgo spriegumu un pat strāvas. Ja sinusoīds uzvedas tik nemierīgi, tad uz augšu, tad uz leju, ko rādīs parasts voltmetrs?
Periodiskā signāla, šajā gadījumā sinusoīda, vidējo vērtību aprēķina kā laukumu, ko ierobežo abscisa līnija un signāla grafiskais attēlojums, dalīts ar 2*π radiāniem vai sinusoīda periodu. Tā kā augšējā un apakšējā daļa ir tieši vienādas, bet tām ir dažādas zīmes, sinusoīda vidējā vērtība ir nulle, un to vispār nav nepieciešams izmērīt un pat vienkārši bezjēdzīgi.
Tāpēc mērinstruments parāda sprieguma vai strāvas efektīvo vērtību. RMS ir periodiskas strāvas vērtība, pie kuras uz tādas pašas slodzes izdalās tāds pats siltuma daudzums kā līdzstrāvai. Citiem vārdiem sakot, spuldze spīd ar tādu pašu spilgtumu.
To apraksta ar šādām formulām: Iavr = 0,707 * Imax = Imax / √2 spriegumam, formula ir tāda pati, pietiek ar vienu burtu Uavr = 0,707 * Umax = Umax / √2. Šīs ir vērtības, ko rāda skaitītājs. Tos var aizstāt ar formulām, veicot aprēķinus saskaņā ar Oma likumu vai aprēķinot jaudu.
Bet tas vēl nav viss, ko spēj kondensators maiņstrāvas tīklā. Nākamajā rakstā tiks aplūkota kondensatoru izmantošana impulsu ķēdes, augsto un zemo frekvenču filtri sinusoidālo un taisnstūrveida impulsu ģeneratoros.
Par kondensatoriem ir daudz rakstīts, vai ir vērts tiem jau esošajiem miljoniem pievienot vēl pāris tūkstošus vārdu? Es pievienošu! Ticu, ka mana prezentācija būs noderīga. Galu galā tas tiks darīts, ņemot vērā.
Kas ir elektriskais kondensators
Ja mēs runājam krieviski, tad kondensatoru var saukt par "akumulatoru". Tātad vēl saprotamāk. Turklāt šādi šis nosaukums tiek tulkots mūsu valodā. Stiklu var saukt arī par kondensatoru. Tikai viņš sevī uzkrāj šķidrumu. Vai soma. Jā, soma. Šķiet, ka tā ir arī krātuve. Tas sevī uzkrāj visu, ko mēs tur liekam. Kā ar elektrisko kondensatoru? Tas ir tas pats, kas glāze vai maisiņš, bet tikai uzkrājas elektriskais lādiņš.
Iedomājieties attēlu: caur ķēdi iet elektriskā strāva, savā ceļā sastopas rezistori, vadītāji un, bam, parādās kondensators (stikls). Kas notiks? Kā jūs zināt, strāva ir elektronu plūsma, un katram elektronam ir elektriskais lādiņš. Tādējādi, kad kāds saka, ka caur ķēdi plūst strāva, jūs iedomājaties miljoniem elektronu, kas iet caur ķēdi. Tieši šī elektronika, kad ceļā parādās kondensators, uzkrājas. Jo vairāk mēs ievietosim elektronus kondensatorā, jo lielāks būs tā lādiņš.
Rodas jautājums, cik elektronu tādā veidā var uzkrāt, cik ietilps kondensatorā un kad tas "piepildīsies"? Noskaidrosim. Ļoti bieži tiek izmantots salīdzinājums ar ūdeni un caurulēm, lai vienkāršotu vienkāršu elektrisko procesu skaidrojumu. Izmantosim arī šo pieeju.
Iedomājieties cauruli, pa kuru plūst ūdens. Vienā caurules galā ir sūknis, kas ar spēku sūknē ūdeni šajā caurulē. Tad garīgi novietojiet gumijas membrānu pāri caurulei. Kas notiks? Membrāna sāks stiept un sasprindzināt, iedarbojoties ūdens spiediena spēkam caurulē (spiedienu rada sūknis). Tā stiepsies, stiepsies, stiepsies, un rezultātā membrānas elastīgais spēks vai nu līdzsvaros sūkņa spēku un ūdens plūsma apstāsies, vai arī membrāna plīsīs (ja tas nav skaidrs, tad iedomājieties balonu kas pārplīsīs, ja to sūknē pārāk spēcīgi)! Tas pats notiek elektriskajos kondensatoros. Tikai tur membrānas vietā tiek izmantots elektriskais lauks, kas aug, kondensatoram uzlādējoties un pamazām līdzsvaro strāvas avota spriegumu.
Tādējādi kondensatoram ir noteikts ierobežojošs lādiņš, ko tas var uzkrāt, un pēc kura pārsniegšanas Dielektriskais sadalījums kondensatorā tas sabojāsies un pārstās būt kondensators. Acīmredzot ir pienācis laiks pastāstīt, kā darbojas kondensators.
Kā darbojas elektriskais kondensators?
Skolā viņi jums teica, ka kondensators ir tāda ierīce, kas sastāv no divām plāksnēm un tukšuma starp tām. Šīs plāksnes sauca par kondensatora plāksnēm, un tām tika pievienoti vadi, lai kondensatoram pievienotu spriegumu. Tātad mūsdienu kondensatori daudz neatšķiras. Viņiem visiem ir arī plāksnes, un starp plāksnēm ir dielektriķis. Dielektriķa klātbūtnes dēļ tiek uzlaboti kondensatora raksturlielumi. Piemēram, tā kapacitāte.
Mūsdienu kondensatoros tiek izmantoti dažāda veida dielektriķi (vairāk par to tālāk), kas tiek ievietoti starp kondensatora plāksnēm vismodernākajā veidā, lai sasniegtu noteiktas īpašības.
Darbības princips
Vispārējais darbības princips ir diezgan vienkāršs: tiek pielikts spriegums - lādiņš ir uzkrājies. Tagad notiekošajiem fiziskajiem procesiem nevajadzētu jūs īpaši interesēt, bet, ja vēlaties, varat izlasīt par to jebkurā fizikas grāmatā sadaļā elektrostatika.
Kondensators līdzstrāvas ķēdē
Ja ievietojam savu kondensatoru elektriskā ķēde(Zīm. zemāk), ieslēdziet ampērmetru virknē ar to un pieslēdziet ķēdei līdzstrāvu, tad ampērmetra adata īsi raustīsies, un pēc tam sasalst un parādīs 0A - ķēdē nav strāvas. Kas notika?
Mēs pieņemsim, ka pirms strāvas padeves ķēdei kondensators bija tukšs (izlādējies), un, kad tika pielietota strāva, tas sāka ļoti ātri uzlādēties, un, kad tas tika uzlādēts (elektriskais lauks starp kondensatora plāksnēm līdzsvaroja strāvas avots), tad strāva apstājās (šeit ir kondensatora uzlādes grafiks).
Tāpēc viņi saka, ka kondensators neizlaiž līdzstrāvu. Faktiski tas izlaiž, bet ļoti īsu laiku, ko var aprēķināt, izmantojot formulu t \u003d 3 * R * C (Laiks kondensatora uzlādēšanai līdz tilpumam 95% no nominālā. R ir kondensatora pretestība ķēde, C ir kondensatora kapacitāte) Šādi kondensators darbojas pastāvīgā ķēdes strāvā. Maiņstrāvas ķēdē tas uzvedas pavisam savādāk!
Kondensators maiņstrāvas ķēdē
Kas ir maiņstrāva? Tas ir tad, kad elektroni "skrien" vispirms tur, tad atpakaļ. Tie. to kustības virziens visu laiku mainās. Tad, ja caur ķēdi ar kondensatoru iet maiņstrāva, tad uz katras tās plāksnes, tad uzkrāsies "+", tad "-". Tie. faktiski plūdīs maiņstrāva. Un tas nozīmē, ka maiņstrāva "brīvi" iet caur kondensatoru.
Visu šo procesu var modelēt, izmantojot hidrauliskās analoģijas metodi. Zemāk redzamais attēls ir maiņstrāvas ķēdes analogs. Virzulis spiež šķidrumu uz priekšu un atpakaļ. Tas liek lāpstiņritenim griezties uz priekšu un atpakaļ. Izrādās, it kā mainīga šķidruma plūsma (mēs lasām maiņstrāvu).
Tagad novietosim kondensatora modeli membrānas veidā starp strāvas avotu (virzuli) un lāpstiņriteni un analizēsim, kas mainīsies.
Izskatās, ka nekas nemainīsies. Šķidrumam veicot svārstības kustības, tas rada tās, jo lāpstiņritenis šī iemesla dēļ svārstījās, tas turpinās svārstīties. Tas nozīmē, ka mūsu membrāna nav šķērslis mainīgai plūsmai. Tas būs paredzēts arī elektroniskajam kondensatoram.
Fakts ir tāds, ka, lai arī elektroni, kas vada ķēdes un nešķērso dielektriķi (membrānu) starp kondensatora plāksnēm, bet ārpus kondensatora to kustība ir svārstīga (uz priekšu un atpakaļ), t.i. plūst maiņstrāva. Eh!
Tādējādi kondensators šķērso maiņstrāvu un aizkavē līdzstrāvu. Tas ir ļoti ērti, ja vēlaties noņemt līdzstrāvas komponentu signālā, piemēram, audio pastiprinātāja izejā / ieejā vai ja vēlaties redzēt tikai mainīgo signāla daļu (pulsāciju avota izejā pastāvīgs spriegums).
Kondensatora pretestība
Kondensatoram ir pretestība! Principā to varētu pieņemt jau no tā, ka caur to neiet līdzstrāva, it kā tas būtu rezistors ar ļoti lielu pretestību.
Vēl viena lieta ir maiņstrāva - tā iet, bet piedzīvo kondensatora pretestību:
f ir frekvence, C ir kondensatora kapacitāte. Ja paskatās uzmanīgi formulā, jūs redzēsit, ka, ja strāva ir nemainīga, tad f = 0 un tad (lai kareivīgie matemātiķi man piedod!) X c = bezgalība. Un caur kondensatoru nav līdzstrāvas.
Bet pretestība pret maiņstrāvu mainīsies atkarībā no tās frekvences un kondensatora kapacitātes. Jo lielāka ir strāvas frekvence un kondensatora kapacitāte, jo mazāk tas iztur šo strāvu un otrādi. Jo ātrāk mainās spriegums
spriegums, jo lielāka ir strāva caur kondensatoru, tas izskaidro Xc samazināšanos, palielinoties frekvencei.
Starp citu, vēl viena kondensatora īpašība ir tāda, ka tam netiek atbrīvota jauda, tas nesasilst! Tāpēc to dažreiz izmanto, lai slāpētu spriegumu vietās, kur rezistors varētu smēķēt. Piemēram, lai pazeminātu tīkla spriegumu no 220V uz 127V. Un tālāk:
Strāva kondensatorā ir proporcionāla sprieguma ātrumam, kas tiek pievadīts tā spailēm.
Kur tiek izmantoti kondensatori?
Jā, visur, kur ir nepieciešamas to īpašības (nepārlaidiet līdzstrāvu, spēju uzkrāties elektriskā enerģija un mainīt tā pretestību atkarībā no frekvences), filtros, svārstību ķēdēs, sprieguma reizinātājos utt.
Kas ir kondensatori
Nozare ražo daudz dažādi veidi kondensatori. Katram no tiem ir noteiktas priekšrocības un trūkumi. Dažiem ir zema noplūdes strāva, citiem ir liela kapacitāte, citiem ir kaut kas cits. Atkarībā no šiem indikatoriem tiek izvēlēti kondensatori.
Radioamatieri, īpaši tādi kā mēs – iesācēji – īpaši neuztraucas un liek derēt, ko atrod. Tomēr jums vajadzētu zināt, kādi ir galvenie kondensatoru veidi, kas pastāv dabā.
Attēlā redzama ļoti nosacīta kondensatoru atdalīšana. Es to sastādīju pēc savas gaumes un man patīk, jo uzreiz ir skaidrs vai ir mainīgie kondensatori, kādi ir konstantie kondensatori un kādi dielektriķi tiek izmantoti parastajos kondensatoros. Vispār viss, kas vajadzīgs radioamatierim.
Viņiem ir zema noplūdes strāva, mazi izmēri, zema induktivitāte, tie spēj strādāt augstās frekvences un līdzstrāvas, pulsējošās un maiņstrāvas ķēdēs.
Tie tiek ražoti plašā darba spriegumu un jaudu diapazonā: no 2 līdz 20 000 pF un, atkarībā no versijas, iztur spriegumu līdz 30 kV. Bet lielāko daļu laika jūs redzēsiet keramikas kondensatori ar darba spriegumu līdz 50V.
Godīgi sakot, es nezinu, vai viņi tos tagad ražo. Bet agrāk šādos kondensatoros vizlu izmantoja kā dielektrisku. Un pats kondensators sastāvēja no vizlas pakas, uz kuras katras abās pusēs tika uzliktas plāksnes, un pēc tam šādas plāksnes tika saliktas "iepakojumā" un iepakotas korpusā.
Parasti to jauda bija no vairākiem tūkstošiem līdz desmitiem tūkstošu pikoforu, un tie darbojās sprieguma diapazonā no 200 V līdz 1500 V.
Papīra kondensatori
Šādiem kondensatoriem ir kondensatora papīrs kā dielektriķis un alumīnija sloksnes kā plāksnes. Garas alumīnija folijas sloksnes ar papīra sloksni starp tām tiek sarullētas un iepakotas kastītē. Tā ir visa būtība.
Šo kondensatoru jauda ir no tūkstošiem pikoforadu līdz 30 mikrofaradiem, un tie var izturēt spriegumu no 160 līdz 1500 voltiem.
Klīst baumas, ka tagad tos novērtē audiofili. Es nebrīnos - viņiem ir arī vienpusēji vadīšanas vadi ...
Principā parastie kondensatori ar poliesteru kā dielektriķi. Kapacitātes izplatība no 1 nF līdz 15 mF pie darba sprieguma no 50 V līdz 1500 V.
Šāda veida kondensatoriem ir divas nenoliedzamas priekšrocības. Pirmkārt, jūs varat tos izgatavot ar ļoti mazu pielaidi tikai 1%. Tātad, ja uz tā ir rakstīts 100 pF, tad tā kapacitāte ir 100 pF +/- 1%. Un otrais ir tas, ka to darba spriegums var sasniegt līdz 3 kV (un kapacitāte ir no 100 pF līdz 10 mF)
Elektrolītiskie kondensatori
Šie kondensatori atšķiras no visiem citiem ar to, ka tos var savienot tikai ar līdzstrāvas vai pulsējošas strāvas ķēdi. Tie ir polāri. Viņiem ir plusi un mīnusi. Tas ir saistīts ar to dizainu. Un, ja šāds kondensators ir ieslēgts otrādi, tad tas, visticamāk, uzbriest. Un agrāk viņi arī uzsprāga jautri, bet nedroši. Tur ir elektrolītiskie kondensatori alumīnijs un tantals.
Alumīnija elektrolītiskie kondensatori ir izvietoti gandrīz kā papīra kondensatori, ar vienīgo atšķirību, ka šāda kondensatora plāksnes ir papīra un alumīnija sloksnes. Papīrs ir piesūcināts ar elektrolītu, un uz alumīnija sloksnes tiek uzklāts plāns oksīda slānis, kas darbojas kā dielektrisks. Ja šādam kondensatoram pieslēdzat maiņstrāvu vai pagriežat to atpakaļ uz izejas polaritāti, elektrolīts uzvārās un kondensators sabojājas.
Elektrolītiskajiem kondensatoriem ir pietiekami liela kapacitāte, kā dēļ tos bieži izmanto, piemēram, taisngriežu ķēdēs.
Tas laikam arī viss. Aizkulisēs palika kondensatori ar dielektriķi, kas izgatavoti no polikarbonāta, polistirola un, iespējams, daudziem citiem veidiem. Bet es domāju, ka tas būs lieki.
Turpinājums sekos...
Otrajā daļā es plānoju parādīt piemērus tipiskai kondensatoru izmantošanai.
>>Fizika 11. klase >> Kondensators maiņstrāvas ķēdē
§ 33 AC KONDENSATORS
Līdzstrāva nevar plūst caur ķēdi, kurā ir kondensators. Patiešām, patiesībā šajā gadījumā ķēde izrādās atvērta, jo kondensatora plāksnes ir atdalītas ar dielektrisku.
Maiņstrāva var plūst caur ķēdi, kurā ir kondensators. To var pārbaudīt ar vienkāršu eksperimentu.
Lai mums būtu tiešā un mainīgā sprieguma avoti, un tiešais spriegums avota spailēs ir vienāds ar maiņstrāvas sprieguma efektīvo vērtību. Ķēde sastāv no kondensatora un virknē savienotas kvēlspuldzes (4.13. att.). Kad ir ieslēgts līdzstrāvas spriegums (slēdzis pagriezts pa kreisi, ķēde ir savienota ar punktiem AA "), lampiņa nedeg. Bet, kad tiek ieslēgts maiņstrāvas spriegums (slēdzis ir pagriezts pa labi, ķēde ir savienota ar punktiem BB"), lampiņa iedegas, ja kondensatora kapacitāte ir pietiekami liela.
Kā maiņstrāva var plūst caur ķēdi, ja tā faktiski ir atvērta (lādiņi nevar pārvietoties starp kondensatora plāksnēm)? Lieta ir tāda, ka mainīga sprieguma iedarbībā notiek periodiska kondensatora uzlāde un izlāde. Strāva, kas plūst ķēdē, kad kondensators tiek uzlādēts, silda lampas kvēldiegu.
Noskaidrosim, kā mainās strāvas stiprums laika gaitā ķēdē, kurā ir tikai kondensators, ja var neņemt vērā vadu un kondensatora plākšņu pretestību (4.14. att.).
Kondensatora spriegums
Strāvas stiprums, kas ir lādiņa atvasinājums attiecībā pret laiku, ir vienāds ar:
Līdz ar to strāvas stipruma svārstības apsteidz kondensatora sprieguma svārstību fāzē par (4.15. att.). 
Strāvas stipruma amplitūda ir:
I m = U m C. (4.29)
Ja ieviešam apzīmējumu
un strāvas un sprieguma amplitūdu vietā izmantojiet to efektīvās vērtības, tad mēs iegūstam
X c vērtība, cikliskās frekvences reizinājuma C apgrieztā vērtība elektriskā kapacitāte kondensatoru sauc par kapacitāti. Šī lieluma loma ir līdzīga aktīvās pretestības R lomai Oma likumā (skat. formulu (4.17)). Strāvas stipruma efektīvā vērtība ir saistīta ar kondensatora sprieguma efektīvo vērtību tādā pašā veidā, kā strāvas stiprums un spriegums ir saistīti saskaņā ar Ohma likumu līdzstrāvas ķēdes sadaļai. Tas ļauj mums uzskatīt X vērtību ar kā kondensatora pretestību maiņstrāvai (kapacitāte).
Jo lielāka ir kondensatora kapacitāte, jo lielāka ir uzlādes strāva. To ir viegli noteikt, palielinot lampas kvēlspuldzi, palielinoties kondensatora kapacitātei. Kamēr kondensatora līdzstrāvas pretestība ir bezgalīga, tā maiņstrāvas pretestība ir ierobežota X c . Palielinoties jaudai, tā samazinās. Tas arī samazinās, palielinoties biežumam.
Noslēgumā mēs atzīmējam, ka ceturtdaļā perioda, kad kondensators ir uzlādēts līdz maksimālajam spriegumam, enerģija nonāk ķēdē un tiek uzglabāta kondensatorā enerģijas veidā. elektriskais lauks. Perioda nākamajā ceturksnī, kad kondensators ir izlādējies, šī enerģija tiek atgriezta tīklā.
Ķēdes ar kondensatoru pretestība ir apgriezti proporcionāla cikliskās frekvences un elektriskās jaudas reizinājumam. Strāvas svārstības ir priekšā sprieguma svārstību fāzē par .
1. Kā ir saistītas strāvas un sprieguma efektīvās vērtības uz kondensatora maiņstrāvas ķēdē!
2. Vai ķēdē, kurā ir tikai kondensators, izdalās enerģija, ja ķēdes aktīvo pretestību var neievērot!
3. Automātiskais slēdzis ir sava veida kondensators. Kāpēc slēdzis droši atver ķēdi!
Straujās strāvas stipruma un virziena izmaiņas, kas raksturo maiņstrāvu, rada vairākas svarīgas pazīmes, kas atšķir maiņstrāvas darbību no līdzstrāvas. Dažas no šīm funkcijām ir skaidri redzamas turpmākajos eksperimentos.
1. Maiņstrāvas pāreja caur kondensatoru. Lai mūsu rīcībā būtu līdzstrāvas avots ar spriegumu 12 V (akumulators) un maiņstrāvas avots ar spriegumu arī 12 V. Piestiprinot katram no šiem avotiem nelielu kvēlspuldzi, mēs redzēsim, ka abi spuldzes deg vienlīdz spilgti (298. att., a). Tagad gan pirmās, gan otrās spuldzes ķēdē iekļausim lieljaudas kondensatoru (298. att., b). Mēs atklāsim, ka līdzstrāvas gadījumā lampa nemaz nespīd, bet maiņstrāvas gadījumā tās kvēlspuldze paliek gandrīz tāda pati kā iepriekš. Siltuma neesamību līdzstrāvas ķēdē ir viegli saprast: starp kondensatora plāksnēm ir izolācijas slānis, tāpēc ķēde ir atvērta. Spuldzes kvēlspuldze maiņstrāvas ķēdē šķiet pārsteidzoša.
Rīsi. 298. Maiņstrāvas pāreja caur kondensatoru: a) spuldzes, kas iekļautas strāvas ķēdē tiešā (labajā) vai maiņstrāvas (kreisajā) svelmē vienādi; b) kad ķēdei ir pievienots kapacitātes kondensators, līdzstrāva apstājas, maiņstrāva turpina plūst un kvēlot spuldzi
Tomēr, ja tā padomā, nekā noslēpumaina tajā nav. Mēs šeit tikai bieži atkārtojam mums labi zināmo kondensatora uzlādes un izlādes procesu. Kad pievienojam (299. att., a) kondensatoru strāvas avotam (pagriežot slēdža sviru pa kreisi), tad pa vadiem plūst strāva, līdz kondensatora plāksnēs uzkrātie lādiņi rada potenciālu starpību, kas līdzsvaro avota spriegumu. . Šajā gadījumā kondensatorā tiek izveidots elektriskais lauks, kurā tiek koncentrēts noteikts enerģijas daudzums. Savienojot uzlādēta kondensatora plāksnes ar vadītāju, atvienojot strāvas avotu (pagriežot slēdža sviru pa labi), lādiņš plūdīs pa vadītāju no vienas plāksnes uz otru, un tajā ieplūdīs īslaicīga strāva. vadītājs, kas ieslēdz spuldzi. Kondensatora lauks pazūd, un tajā uzkrātā enerģija tiek tērēta spuldzes sildīšanai.
Rīsi. 299. Ar katru kondensatora uzlādi mirgo spuldze: a) uzlādējot kondensatoru (taustiņš - pa kreisi) un izlādējot to caur spuldzi (taustiņš - pa labi); b) ātra uzlāde un izlādējot kondensatoru, kad atslēga ir pagriezta, gaisma mirgo; c) kondensators un spuldze maiņstrāvas ķēdē
Kas notiek, kad maiņstrāva iet caur kondensatoru, ļoti skaidri izskaidro eksperiments, kas parādīts attēlā. 299b. Pagriežot slēdža sviru pa labi, mēs pievienojam kondensatoru strāvas avotam, un plāksne 1 ir pozitīvi uzlādēta, bet plāksne 2 ir negatīva. Ar slēdzi vidējā stāvoklī, kad ķēde ir atvērta, kondensators tiek izlādēts caur spuldzi. Pagriežot slēdža pogu pa kreisi, kondensators atkal tiek uzlādēts, taču šoreiz laika plāksne 1 tiek uzlādēta negatīvi un plāksne 2 pozitīvi. Ātri pavirzot slēdža sviru vienā virzienā, tad otrā, redzēsim, ka ar katru kontakta maiņu spuldzīte uz mirkli mirgo, t.i., caur to iziet īslaicīga strāva. Ja pārslēgšanu veic pietiekami ātri, tad spuldzītes zibšņi tik ātri seko viens otram, ka tā degs nepārtraukti; kamēr caur to plūst strāva, bieži mainot tās virzienu. Šajā gadījumā elektriskais lauks kondensatorā visu laiku mainīsies: tas vai nu tiks izveidots, pēc tam pazudīs, pēc tam no jauna tiks izveidots pretējā virzienā. Tas pats notiek, ja mēs iekļaujam kondensatoru maiņstrāvas ķēdē (299. att., c).
2. Maiņstrāvas pāreja caur spoli ar lielu induktivitāti. Mēs iekļaujam shēmā, kas parādīta attēlā. 298, b, kondensatora vietā vara stieples spole ar lielu apgriezienu skaitu, kuras iekšpusē ievietota dzelzs serde (300. att.). Ir zināms, ka šādām spolēm ir liela induktivitāte (§ 144). Šādas spoles pretestība līdzstrāvai būs maza, jo tā ir izgatavota no diezgan bieza stieples. Līdzstrāvas gadījumā (300. att., a) spuldze deg spilgti, savukārt maiņstrāvas gadījumā (300. att., b) spīdums ir gandrīz nemanāms. Eksperiments ar līdzstrāvu ir saprotams: tā kā spoles pretestība ir maza, tās klātbūtne gandrīz nemaina strāvu, un spuldze deg spilgti. Kāpēc spole vājina maiņstrāvu? Mēs pakāpeniski izvilksim no spoles dzelzs serdi. Mēs atklāsim, ka spuldze kļūst arvien karstāka, t.i., ka, kodolam izkustoties, strāva ķēdē palielinās. Kad kodols ir pilnībā noņemts, spuldzes kvēlspuldze var sasniegt gandrīz normālu, ja spoles apgriezienu skaits nav ļoti liels. Bet serdes pagarinājums samazina spoles induktivitāti. Tādējādi mēs redzam, ka spole ar zemu pretestību, bet augstu induktivitāti, kas iekļauta maiņstrāvas ķēdē, var ievērojami vājināt šo strāvu.
Rīsi. 300. Spuldze ir iekļauta līdzstrāvas (a) un maiņstrāvas (b) ķēdē. Ar spuldzi virknē ir savienota spole. Ar līdzstrāvu gaisma ir spilgta, ar maiņstrāvu - vāja.
Arī augstas induktivitātes spoles ietekme uz maiņstrāvu ir viegli izskaidrojama. Maiņstrāva ir strāva, kuras stiprums strauji mainās, palielinoties vai samazinoties. Ar šīm izmaiņām ķēdē, e. d.s. pašinduktivitāte, kas ir atkarīga no ķēdes induktivitātes. Šīs e. d.s. (kā mēs redzējām 139. punktā) ir tāds, ka tā darbība novērš strāvas izmaiņas, t.i., samazina strāvas amplitūdu un līdz ar to arī tās efektīvo vērtību. Kamēr vadu induktivitāte ir maza, šī papildu e. d.s. ir arī mazs, un tā ietekme ir gandrīz nemanāma. Bet lielas induktivitātes klātbūtnē šī papildu e. d.s. var būtiski ietekmēt maiņstrāvas stiprumu.
Par kondensatora uzlādi.
Slēgsim ķēdi. Ķēde uzlādēs kondensatoru. Tas nozīmē, ka daļa elektronu no kondensatora kreisās puses nonāks vadā, un tikpat daudz elektronu nonāks no vada uz kondensatora labo pusi. Abas plāksnes tiks uzlādētas ar vienāda lieluma pretējiem lādiņiem.
Starp plāksnēm dielektrikā būs elektriskais lauks.
Tagad pārrausim ķēdi. Kondensators paliks uzlādēts. Mēs saīsināsim tā oderi ar stieples gabalu. Kondensators uzreiz izlādēsies. Tas nozīmē, ka elektronu pārpalikums ieplūdīs vadā no labās plāksnes, un elektronu trūkums iekļūs vadā uz kreiso plāksni. Abās elektronu plāksnēs būs vienādi, kondensators tiks izlādēts.
Ar kādu spriegumu tiek uzlādēts kondensators?
Tas tiek uzlādēts līdz spriegumam, kas tam tiek pievadīts no strāvas avota.
Kondensatora pretestība.
Slēgsim ķēdi. Kondensators sāka uzlādēties un uzreiz kļuva par strāvas, sprieguma, E.D.S. avotu. Attēlā redzams, ka kondensatora E.D.S. ir vērsts pret strāvas avotu, kas to lādē.
Uzlādēta kondensatora elektromotora spēka pretestību šī kondensatora lādiņam sauc par kapacitāti.
Visa enerģija, ko strāvas avots patērē, lai pārvarētu kapacitatīvo pretestību, tiek pārvērsta kondensatora elektriskā lauka enerģijā. Kad kondensators ir izlādējies, visa elektriskā lauka enerģija atgriezīsies ķēdē enerģijas veidā elektriskā strāva. Tādējādi kapacitāte ir reaktīva, t.i. neradot neatgriezenisku enerģijas zudumu.
Kāpēc līdzstrāva neiet cauri kondensatoram, bet maiņstrāva to nelaiž cauri?
Ieslēdziet līdzstrāvas ķēdi. Lampa mirgo un izslēdzas, kāpēc? Tā kā kondensatora uzlādes strāva pagāja ķēdē. Tiklīdz kondensators ir uzlādēts līdz akumulatora spriegumam, strāva ķēdē apstāsies.
Tagad slēgsim maiņstrāvas ķēdi. Perioda pirmajā ceturksnī spriegums uz ģeneratora palielinās no 0 līdz maksimumam. Ķēde uzlādē kondensatoru. Perioda otrajā ceturksnī spriegums uz ģeneratora samazinās līdz nullei. Kondensators tiek izlādēts caur ģeneratoru. Pēc tam kondensators tiek uzlādēts un atkal izlādēts. Tādējādi ķēdē ir kondensatora uzlādes un izlādes strāvas. Lampa pastāvīgi degs.
Ķēdē ar kondensatoru strāva plūst visā slēgtajā ķēdē, ieskaitot kondensatora dielektriķi. Uzlādes kondensatorā veidojas elektriskais lauks, kas polarizē dielektriķi. Polarizācija ir elektronu rotācija atomos garenās orbītās.
Liela skaita atomu vienlaicīga polarizācija veido strāvu, ko sauc pārvietošanas strāva. Tādējādi strāva plūst vados un dielektrikā, un tā pati vērtība.
Kapacitāte kondensators tiek noteikts pēc formulas
Aplūkojot grafiku, mēs secinām: strāva ķēdē ar tīri kapacitatīvu pretestību noved pie sprieguma par 90 0 .
Rodas jautājums, kā strāva ķēdē var novest ģeneratora spriegumu? Ķēdē strāva plūst no diviem strāvas avotiem pēc kārtas, no ģeneratora un no kondensatora. Kad ģeneratora spriegums ir nulle, strāva ķēdē ir maksimālā. Šī ir kondensatora izlādes strāva.
Par īstu kondensatoru
Īstam kondensatoram vienlaikus ir divas pretestības: aktīvs un kapacitatīvs. Tie jāuzskata par savienotiem virknē.
Spriegums, ko ģenerators pieliek aktīvajai pretestībai, un strāva, kas plūst caur aktīvo pretestību, atrodas fāzē.
Spriegums, ko ģenerators pieliek kapacitātei, un strāva, kas plūst caur kapacitāti, tiek fāzē nobīdīta par 90 0 . Iegūto spriegumu, ko ģenerators pieliek kondensatoram, var noteikt ar paralelograma likumu.
Uz aktīvā pretestība spriegums U akts un strāva I atrodas fāzē. Uz kapacitātes spriegums U c atpaliek no strāvas I par 90 0 . Iegūto spriegumu, ko ģenerators pieliek kondensatoram, nosaka paralelograma noteikums. Šis iegūtais spriegums atpaliek no strāvas I par kādu leņķi φ, kas vienmēr ir mazāks par 90 0 .
Iegūtās kondensatora pretestības noteikšana
Iegūto kondensatora pretestību nevar atrast, summējot tā aktīvās un kapacitatīvās pretestības vērtības. Tas tiek darīts saskaņā ar formulu