Конденсатор в ланцюзі змінного струму

При вивченні постійного струму ми дізналися, що він не може проходити в ланцюзі, в якій є конденсатор. Так як конденсатор – це дві пластини, розділені шаром діелектрика. Для кола постійного струму конденсатор буде, як розрив в ланцюзі. Якщо конденсатор пропускає постійний струм, значить, він несправний.

Конденсатор в ланцюзі змінного струму
У відмінності від постійного змінний струм може йти і через ланцюг, в якій присутній конденсатор. Розглянемо наступний досвід.

Візьмемо два джерела живлення. Один з них нехай буде джерелом постійної напруги, а другий – змінного. Причому підберемо джерела так, щоб постійне значення напруги дорівнювало чинному значенням змінної напруги.

Підключимо до них за допомогою перемикача ланцюг, що складається з лампочки і конденсатора. Причому лампочка і конденсатор підключені послідовно.

При включенні живлення від джерела постійного струму (АА ‘) лампочка не загориться. Якщо підключити ланцюг до джерела струму з змінним напругою (BB ‘), то лампочка буде горіти. За умови, що ємність конденсатора досить велика.

У ланцюзі відбувається періодична зарядка і розрядка конденсатора. У той час, коли конденсатор перезаряджається, струм проходить по ланцюгу і нагріває нитку розжарювання лампочки.

Розглянемо, як буде змінюватися сила струму в ланцюзі, що містить конденсатор, з плином часу. При цьому будемо нехтувати опором з’єднують проводів і обкладок конденсатора.

Напруга на конденсаторі буде дорівнювати напрузі на кінцях ланцюга. Значить, ми можемо прирівняти ці дві величини.

U = ?1 – ?2 = q/C,

U = Um*cos (?*t).

Маємо:

Q/C = Um*cos (?*t).

Висловлюємо заряд:

Q = C*Um*cos (?*t).

Бачимо, що заряд буде змінюватися по гармонійному закону. Сила струму – це швидкість зміни заряду. Значить, якщо візьмемо похідну від заряду, отримаємо вираз для сили струму.

I = q ‘= Um*C*?*cos (?*t + pi/2).

Різниця фаз між коливаннями сили струму і заряду, а також напруги, вийшла рівною pi/2. Виходить, що коливання сили струму випереджають по фазі коливання напруги на pi/2. Це представлено на наступному малюнку.

З рівняння коливань сили струму отримуємо вираз для амплітуди сили струму:

Im = Um*C*?.

Введемо наступне позначення:

Xc = 1/(C*?).

Запишемо такий вираз закону Ома, використовуючи Xc і діючі значення сили струму і напруги:

I = U/Xc.

Xc – величина, звана ємнісним опором.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 3.00 out of 5)

Конденсатор в ланцюзі змінного струму