Образовака🌡️ Физика11 классКолебания и волны

Конденсатор в цепи переменного тока

4.1

Средняя оценка: 4.1

Всего получено оценок: 133.

Как известно из курса физики 11 класса, конденсатор — это два проводника, находящиеся на близком расстоянии и разделённые диэлектриком. Конденсатор — это важный компонент многих электронных схем, особенно схем, работающих с переменным током. Поговорим кратко о механизме работы конденсатора и о его роли в цепях переменного тока.

Устройство конденсатора

Конденсатор представляет собой две проводящие поверхности, разделённые слоем диэлектрика. Как правило, эти поверхности делаются из тонкой медной или алюминиевой фольги, иногда свёрнутой в рулон. В качестве диэлектрика применяется бумага, керамика, некоторые виды пластмасс. От каждой из проводящих поверхностей (они называются обкладками) выводится электрический контакт — клемма. Вся конструкция помещается в корпус, обеспечивающий механическую прочность.

Действие конденсатора

Казалось бы, с точки зрения электрического тока конденсатор представляет собой разрыв цепи. Однако это не совсем так. Если создать на одной из обкладок конденсатора избыток свободных носителей электрического заряда, то свободные носители такого же знака начнут уходить с другой обкладки, а носители противоположного знака — наоборот, собираться на ней. То есть и на другой обкладке носители придут в движение.

Получается, что конденсатор не является полным разрывом электрической цепи. Если изменения заряда на первой обкладке производить попеременно, то в одну, то в другую сторону (подав на обкладку переменный ток) — то на второй обкладке заряды также будут попеременно двигаться.

Конденсатор способен передавать переменный ток, а также любые изменения тока вообще. Он является разрывом цепи только для постоянного тока.

Ёмкостное сопротивление конденсатора

Основной характеристикой конденсатора является его электроёмкость (приставка «электро-» часто опускается). Чем больше ёмкость конденсатора, тем меньшую работу надо совершить для того, чтобы создать на его обкладках заряды.

Но, создавая на одной из обкладок заряд, мы, как показано выше, создаём движение носителей и на второй обкладке. Получается, что такое движение создать тем легче, чем больше ёмкость конденсатора.

Таким образом, емкость конденсатора в цепи переменного тока играет роль сопротивления. Это сопротивление прямо зависит от величины ёмкости, поэтому для конденсатора его называют «ёмкостным».

На ёмкостном сопротивлении мощность не выделяется. Это происходит потому, что энергия, потраченная на заряд конденсатора, возвращается в цепь при его последующем разряде.

Ещё один важный фактор, влияющий на это сопротивление, — частота переменного тока. Действительно, при большой частоте накопление заряда на обкладках конденсатора продолжается недолго, очень скоро оно сменяется разрядом. Максимальный заряд конденсатора будет невелик, создать его будет несложно. Если частота электрического тока мала, то заряд конденсатора будет продолжаться долго, достигнет больших значений, работы придётся совершить больше. Следовательно, ёмкостное сопротивление на низкой частоте будет больше.

Ёмкостное сопротивление обозначается символом $X_c$, для его определения используется формула:

$$X_c={1 \over \omega C}={1 \over 2 \pi \nu C}$$

где:

$C$ — электроёмкость конденсатора (Ф);
$\omega$ — круговая частота тока (рад/сек);
$\nu$ — частота тока (Гц).

Рис. 3. Ёмкостное сопротивление конденсатора.

Что мы узнали?

Конденсатор в цепи переменного тока играет роль сопротивления, которое называется ёмкостным. Мощность на таком сопротивлении не выделяется. Также конденсатор способен передавать любые изменения тока. Для постоянного тока он является разрывом цепи.