Kondenzátorok. Elektromos kondenzátor. A kondenzátorok típusai A kondenzátor nem sugároz

Uraim, a mai cikkben egy olyan érdekes kérdést szeretnék megfontolni, mint AC kondenzátor. Ez a téma nagyon fontos az elektromosságban, mivel a gyakorlatban a kondenzátorok mindenütt jelen vannak a váltakozó áramú áramkörökben, és ebből a szempontból nagyon hasznos, ha tisztában vagyunk azzal a törvényszerűséggel, amely szerint a jelek ebben az esetben változnak. Ma megvizsgáljuk ezeket a törvényeket, és a végén megoldjuk a kondenzátoron keresztüli áram meghatározásának egy gyakorlati problémáját.

Uraim, most a számunkra legérdekesebb pont az, hogy a kondenzátor feszültsége és a kondenzátoron áthaladó áram hogyan viszonyul egymáshoz abban az esetben, ha a kondenzátor a váltakozó jeláramkörben van.

Miért azonnal változó? Igen, egyszerűen azért, mert a kondenzátor az áramkörben van DC figyelemre méltó. Az áram csak az első pillanatban folyik át rajta, amíg a kondenzátor lemerül. Aztán feltöltődik a kondenzátor és ennyi, nincs áram (igen, igen, hallom, már elkezdték kiabálni, hogy a kondenzátor töltése elméletileg a végtelenségig tart hosszú ideig, és lehet, hogy szivárgási ellenállása is van, de ezt egyelőre elhanyagoljuk). Feltöltött kondenzátor állandó jelenlegi - Hogy van ez nyitott áramkör. Mikor van esélyünk változó jelenlegi - itt minden sokkal érdekesebb. Kiderült, hogy ebben az esetben az áram átfolyhat a kondenzátoron, és a kondenzátor ebben az esetben egyenértékű ellenállás némi jól definiálható ellenállással (ha egyelőre megfeledkezik mindenféle fáziseltolódásról, erről lentebb). Valahogy meg kell találnunk a kapcsolatot a kondenzátoron lévő áram és feszültség között.

Egyelőre azt feltételezzük, hogy az AC áramkörben csak egy kondenzátor van, és ennyi. Egyéb összetevők, például ellenállások vagy induktorok nélkül. Hadd emlékeztessem önöket arra, hogy abban az esetben, ha az áramkörben csak ellenállások vannak, egy ilyen probléma nagyon egyszerűen megoldható: az áram és a feszültség Ohm törvénye révén összekapcsolódik. Nem egyszer beszéltünk erről. Minden nagyon egyszerű: ossza el a feszültséget az ellenállással, és kapja meg az áramerősséget. De mi a helyzet a kondenzátorral? Végül is a kondenzátor nem ellenállás. Az ottani folyamatok fizikája teljesen más, így nem lehet egyszerűen csak úgy összekötni az áramot és a feszültséget egymással. Mindazonáltal ezt meg kell tenni, úgyhogy próbáljunk érvelni.

Először is menjünk vissza. Messze hátul. Még nagyon messze is. A legelső cikkemhez ezen az oldalon. A régiek emlékezhetnek arra, hogy ez a cikk az aktuális erőről szól. Ebben a cikkben volt egy érdekes kifejezés, amely összekapcsolta az áram erősségét és a vezető keresztmetszetén átfolyó töltést. Ez a kifejezés

Valaki azzal érvelhet, hogy abban a cikkben, amely a jelenlegi erősségről szól, a belépés megtörtént ΔqÉs Δt- néhány nagyon kis mennyiségű töltés és az az idő, ameddig ez a töltés áthalad a vezető keresztmetszetén. Itt azonban a via jelölést fogjuk használni dqÉs dt- differenciálműveken keresztül. Később szükségünk lesz egy ilyen ábrázolásra. Ha nem mész bele mélyen a matan vadonjába, akkor lényegében dqÉs dt itt nincs különösebb különbség ΔqÉs Δt. Természetesen a felsőbb matematikában járatos emberek vitatkozhatnak ezzel az állítással, de most nem akarok ezekre a dolgokra koncentrálni.

Emlékeztünk tehát az áramerősség kifejezésére. Emlékezzünk most arra, hogy a kondenzátor kapacitása hogyan kapcsolódik egymáshoz VEL, töltés q, amit felhalmozott magában, és a feszültség U a kondenzátoron, ami ebben az esetben keletkezett. Nos, emlékszünk arra, hogy ha egy kondenzátor felhalmozott valamilyen töltést, akkor elkerülhetetlenül feszültség keletkezik a lemezein. Erről is beszéltünk korábban, ebben a cikkben. Szükségünk lesz erre a képletre, amely csak összeköti a töltést a feszültséggel

Fejezzük ki a kondenzátor töltését ebből a képletből:

És most nagyon nagy a kísértés, hogy a kondenzátor töltésének ezt a kifejezést helyettesítsük az áramerősség előző képletével. Nézze meg közelebbről - akkor az áramerősség, a kondenzátor kapacitása és a kondenzátor feszültsége összekapcsolódik! Csináljuk ezt a helyettesítést késedelem nélkül:

A kapacitásunk a mennyiség állandó. Meg van határozva kizárólag maga a kondenzátor, a belső szerkezete, a dielektrikum típusa és minden egyéb dolog. Minderről az egyik korábbi cikkben részletesen szóltunk. Ezért a kapacitás VEL a kondenzátor, mivel konstans, nyugodtan kivehető differenciáljelnek (ezek a szabályok ugyanazokkal a differenciálokkal). De feszültséggel U Ezt nem teheted! A kondenzátoron lévő feszültség idővel változik. Miért történik ez? A válasz alapvető: ahogy az áram átfolyik a kondenzátor lemezein, nyilvánvalóan megváltozik a töltés. És a töltés változása minden bizonnyal a kondenzátor feszültségének változásához vezet. Ezért a feszültség az idő bizonyos függvényének tekinthető, és nem távolítható el a differenciálmű alól. Tehát a fent meghatározott átalakítások végrehajtása után a következő bejegyzést kapjuk:

Uraim, sietve gratulálok – most kaptuk meg leghasznosabb kifejezés, amely a kondenzátorra adott feszültséget és a rajta átfolyó áramot kapcsolja össze. Így, ha ismerjük a feszültség változásának törvényét, könnyen megtalálhatjuk a kondenzátoron keresztüli áram változásának törvényét, ha egyszerűen megtaláljuk a deriváltot.

De mi a helyzet az ellenkező esettel? Tegyük fel, hogy ismerjük a kondenzátoron keresztüli áram változásának törvényét, és meg akarjuk találni a feszültség változásának törvényét rajta. A matematikában jártas olvasók valószínűleg már sejtették, hogy ennek a feladatnak a megoldásához elég egyszerűen integrálni a fent írt kifejezést. Vagyis az eredmény valahogy így fog kinézni:

Valójában mindkét kifejezés ugyanarról a dologról szól. Csak az elsőt abban az esetben használjuk, amikor ismerjük a kondenzátoron áthaladó feszültség változásának törvényét, és meg akarjuk találni a rajta áthaladó áram változásának törvényét, a másodikat pedig akkor, ha tudjuk, hogyan változik az áram a kondenzátoron keresztül. és meg akarjuk találni a feszültség változásának törvényét. Hogy jobban emlékezzen erre az egész ügyre, uraim, készítettem önöknek egy magyarázó képet. Az 1. ábrán látható.

1. ábra - Magyarázó kép

Lényegében sűrített formában jeleníti meg a következtetéseket, amelyeket jó lenne megjegyezni.

Uraim, kérem, vegye figyelembe - a kapott kifejezések érvényesek az áram és feszültség változásának bármely törvényére. Nem kell szinusznak, koszinusznak, meandernek vagy bármi másnak lennie. Ha van valami teljesen önkényes, sőt teljesen vad, semmilyen szakirodalomban nem leírt törvénye a feszültségváltozásról U(t), amelyet a kondenzátorhoz táplálnak, ennek megkülönböztetésével meghatározhatja a kondenzátoron keresztüli áram változásának törvényét. És hasonlóképpen, ha ismeri a kondenzátoron keresztüli áram változásának törvényét Azt) majd miután megtalálta az integrált, megtudhatja, hogyan fog változni a feszültség.

Tehát rájöttünk, hogyan kell az áramot és a feszültséget egymáshoz csatlakoztatni, bármilyen, még a legőrültebb változtatási lehetőséghez is. Néhány különleges eset azonban nem kevésbé érdekes. Például valakinek az esete, aki már mindannyiunkba beleszeretett szinuszos jelenlegi Most foglalkozzunk vele.

Hagyja a feszültséget egy kapacitású kondenzátoron C a szinusz törvénye szerint változik ilyen módon

Kicsit korábban részletesen tárgyaltuk, hogy ebben a kifejezésben milyen fizikai mennyiség áll az egyes betűk mögött. Hogyan fog változni a jelenlegi ebben az esetben? A már megszerzett ismereteink felhasználásával egyszerűen cseréljük be ezt a kifejezést az általános képletünkbe, és keressük meg a származékot

Vagy leírhatod így is

Uraim, szeretném emlékeztetni önöket, hogy a szinusz és a koszinusz között az egyetlen különbség az, hogy az egyik fázis eltolódik a másikhoz képest 90 fokkal. Nos, vagy, hogy matematikailag fogalmazzunk, akkor . Nem világos, honnan származik ez a kifejezés? Google rá redukciós képletek. Hasznos dolog, nem ártana tudni. Még jobb, ha ismered trigonometrikus kör, mindez nagyon jól látszik rajta.

Uraim, azonnal megjegyzek egy pontot. Cikkeimben nem fogok beszélni a deriváltak keresésének és az integrálok felvételének szabályairól. Remélem, legalább általánosan megérti ezeket a szempontokat. Azonban ha nem is tudja, hogyan kell ezt megtenni, igyekszem úgy bemutatni az anyagot, hogy ezen köztes számítások nélkül is világos legyen a dolgok lényege. Tehát most egy fontos következtetést kaptunk - ha a kondenzátor feszültsége a szinuszos törvény szerint változik, akkor a rajta áthaladó áram a koszinusz törvény szerint változik. Vagyis a kondenzátor árama és feszültsége fázisonként 90 fokkal eltolódik egymáshoz képest. Ráadásul viszonylag könnyen megtaláljuk az áram amplitúdó értékét (ezek a szinusz előtt megjelenő tényezők). Nos, ez a csúcs, az a maximum, amit az áram elér. Amint látja, ez a kapacitástól függ C kondenzátor, a rákapcsolt feszültség amplitúdója U m és frekvenciák ω . Azaz minél nagyobb az alkalmazott feszültség, annál nagyobb a kondenzátor kapacitása és minél nagyobb a feszültségváltozás frekvenciája, annál nagyobb a kondenzátoron áthaladó áram amplitúdója. Készítsünk egy grafikont, amely egy mezőn ábrázolja a kondenzátoron áthaladó áramot és a kondenzátoron lévő feszültséget. Konkrét számok nélkül, csak a karakter minőségét mutatjuk meg. Ez a grafikon a 2. ábrán látható (a kép kattintható).

2. ábra - Áram a kondenzátoron és feszültség a kondenzátoron

A 2. ábrán a kék grafikon a kondenzátoron áthaladó szinuszos áram, a piros pedig a kondenzátoron áthaladó szinuszos feszültség. Ebből az ábrából nagyon jól látható, hogy az áram meghaladja a feszültséget (az áram szinusz csúcsai balra a feszültség szinusz megfelelő csúcsai, vagyis jönnek korábban).

Most végezzük a munkát fordítva. Ismertesse meg velünk az aktuális változás törvényét ÉN(t) kapacitású kondenzátoron keresztül C. És legyen ez a törvény is szinuszos

Határozzuk meg, hogy ebben az esetben hogyan változik a kondenzátor feszültsége. Használjuk általános képletünket az integrállal:

A már leírt számításokkal abszolút analógia alapján a feszültség így ábrázolható

Itt ismét érdekes információkat használtunk a trigonometriából, hogy . És újra redukciós képletek segítségére lesz, ha nem világos, hogy miért történt ez így.

Milyen következtetést vonhatunk le ezekből a számításokból? És a következtetés továbbra is ugyanaz, mint a már levont: a kondenzátoron áthaladó áram és a kondenzátor feszültsége fázisban eltolódik egymáshoz képest 90 fokkal. Ráadásul okkal tolják el őket. Jelenlegi előre feszültség. Miért van ez így? Mi áll a folyamat fizikája mögött? Találjuk ki.

Képzeljük el azt töltés nélkül Csatlakoztattuk a kondenzátort egy feszültségforráshoz. Az első pillanatban egyáltalán nincs töltés a kondenzátorban: lemerült. És mivel nincsenek töltések, nincs feszültség. De van áram, azonnal megjelenik, amikor a kondenzátort a forráshoz csatlakoztatják. Észreveszitek, uraim? Feszültség még nincs (nem volt ideje növelni), de áram már van. Ezen túlmenően, ebben a csatlakozási pillanatban az áramkörben maximális az áram (a kisütött kondenzátor lényegében megegyezik a rövidzár láncok). Ennyit a feszültség és áram közötti késésről. Ahogy az áram folyik, a töltés felhalmozódik a kondenzátor lemezein, vagyis a feszültség növekedni kezd, és az áram fokozatosan csökken. És egy idő után annyi töltés halmozódik fel a lemezeken, hogy a kondenzátor feszültsége egyenlő lesz a forrás feszültségével, és az áramkörben lévő áram teljesen leáll.

Most pedig vegyük ezt töltött Leválasztjuk a kondenzátort a forrásról és rövidre zárjuk. Mit fogunk kapni? De gyakorlatilag ugyanaz. Az első pillanatban az áramerősség maximális lesz, és a kondenzátor feszültsége változatlan marad, mint volt. Vagyis ismét az áram elől van, és utána változik a feszültség. Ahogy az áram folyik, a feszültség fokozatosan csökken, és amikor az áram teljesen leáll, akkor is nullává válik.

A folyamatban lévő folyamatok fizikájának jobb megértéséhez ismét használhatja vízvezeték hasonlat. Képzeljük el, hogy egy feltöltött kondenzátor valami tartály, tele vízzel. Ennek a tartálynak az alján van egy csap, amelyen keresztül leengedheti a vizet. Nyissuk ki ezt a csapot. Amint kinyitjuk, azonnal kifolyik a víz. És a nyomás a tartályban fokozatosan csökken, ahogy a víz kifolyik. Ez azt jelenti, hogy durván szólva a csapból kifolyó víz meghaladja a nyomásváltozást, ahogyan a kondenzátor áramerőssége is meghaladja a feszültség változását.

Hasonló érvelés végezhető szinuszos jelre, amikor az áram és a feszültség a szinusztörvény szerint változik, és valóban bármilyen jelre. A lényeg, remélem, világos.

Igyunk egy kicsit gyakorlati számítás váltóáram egy kondenzátoron keresztül, és ábrázolja a grafikonokat.

Legyen szinuszos feszültségforrásunk, az effektív érték a 220 V, és a gyakoriság 50 Hz. Nos, vagyis minden pontosan ugyanaz, mint a mi foglalatainkban. Egy kondenzátor kapacitása 1 µF. Például egy filmkondenzátor K73-17, maximum 400 V-os feszültségre tervezett (és az alacsonyabb feszültségű kondenzátorokat soha nem szabad 220 V-os hálózatra csatlakoztatni), 1 μF kapacitással kapható. Hogy képet adjunk arról, hogy mivel is foglalkozunk, a 3. ábrán elhelyeztem egy fényképet erről az állatról (köszönet a fotóért Diamondnak)

3. ábra - Áram keresése ezen a kondenzátoron keresztül

Meg kell határozni, hogy mekkora áram amplitúdó fog átfolyni ezen a kondenzátoron, és meg kell alkotni az áram és a feszültség grafikonját.

Először fel kell írnunk a feszültségváltozás törvényét egy konnektorban. Ha emlékszel amplitúdó A feszültség értéke ebben az esetben körülbelül 311 V. Hogy miért van ez így, honnan jött, és hogyan írható le a feszültségváltozás törvénye egy konnektorban, az ebben a cikkben olvasható. Az eredményt azonnal bemutatjuk. Tehát a konnektor feszültsége a törvény szerint változik

Most használhatjuk a korábban kapott képletet, amely a kimeneti feszültséget a kondenzátoron áthaladó áramhoz viszonyítja. Az eredmény így fog kinézni

Az általános képletbe egyszerűen behelyettesítettük a feltételben megadott kondenzátor kapacitását, a feszültség amplitúdó értékét és a hálózati feszültség körfrekvenciáját. Ennek eredményeként az összes tényező szorzata után az áramváltozás következő törvényét kapjuk:

Ennyi, uraim. Kiderült, hogy a kondenzátoron áthaladó áram amplitúdója valamivel kisebb, mint 100 mA. Sok vagy kevés? A kérdés nem nevezhető helyesnek. Az ipari berendezések szabványai szerint, ahol több száz amper áram jelenik meg, ez nagyon kevés. Igen és azért háztartási gépek, ahol nem ritka a több tíz amper - is. Azonban még egy ilyen áramlat is nagy veszélyt jelent az emberre! Ebből az következik, hogy nem szabad ilyen 220 V-os hálózatra csatlakoztatott kondenzátort ragadni. Ezen az elven azonban lehet oltókondenzátorral ellátott úgynevezett tápegységeket gyártani. Nos, ez egy külön cikk témája, és itt nem érintjük.

Mindez jó, de majdnem elfelejtettük a grafikonokat, amelyeket fel kell építeni. Sürgősen ki kell javítanunk! Tehát a 4. és az 5. ábrán láthatók. A 4. ábrán az aljzatban lévő feszültség grafikonja látható, az 5. ábrán pedig az ilyen aljzathoz csatlakoztatott kondenzátoron keresztüli áram változásának törvénye.

4. ábra - Kimeneti feszültség grafikonja

5. ábra - A kondenzátoron áthaladó áram grafikonja

Ahogy ezeken a képeken is láthatjuk, az áram és a feszültség 90 fokkal eltolódik, ahogy kell. És talán az olvasónak van egy ötlete - ha áram folyik át egy kondenzátoron, és feszültségesik rajta, akkor valószínűleg áramot is fel kell szabadítani rajta. Azonban sietek figyelmeztetni - a kondenzátor esetében a helyzet abszolút nem úgy. Ha egy ideális kondenzátort tekintünk, akkor egyáltalán nem szabadul fel rajta áram, még akkor sem, ha áram folyik és a feszültség csökken rajta. Miért? Hogyan? Erről - a jövőbeni cikkekben. Mára ennyi. Köszönöm, hogy elolvastad, sok sikert, és találkozunk legközelebb!

Csatlakozz hozzánk

Miért nem enged át egy kondenzátor egyenáramot, de váltakozó áramot enged át?

1. A kondenzátor nem engedi át az áramot, csak tölteni és kisütni tud
   Egyenáramnál a kondenzátor egyszer feltöltődik, majd használhatatlanná válik az áramkörben.
   Pulzáló áramon, amikor a feszültség emelkedik, feltöltődik (elektromos energiát halmoz fel), és amikor a feszültség a maximális szintről csökkenni kezd, energiát ad vissza a hálózatba, miközben stabilizálja a feszültséget.
   Váltakozó áramon, amikor a feszültség 0-ról maximumra nő, a kondenzátor feltöltődik, maximumról 0-ra csökkenve kisül, visszaadva energiát a hálózatba, a polaritás változásakor minden pontosan ugyanúgy történik, de más polaritással .
2. Az áram csak addig folyik, amíg a kondenzátor töltődik.
   Egy láncban DC A kondenzátor viszonylag gyorsan töltődik, ami után az áram csökken és gyakorlatilag leáll.
   Váltóáramú áramkörben a kondenzátor feltöltődik, majd a feszültség polaritást vált, kisütni kezd, majd ellenkező irányban töltődik stb. - az áram folyamatosan folyik.
   Hát képzelj el egy tégelyt, amibe csak addig lehet vizet önteni, amíg meg nem telik. Ha a feszültség állandó, a bank megtelik, majd az áram leáll. És ha változó a feszültség, akkor az üvegbe vizet öntenek - kiöntik - megtöltik stb.
3. a kondenzátor váltóáramban és egyenáramban is működik, mert egyenárammal töltődik, és ezt az energiát nem tudja sehova továbbítani, egy kapcsolón keresztül egy fordított ágat kapcsolnak az áramkörbe a polaritás megváltoztatására, hogy kisütjük és adjunk helyet egy új adagnak, nem fordulatonként váltakozva, a polaritás változása miatt töltődik és kisül a dob....
4. Köszi srácok a szuper információkat!!!
5. tisztán fizikai értelemben: a kondenzátor az áramkör szakadása, mivel a tömítései nem érintkeznek egymással, dielektrikum van közöttük. és mint tudjuk, a dielektrikumok nem vezetik az elektromosságot. ezért egyenáram nem folyik át rajta.
   Bár...
   Az egyenáramú áramkörben lévő kondenzátor áramot vezethet az áramkörhöz való csatlakoztatás pillanatában (a kondenzátor töltése vagy újratöltése a tranziens folyamat végén történik, nem folyik át áram a kondenzátoron, mivel a lemezeit egy dielektrikum. A váltakozó áramú áramkörben a kondenzátor ciklikus újratöltése révén váltakozó áramú rezgéseket vezet.

   váltakozó áram esetén pedig a kondenzátor az oszcilláló áramkör része. az elektromos energia tárolására szolgáló eszköz szerepét tölti be, és egy tekercssel kombinálva tökéletesen együtt léteznek, az elektromos energiát mágneses energiává alakítják, majd vissza a saját omega = 1/sqrt(C*L) sebességgel/frekvenciával

   példa: olyan jelenség, mint a villámlás. Azt hiszem, hallottam. bár ez rossz példa, ott a töltés villamosítással történik, a légköri levegő súrlódása miatt a föld felszínén. de a leállás mindig, mint a kondenzátornál, csak akkor következik be, ha elérjük az úgynevezett áttörési feszültséget.

   Nem tudom, ez segített-e neked :)

6. A kondenzátor valójában nem engedi át az áramot magán. A kondenzátor először töltéseket halmoz fel a lemezein - az egyik lemezen elektronfelesleg van, a másikon elektronhiány -, majd felszabadítja azokat, ami külső áramkör az elektronok ide-oda futnak – elfutnak az egyik lemezről, futnak a másodikra, majd vissza. Azaz az elektronok oda-vissza mozgása a külső áramkörben biztosított - de a kondenzátoron belül nem;
   Azt, hogy egy kondenzátorlemez hány elektront képes befogadni egy voltos feszültség mellett, a kondenzátor kapacitásának nevezzük, de általában nem elektron billióiban mérik, hanem hagyományos kapacitásegységekben - faradokban (mikrofaradokban, pikofaradokban).
   Amikor azt mondják, hogy az áram átfolyik egy kondenzátoron, ez egyszerűen leegyszerűsítés. Minden úgy történik, mintha áram folyik át a kondenzátoron, bár valójában az áram csak a kondenzátoron kívülről folyik.
   Ha mélyebben belemegyünk a fizikába, akkor a kondenzátor lemezei közötti térben az energia újraeloszlását eltolási áramnak nevezzük, ellentétben a vezetési árammal, ami a töltések mozgása, de az elmozdulóáram a Maxwell-egyenletekhez kapcsolódó elektrodinamikából származó fogalom. , az absztrakció teljesen más szintje.

Arra a kérdésre, hogy a kondenzátor miért nem egyenáramot, de váltóáramot átenged? a szerző adta Sodd15 sodd a legjobb válasz az Az áram csak addig folyik, amíg a kondenzátor töltődik.
Egyenáramú áramkörben a kondenzátor viszonylag gyorsan töltődik, ami után az áram csökken és gyakorlatilag leáll.
Váltóáramú áramkörben a kondenzátor feltöltődik, majd a feszültség polaritást vált, kisütni kezd, majd ellenkező irányban töltődik stb. - az áram folyamatosan folyik.
Hát képzelj el egy tégelyt, amibe csak addig lehet vizet önteni, amíg meg nem telik. Ha a feszültség állandó, a bank megtelik, majd az áram leáll. És ha változó a feszültség, akkor az üvegbe vizet öntenek - kiöntik - megtöltik stb.

Válasz tőle Dugja be a fejét[újonc]
Köszi srácok a szuper információkat!!!

Válasz tőle Avotara[guru]
A kondenzátor nem engedi át az áramot, csak tölteni és kisütni tud
Egyenáramnál a kondenzátor egyszer feltöltődik, majd használhatatlanná válik az áramkörben.
Pulzáló áramon, amikor a feszültség emelkedik, feltöltődik (elektromos energiát halmoz fel), és amikor a feszültség a maximális szintről csökkenni kezd, energiát ad vissza a hálózatba, miközben stabilizálja a feszültséget.
Váltakozó áramon, amikor a feszültség 0-ról maximumra nő, a kondenzátor feltöltődik, maximumról 0-ra csökkenve kisül, visszaadva energiát a hálózatba, a polaritás változásakor minden pontosan ugyanúgy történik, de más polaritással .

Válasz tőle Öblítés[guru]
A kondenzátor valójában nem engedi át az áramot. A kondenzátor először töltéseket halmoz fel a lemezein - az egyik lemezen elektrontöbblet van, a másikon hiányzik -, majd leadja azokat, ennek eredményeként a külső áramkörben az elektronok ide-oda futnak - futnak. el az egyik tányértól, fuss a másodikra, majd vissza. Azaz az elektronok oda-vissza mozgása a külső áramkörben biztosított - de a kondenzátoron belül nem;
Azt, hogy egy kondenzátorlemez hány elektront képes befogadni egy voltos feszültség mellett, a kondenzátor kapacitásának nevezzük, de általában nem elektron billióiban mérik, hanem hagyományos kapacitásegységekben - faradokban (mikrofaradokban, pikofaradokban).
Amikor azt mondják, hogy az áram átfolyik egy kondenzátoron, ez egyszerűen leegyszerűsítés. Minden úgy történik, mintha áram folyik át a kondenzátoron, bár valójában az áram csak a kondenzátoron kívülről folyik.
Ha mélyebben belemegyünk a fizikába, akkor a kondenzátor lemezei közötti térben az energia újraeloszlását eltolási áramnak nevezzük, ellentétben a vezetési árammal, ami a töltések mozgása, de az elmozdulóáram a Maxwell-egyenletekhez kapcsolódó elektrodinamikából származó fogalom. , az absztrakció teljesen más szintje.

Válasz tőle papilla[guru]
tisztán fizikai értelemben: a kondenzátor az áramkör szakadása, mivel a tömítései nem érintkeznek egymással, dielektrikum van közöttük. és mint tudjuk, a dielektrikumok nem vezetik az elektromosságot. ezért egyenáram nem folyik át rajta.
Bár...
Az egyenáramú áramkörben lévő kondenzátor áramot vezethet az áramkörhöz való csatlakoztatás pillanatában (a kondenzátor töltése vagy újratöltése a tranziens folyamat végén történik, nem folyik át áram a kondenzátoron, mivel a lemezeit egy dielektrikum. A váltakozó áramú áramkörben a kondenzátor ciklikus újratöltése révén váltakozó áramú rezgéseket vezet.
váltakozó áram esetén pedig a kondenzátor az oszcilláló áramkör része. az elektromos energia tárolására szolgáló eszköz szerepét tölti be, és egy tekercssel kombinálva tökéletesen együtt léteznek, az elektromos energiát mágneses energiává alakítják, majd vissza a saját omega = 1/sqrt(C*L) sebességgel/frekvenciával
példa: olyan jelenség, mint a villámlás. Azt hiszem, hallottam. bár ez rossz példa, ott a töltés villamosítással történik, a légköri levegő súrlódása miatt a föld felszínén. de a leállás mindig, mint a kondenzátornál, csak akkor következik be, ha elérjük az úgynevezett áttörési feszültséget.
Nem tudom, ez segített-e neked :)

Válasz tőle Legenda@[újonc]
a kondenzátor váltóáramban és egyenáramban is működik, mert egyenárammal töltődik, és ezt az energiát nem tudja sehova továbbítani, egy kapcsolón keresztül egy fordított ágat kapcsolnak az áramkörbe a polaritás megváltoztatására, hogy kisütjük és adjunk helyet egy új adagnak, nem váltakozva fordulatonként, a kannát a polaritás felcserélése miatt tölti és kisül....

Egy tipikus „C” áramköri jelölésű kondenzátor a váltóáramú és egyenáramú áramkörökben egyaránt működő leggyakoribb rádióalkatrészek kategóriájába tartozik. Az első esetben blokkoló elemként és kapacitív terhelésként használják, a másodikban pedig szűrőkapcsolatként pulzáló áramú egyenirányító áramkörökben. Az AC áramkörben lévő kondenzátor úgy néz ki, mint az alábbi ábrán.

Ellentétben egy másik általános rádiókomponenssel, amelyet ellenállásnak neveznek, az AC áramkörben lévő kondenzátor reaktív komponenst vezet be, ami fáziseltolódás kialakulásához vezet az alkalmazott emf és az általa okozott áram között. Ismerkedjünk meg részletesebben azzal, hogy mi a reaktív komponens és a kapacitív reaktancia.

Szinuszos EMF bevonása az áramkörbe

A zárványok fajtái

Mint ismeretes, az egyenáramú áramkörben lévő kondenzátor (váltakozó komponens nélkül) nem működhet.

Figyel! Ez az állítás nem vonatkozik a simító szűrőkre, ahol pulzáló áram folyik, valamint a speciális blokkoló áramkörökre.

Teljesen más kép figyelhető meg, ha figyelembe vesszük ennek az elemnek a váltakozó áramú áramkörbe való beépítését, amelyben aktívabban kezd viselkedni, és egyszerre több funkciót is elláthat. Ebben az esetben a kondenzátor a következő célokra használható:

• Az egyenáramú alkatrész blokkolásához mindig jelen legyen bármely elektronikus áramkörben;
• Ellenállás létrehozása érdekében a feldolgozott jel nagyfrekvenciás (HF) összetevőinek terjedési útján;
• Az áramkör frekvenciakarakterisztikáját beállító kapacitív terhelő elemként;
• Oszcillációs áramkörök és speciális szűrők (LF és HF) elemeként.

A fentiekből azonnal kitűnik, hogy az esetek túlnyomó többségében egy váltóáramú áramkörben lévő kondenzátort használnak frekvenciafüggő elemként, amely bizonyos hatást gyakorolhat a rajta átfolyó jelekre.

A befogadás legegyszerűbb típusa

A bekapcsoláskor lezajló folyamatokat az alábbi ábra mutatja.

Leírhatók a harmonikus (szinuszos) emf fogalmának bevezetésével, így kifejezveU = Uo kötözősaláta ω t, és így néz ki:

• Ahogy a változó EMF növekszik, a kondenzátor feltöltődik azáltal, hogy átfolyik rajta áramütésÉn, maximum a kezdeti pillanatban. A kapacitás feltöltésekor a töltőáram értéke fokozatosan csökken, és teljesen nullázódik abban a pillanatban, amikor az EMF eléri a maximumot;

Fontos! Az áram és a feszültség ilyen többirányú változása az elemre jellemző 90 fokos fáziseltolódás kialakulásához vezet.

• Ezzel véget ér a periodikus oszcilláció első negyede;
• Továbbá a szinuszos EMF fokozatosan csökken, aminek következtében a kondenzátor kisülni kezd, és ekkor az áramkörben növekvő amplitúdó áramlik. Ebben az esetben ugyanaz a fáziskésés figyelhető meg, mint az időszak első negyedében;
• Ennek a szakasznak a befejezése után a kondenzátor teljesen lemerül (az EMF nullával egyenlő), és az áramkörben eléri a maximumot;
• A fordított (kisülési) áram növekedésével a kapacitás újratöltődik, aminek következtében az áram fokozatosan nullára csökken, és az EMF eléri a csúcsértékét (vagyis az egész folyamat visszatér a kiindulási ponthoz).

Továbbá az összes leírt folyamat megismétlődik a külső EMF frekvenciája által meghatározott gyakorisággal. Az áram és az EMF közötti fáziseltolódás egyfajta ellenállásnak tekinthető a kondenzátor feszültségének változásával szemben (az áramingadozások mögött).

Kapacitancia

A kapacitás fogalma

A kondenzátorral ellátott áramkörökben végbemenő folyamatok tanulmányozása során kiderült, hogy ennek az elemnek a különböző mintáinak töltési és kisütési ideje jelentősen eltér egymástól. E tény alapján bevezették a kapacitás fogalmát, amelyet a kondenzátor azon képességeként határoztak meg, hogy adott feszültség hatására töltést halmozzon fel:

Ezt követően a lemezeken a töltés időbeli változása a következőképpen ábrázolható:

De miótaK= C.U., akkor egyszerű számításokkal kapjuk:

I = CxdU/dt = ω C Uo cos ω t = Io sin(ω t+90),

vagyis az áram úgy folyik át a kondenzátoron, hogy az elkezdi fázisonként 90 fokkal vezetni a feszültséget. Ugyanezt az eredményt kapjuk, ha más matematikai megközelítéseket alkalmazunk ehhez az elektromos folyamathoz.

Vektoros ábrázolás

A nagyobb áttekinthetőség érdekében az elektrotechnika a vizsgált folyamatok vektoros ábrázolását használja, a reakció lassulásának számszerűsítésére pedig bevezetik a kapacitás fogalmát (lásd az alábbi képet).

A vektordiagram azt is mutatja, hogy a kondenzátoráramkörben az áram 90 fokkal megelőzi a fázisfeszültséget.

További információk. A szinuszos áramkörben lévő tekercs „viselkedésének” vizsgálatakor kiderült, hogy éppen ellenkezőleg, a feszültség fázisában elmarad.

Mindkét esetben különbség van a folyamatok fázisjellemzőiben, ami a terhelés reaktív jellegét jelzi a váltakozó EMF-körben.

Ha figyelmen kívül hagyjuk a nehezen leírható differenciálszámításokat, a kapacitív terhelés ellenállásának ábrázolására kapjuk:

Ebből következik, hogy a kondenzátor által létrehozott ellenállás fordítottan arányos a váltakozó jel frekvenciájával és az áramkörbe beépített elem kapacitásával. Ez a függőség lehetővé teszi, hogy egy kondenzátor alapján olyan frekvenciafüggő áramköröket építsen fel, mint:

• Láncok integrálása és megkülönböztetése (passzív ellenállással együtt);
• LF és HF szűrőelemek;
• Az erősáramú berendezések terhelési jellemzőinek javítására használt reaktív áramkörök;
• Soros és párhuzamos típusú rezonáns áramkörök.

Az első esetben a tartály használatával lehetőség van az alak tetszőleges megváltoztatására téglalap alakú impulzusok, időtartamuk növelése (integráció) vagy csökkentése (differenciálódás).

A szűrőláncokat és a rezonáns áramköröket széles körben használják különféle osztályok (erősítők, konverterek, generátorok és hasonló eszközök) lineáris áramkörökben.

Kapacitás grafikon

Bebizonyosodott, hogy a kondenzátoron áram csak harmonikusan változó feszültség hatására folyik át. Ebben az esetben az áramkörben az áramerősséget az adott elem kapacitása határozza meg, tehát minél nagyobb a kondenzátor kapacitása, annál nagyobb az értéke.

De nyomon követhetünk egy fordított összefüggést is, amely szerint a kondenzátor ellenállása a frekvencia paraméterének csökkenésével növekszik. Példaként tekintsük az alábbi ábrán látható grafikont.

A fenti függőségből a következő fontos következtetések vonhatók le:

• Állandó áramnál (frekvencia = 0) Xc egyenlő a végtelennel, ami azt jelenti, hogy nem tud benne folyni;
• Nagyon magas frekvenciákon ennek az elemnek az ellenállása nullára hajlik;
• Ha minden más tényező egyenlő, ezt az áramkörbe szerelt kondenzátor kapacitása határozza meg.

Különösen érdekesek az elektromos energia elosztásának kérdései a váltóáramú áramkörökben, amelyekben kondenzátor van.

Munka (teljesítmény) kapacitív terhelésben

Az induktivitás esetéhez hasonlóan egy kondenzátor „viselkedését” vizsgálva változó EMF áramkörökben kiderült, hogy az U és I fáziseltolódása miatt nincs bennük energiafogyasztás. Ez utóbbit az magyarázza, hogy elektromos energia-on kezdeti szakaszban folyamat (töltés közben) a kondenzátor lapjai között tárolódik, majd második fokozatában visszaadja a forrásnak (lásd az alábbi ábrát).

Ennek eredményeként a kapacitás a reaktív vagy hullámmentes terhelések kategóriájába tartozik. Egy ilyen következtetés azonban tisztán elméletinek tekinthető, mivel a valós áramkörökben mindig vannak közönséges passzív elemek, amelyek nem reaktív, hanem aktív vagy watt ellenállással rendelkeznek. Ezek a következők:

• Ólomhuzal ellenállás;
• Dielektromos zónák vezetőképessége kondenzátorban;
• Érintkezőszórás;
• A tekercsfordulatok aktív ellenállása és hasonlók.

Ebben a tekintetben minden valódi elektromos áramkörben mindig vannak aktív teljesítményveszteségek (disszipáció), amelyeket minden esetben egyedileg határoznak meg.

Különös figyelmet kell fordítani a belső veszteségekre, amelyek a dielektrikumon keresztüli szivárgással és a lemezek (lemezek) közötti rossz szigeteléssel járnak. Térjünk rá a következő definíciókra, figyelembe véve a tényállást. Így a dielektrikum minőségi jellemzőivel kapcsolatos veszteségeket dielektrikumnak nevezzük. A lemezek közötti szigetelés tökéletlenségének tulajdonítható energiaköltségeket általában a kondenzátorelem szivárgásából eredő veszteségek közé sorolják.

Az áttekintés végén érdekes egy analógia, amely a rugalmas mechanikus rugóval ellátott kondenzátoráramkörben végbemenő folyamatokat reprezentálja. És valóban, egy rugó, mint ez az elem, egy periodikus rezgés egy része alatt felhalmozódik magában potenciális energia, a második fázisban pedig kinetikus formában adja vissza. Ezen analógia alapján a kondenzátorok viselkedésének teljes képe bemutatható változó EMF-es áramkörökben.

Videó

A kondenzátor (sapka) egy kis "akkumulátor", amely gyorsan töltődik, ha feszültség van körülötte, és gyorsan lemerül, ha nincs elég feszültség a töltés megtartásához.

A kondenzátor fő jellemzője a kapacitása. Ezt a szimbólum jelzi C, mértékegysége Farad. Minél nagyobb a kapacitás, annál nagyobb töltést tud a kondenzátor egy adott feszültség mellett tartani. Szintén mint több kapacitás, a kevesebb töltési és kisütési sebesség.

A mikroelektronikában használt tipikus értékek: több tíz pikofaradtól (pF, pF = 0,000000000001 F) a több tíz mikrofaradig (μF, μF = 0,000001). A leggyakoribb típusú kondenzátorok kerámia és elektrolit. A kerámiák kisebb méretűek, és általában legfeljebb 1 µF kapacitásúak; nem érdekli őket, hogy az érintkezők közül melyik kapcsolódik a pluszhoz és melyik a mínuszhoz. Az elektrolit kondenzátorok kapacitása 100 pF-tól kezdődik, és polárisak: egy adott érintkezőt kell csatlakoztatni a pozitívhoz. A plusznak megfelelő láb hosszabbításra kerül.

A kondenzátor két dielektromos réteggel elválasztott lemezből áll. A lemezek töltést halmoznak fel: az egyik pozitív, a másik negatív; ezáltal feszültséget kelt belül. A szigetelő dielektrikum megakadályozza, hogy a belső feszültség belső árammá alakuljon, ami kiegyenlítené a lemezeket.

Töltés és kisütés

Tekintsük ezt a diagramot:

Amíg a kapcsoló az 1-es helyzetben van, a kondenzátoron feszültség keletkezik - töltődik. Díj K a lemezen egy adott időpontban a következő képlettel számítják ki:

C- kapacitás, e- kitevő (konstans ≈ 2,71828), t- a töltés kezdetétől számított idő. A második lemez töltése mindig pontosan azonos értékű, de ellentétes előjellel. Ha az ellenállás R távolítsa el, csak egy kis ellenállás marad a vezetékekből (ez lesz az érték R), és a töltés nagyon gyorsan megtörténik.

A függvényt grafikonon ábrázolva a következő képet kapjuk:

Amint látható, a töltés nem egyenletesen, hanem fordítottan exponenciálisan növekszik. Ez annak köszönhető, hogy a töltés felhalmozódásával egyre több fordított feszültséget hoz létre V c, ami „ellenáll” V be.

Ezzel minden véget ér V c egyenlő értékűvé válik V beés az áram teljesen leáll. Ezen a ponton azt mondják, hogy a kondenzátor elérte a telítési pontját (egyensúlyi állapotát). A töltés eléri a maximumot.

Emlékezve Ohm törvényére, le tudjuk ábrázolni az áramkörünkben lévő áram függőségét egy kondenzátor töltésekor.

Most, hogy a rendszer egyensúlyban van, állítsa a kapcsolót 2-es állásba.

A kondenzátorlemezek ellentétes előjelű töltésekkel rendelkeznek, feszültséget hoznak létre - a terhelésen keresztül áram jelenik meg (Load). Az áram az áramforrás irányával ellentétes irányban fog folyni. A kisülés fordítva is megtörténik: eleinte a töltés gyorsan, majd az általa létrehozott feszültség csökkenésével egyre lassabban veszít. Ha azért Q 0 jelölje ki a töltést, amely kezdetben a kondenzátoron volt, majd:

Ezek az értékek a grafikonon így néznek ki:

Ismét egy idő után a rendszer nyugalmi állapotba kerül: minden töltés elveszik, a feszültség eltűnik, és az áram áramlása leáll.

Ha újra használod a kapcsolót, minden körben indul. Tehát a kondenzátor nem tesz mást, mint megszakítja az áramkört, ha a feszültség állandó; és „működik”, amikor a feszültség hirtelen megváltozik. Ez a tulajdonság határozza meg, hogy mikor és hogyan használják a gyakorlatban.

Alkalmazás a gyakorlatban

A mikroelektronikában a leggyakoribb minták közé tartoznak a következő minták:

Tartalék kondenzátor (bypass sapka) - a tápfeszültség hullámzásának csökkentésére

Szűrőkondenzátor - az állandó és a változó feszültségű összetevők elkülönítésére, a jel leválasztására

Tartalék kondenzátor

Sok áramkört úgy terveztek, hogy állandó, stabil teljesítményt biztosítsanak. Például 5 V. A tápegység látja el őket. Ideális rendszerek azonban nem léteznek, és az eszköz áramfelvételének hirtelen megváltozása esetén, például amikor egy alkatrészt bekapcsolnak, az áramforrásnak nincs ideje azonnali és rövid távú „reagálni”. feszültségesés lép fel. Ezenkívül azokban az esetekben, amikor az áramforrás és az áramkör közötti vezeték elég hosszú, antennaként kezd működni, és nem kívánt zajt is bevezet a feszültségszintbe.

Az ideális feszültségtől való eltérés jellemzően nem haladja meg a volt ezredrészét, és ez a jelenség teljesen jelentéktelen, ha például LED-ek vagy elektromos motor táplálásáról van szó. De a logikai áramkörökben, ahol a logikai nulla és a logikai egyes kapcsolása kis feszültségek változása alapján történik, a tápegység zaja összetéveszthető egy jellel, ami hibás kapcsoláshoz vezet, ami dominóeffektushoz hasonlóan a rendszert tönkreteszi. előre nem látható állapotban.

Az ilyen hibák elkerülése érdekében egy tartalék kondenzátort kell elhelyezni közvetlenül az áramkör előtt

Amikor a feszültség megtelt, a kondenzátor telítettségig töltődik, és tartalék töltés lesz. Amint a vezeték feszültségszintje lecsökken, a tartalék kondenzátor gyors akkumulátorként működik, felszabadítva a korábban felhalmozott töltést, hogy kitöltse a rést, amíg a helyzet normalizálódik. A fő áramforrásnak nyújtott ilyen segítség másodpercenként nagyon sok alkalommal történik.

Ha más szemszögből gondolkodunk: a kondenzátor kivonja az egyenfeszültségből a váltakozó komponenst, és önmagán átvezetve a tápvezetékről a földre viszi. Ezért a tartalék kondenzátort "bypass kondenzátornak" is nevezik.

Ennek eredményeként a simított feszültség így néz ki:

Az erre a célra használt tipikus kondenzátorok 10 vagy 100 nF névleges értékű kerámia kondenzátorok. A nagy elektrolitikus cellák nem alkalmasak erre a feladatra, mert lassabbak és nem tudják gyorsan leadni a töltésüket ilyen körülmények között, ahol a zaj magas.

Egy készülékben sok helyen lehetnek tartalék kondenzátorok: az egyes áramkörök előtt, amelyek egy önálló egység. Például az Arduino már rendelkezik tartalék kondenzátorokkal, amelyek biztosítják a processzor stabil működését, de a hozzá csatlakoztatott LCD-képernyő tápellátása előtt telepítenie kell a sajátját.

Szűrő kondenzátor

Szűrőkondenzátorral távolítják el a jelet az érzékelőtől, amely azt változó feszültség formájában továbbítja. Ilyen érzékelők például a mikrofon vagy az aktív Wi-Fi antenna.

Nézzük meg az elektret mikrofon csatlakozási rajzát. Az elektret mikrofon a legelterjedtebb és mindenütt megtalálható: ezt használják mobiltelefonok, számítógépes kiegészítőkben, hangosbemondó rendszerekben.

A mikrofon működéséhez áramra van szükség. Csendes állapotban az ellenállása nagy és több tíz kiloohm. Hanghatásnak kitéve a belsejébe épített térhatású tranzisztor kapuja kinyílik, és a mikrofon elveszti belső ellenállását. Az ellenállás elvesztése és helyreállítása másodpercenként sokszor történik, és megfelel a hanghullám fázisának.

A kimeneten csak azokban a pillanatokban érdekel a feszültség, amikor van hang. Ha nem lenne kondenzátor C, a kimenet mindig további hatással lesz állandó feszültség táplálás. C blokkolja ezt az állandó komponenst, és csak a hangnak megfelelő eltéréseket engedi át.

A hallható hang, amely számunkra érdekes, az alacsony frekvenciájú tartományban van: 20 Hz - 20 kHz. Annak érdekében, hogy a hangjelet a feszültségtől, és nem a nagyfrekvenciás teljesítményzajtól izoláljuk, pl. C 10 µF-os lassú elektrolitkondenzátort használnak. Ha egy gyors, mondjuk 10 nF-os kondenzátort használnánk, nem hangjelek jutnának át a kimenetre.

Ne feledje, hogy a kimeneti jel negatív feszültségként érkezik. Ez azt jelenti, hogy amikor a kimenetet a földre csatlakoztatják, az áram a földről a kimenetre folyik. A csúcsfeszültség értéke mikrofon esetén több tíz millivolt. A feszültség megfordításához és értékének növeléséhez a kimenet V kiáltalában műveleti erősítőhöz csatlakozik.

Kondenzátorok csatlakoztatása

Az ellenállások csatlakoztatásával összehasonlítva a kondenzátorok végső értékének kiszámítása fordítva néz ki.

at párhuzamos kapcsolat a teljes kapacitás összege:

Sorba kapcsolva a végső kapacitást a következő képlet alapján számítják ki:

Ha csak két kondenzátor van, akkor soros csatlakozással:

Két azonos kondenzátor esetén a soros csatlakozás teljes kapacitása mindegyik kapacitásának a fele.

Határjellemzők

Az egyes kondenzátorok dokumentációja tartalmazza a maximálisan megengedett feszültséget. Ennek túllépése a dielektrikum tönkremeneteléhez és a kondenzátor robbanásához vezethet. Az elektrolitkondenzátorok esetében ügyelni kell a polaritásra. Ellenkező esetben vagy az elektrolit kifolyik, vagy ismét robbanás következik be.