condensator AC

Să asamblam circuitul cu condensator, unde alternatorul generează o tensiune sinusoidală. Să analizăm secvenţial ce se va întâmpla în circuit când închidem comutatorul. Vom lua în considerare momentul inițial când tensiunea generatorului este egală cu zero.

În primul trimestru al perioadei, tensiunea la bornele generatorului va crește, începând de la zero, iar condensatorul va începe să se încarce. Un curent va apărea în circuit, însă, în primul moment al încărcării condensatorului, în ciuda faptului că tensiunea de pe plăcile sale tocmai a apărut și este încă foarte mică, curentul din circuit (curent de încărcare) va fi cel mai mare. . Pe măsură ce sarcina condensatorului crește, curentul din circuit scade și ajunge la zero în momentul în care condensatorul este încărcat complet. În acest caz, tensiunea de pe plăcile condensatorului, urmărind strict tensiunea generatorului, devine în acest moment maximă, dar cu semnul opus, adică este direcționată către tensiunea generatorului.

Orez. 1. Schimbarea curentului și tensiunii într-un circuit cu capacitate

În acest fel, curentul se grăbește cu cea mai mare forță într-un condensator gratuit, dar începe imediat să scadă atunci când plăcile condensatorului sunt umplute cu sarcini și cad la zero, încărcându-l complet.

Să comparăm acest fenomen cu ceea ce se întâmplă cu debitul de apă într-o conductă care leagă două vase comunicante (Fig. 2), dintre care unul plin, iar celălalt gol. Trebuie doar să apăsați supapa care blochează calea apei, deoarece apa curge imediat din vasul din stânga sub presiune mare prin conductă în vasul gol din dreapta. Imediat, însă, presiunea apei din conductă va începe să slăbească treptat din cauza egalizării nivelurilor din vase și va scădea la zero. Curgerea apei se va opri.

Orez. 2. Modificarea presiunii apei în conducta care leagă vasele de comunicație este similară cu schimbarea curentului în circuit în timpul încărcării condensatorului

În mod similar, curentul intră mai întâi într-un condensator neîncărcat și apoi slăbește treptat pe măsură ce se încarcă.

Pe măsură ce începe al doilea trimestru al perioadei, când tensiunea generatorului începe inițial lent și apoi scade din ce în ce mai rapid, condensatorul încărcat se va descărca în generator, provocând un curent de descărcare în circuit. Pe măsură ce tensiunea generatorului scade, condensatorul se descarcă din ce în ce mai mult, iar curentul de descărcare în circuit crește. Direcția curentului de descărcare în acest trimestru al perioadei este opusă direcției curentului de încărcare în primul trimestru al perioadei. În consecință, curba curentă care a depășit valoarea zero este acum situată sub axa timpului.

Până la sfârșitul primului semiciclu, tensiunea generatorului, precum și tensiunea condensatorului, se apropie rapid de zero și curentul circuitului atinge încet valoarea maximă. Având în vedere că valoarea curentului din circuit este mai mare, cu cât valoarea sarcinii transportate în circuit este mai mare, va deveni clar de ce curentul atinge maximul atunci când tensiunea de pe plăcile condensatorului și, prin urmare, sarcina pe condensator, scade rapid.

Odată cu începutul celui de-al treilea trimestru al perioadei, condensatorul începe să se încarce din nou, dar polaritatea plăcilor sale, precum și polaritatea generatorului, se schimbă „și invers, iar curentul, continuând să curgă în același direcția, începe să scadă pe măsură ce condensatorul se încarcă.la sfârșitul celui de-al treilea trimestru al perioadei, când tensiunile generatorului și condensatorului ating maximul, curentul ajunge la zero.

În ultimul trimestru al perioadei, tensiunea, în scădere, scade la zero, iar curentul, schimbându-și direcția în circuit, atinge valoarea maximă. Aici se termină perioada, după care începe următoarea, repetându-se exact pe cea precedentă și așa mai departe.

Astfel, sub acțiunea tensiunii alternative a generatorului, condensatorul este încărcat de două ori în timpul perioadei (primul și al treilea trimestru al perioadei) și descărcat de două ori (al doilea și al patrulea trimestru al perioadei). Dar din moment ce se alternează unul câte unul încărcările și descărcările condensatorului însoțită de fiecare dată de trecerea curentului de încărcare și descărcare prin circuit, atunci putem concluziona că curent alternativ.

Puteți verifica acest lucru în următorul experiment simplu. Conectați un condensator de 4-6 microfarad la rețea printr-un bec de 25 W.Lumina se va aprinde și nu se va stinge până când circuitul nu este întrerupt. Acest lucru sugerează că un curent alternativ a trecut prin circuitul cu capacitatea. Desigur, nu trece prin dielectricul condensatorului, dar în orice moment reprezintă fie un curent de încărcare, fie un curent de descărcare a condensatorului.

După cum știm, dielectricul este polarizat sub acțiunea unui câmp electric care apare în el atunci când condensatorul este încărcat, iar polarizarea lui dispare când condensatorul este descărcat.

În acest caz, dielectricul cu curentul de deplasare care apare în el servește curentului alternativ ca un fel de continuare a circuitului, iar pentru constantă întrerupe circuitul. Dar curentul de deplasare se formează numai în dielectricul condensatorului și, prin urmare, transferul sarcinilor de-a lungul circuitului nu are loc.

Rezistența oferită de un condensator AC depinde de valoarea capacității condensatorului și de frecvența curentului.

Cu cât capacitatea condensatorului este mai mare, cu atât sarcina circuitului este mai mare în timpul încărcării și descărcării condensatorului și, în consecință, cu atât curentul în circuit este mai mare. O creștere a curentului în circuit indică faptul că rezistența acestuia a scăzut.

Prin urmare, pe măsură ce capacitatea crește, rezistența circuitului la curentul alternativ scade.

Este în creștere frecventa curenta crește cantitatea de sarcină transportată în circuit deoarece încărcarea (precum și descărcarea) condensatorului trebuie să apară mai repede decât la frecvență joasă. În același timp, o creștere a cantității de încărcare transferată pe unitatea de timp este echivalentă cu o creștere a curentului în circuit și, prin urmare, cu o scădere a rezistenței acestuia.

Dacă reducem cumva treptat frecvența curentului alternativ și reducem curentul la curent continuu, atunci rezistența condensatorului inclus în circuit va crește treptat și va deveni infinit de mare (rupând circuitul) până când apare în circuit de curent constant.

Prin urmare, pe măsură ce frecvența crește, rezistența condensatorului la curentul alternativ scade.

La fel cum rezistența unei bobine la un curent alternativ se numește inductivă, rezistența unui condensator se numește capacitivă.

Prin urmare, rezistența capacitivă este mai mare, cu atât capacitatea circuitului și frecvența curentului care îl alimentează sunt mai mici.

Rezistența capacitivă este notată cu Xc și se măsoară în ohmi.

Dependența rezistenței capacitive de frecvența curentului și capacitatea circuitului este determinată de formula Xc = 1 /ωC, unde ω este o frecvență circulară egală cu produsul lui 2πe, C este capacitatea circuitului în faradii.

Rezistența capacitivă, ca și rezistența inductivă, are o natură reactivă, deoarece condensatorul nu consumă energia sursei de curent.

formulă Legea lui Ohm pentru un circuit capacitiv are forma I = U / Xc, unde I și U — valori efective ale curentului și tensiunii; Xc este rezistența capacitivă a circuitului.

Proprietatea condensatoarelor de a oferi rezistență ridicată la curenții de joasă frecvență și de a trece cu ușurință curenții de înaltă frecvență este utilizată pe scară largă în circuitele echipamentelor de comunicație.

Cu ajutorul condensatoarelor, de exemplu, se realizează separarea curenților constanti și a curenților de joasă frecvență de curenții de înaltă frecvență, necesari funcționării circuitelor.

Dacă este necesar să blocați calea curentului de joasă frecvență în partea de înaltă frecvență a circuitului, un mic condensator este conectat în serie. Oferă o rezistență mare la curentul de joasă frecvență și în același timp trece cu ușurință curentul de înaltă frecvență.

Dacă este necesar să se prevină curentul de înaltă frecvență, de exemplu, în circuitul de alimentare al stației de radio, atunci se utilizează un condensator de capacitate mare, conectat în paralel cu sursa de curent. În acest caz, curentul de înaltă frecvență trece prin condensator, ocolind circuitul de alimentare al stației de radio.

Rezistență activă și condensator în circuitul AC

În practică, cazurile sunt adesea observate atunci când sunt într-un circuit în serie cu o capacitate este inclusă rezistența activă. Rezistența totală a circuitului în acest caz este determinată de formulă

Prin urmare, rezistența totală a unui circuit constând din rezistență activă și capacitivă AC este egală cu rădăcina pătrată a sumei pătratelor rezistenței active și capacitive ale acestui circuit.

Legea lui Ohm rămâne valabilă și pentru acest circuit I = U / Z.

În fig. 3 prezintă curbele care caracterizează relația de fază dintre curent și tensiune într-un circuit care conține rezistență capacitivă și activă.

Orez. 3. Curent, tensiune și putere într-un circuit cu un condensator și o rezistență activă

După cum se poate observa din figură, curentul în acest caz crește tensiunea nu cu un sfert de perioadă, ci cu mai puțin, deoarece rezistența activă încalcă natura pur capacitivă (reactivă) a circuitului, așa cum este demonstrat de faza redusă. schimb. Acum, tensiunea la bornele circuitului este definită ca suma a două componente: componenta reactivă a tensiunii, va depăși rezistența capacitivă a circuitului și componenta activă a tensiunii, depășind rezistența sa activă.

Cu cât rezistența activă a circuitului este mai mare, cu atât defazajul dintre curent și tensiune este mai mic.

Curba schimbării puterii în circuit (vezi Fig. 3) de două ori în timpul perioadei a dobândit un semn negativ, care, după cum știm deja, este o consecință a naturii reactive a circuitului. Cu cât circuitul este mai puțin reactiv, cu atât defazajul dintre curent și tensiune este mai mic și cu atât circuitul consumă mai multă putere sursă de curent.

Citeste si: Rezonanța tensiunii