АЦ кондензатор

Хајде да саставимо коло са кондензатор, где алтернатор генерише синусни напон. Хајде да узастопно анализирамо шта ће се десити у колу када затворимо прекидач. Разматраћемо почетни тренутак када је напон генератора једнак нули.

Током прве четвртине периода, напон на терминалима генератора ће се повећати, почевши од нуле, и кондензатор ће почети да се пуни. У колу ће се појавити струја, међутим, у првом тренутку пуњења кондензатора, упркос чињеници да се напон на његовим плочама тек појавио и још увек је веома мали, струја у колу (струја пуњења) ће бити највећа . Како се наелектрисање на кондензатору повећава, струја у колу се смањује и достиже нулу у тренутку када је кондензатор потпуно напуњен. У овом случају, напон на плочама кондензатора, стриктно пратећи напон генератора, постаје у овом тренутку максималан, али са супротним предзнаком, односно усмерен је на напон генератора.

Пиринач. 1. Промена струје и напона у колу са капацитивношћу

На тај начин, струја највећом силом јури у кондензатор бесплатно, али одмах почиње да опада када се плоче кондензатора напуне наелектрисањем и падну на нулу, потпуно га напуне.

Упоредимо ову појаву са оним што се дешава са протоком воде у цеви која повезује два међусобно повезана суда (слика 2), од којих је један пун, а други празан. Довољно је само притиснути вентил који блокира пут воде, јер вода одмах из левог суда под великим притиском јури кроз цев у празан десни суд. Одмах, међутим, притисак воде у цеви ће постепено почети да слаби због изједначавања нивоа у посудама и пада на нулу. Проток воде ће престати.

Пиринач. 2. Промена притиска воде у цеви која повезује комуникационе судове је слична промени струје у колу током пуњења кондензатора

Слично, струја прво јури у ненапуњени кондензатор, а затим постепено слаби док се пуни.

Како почиње друга четвртина периода, када напон генератора у почетку почиње полако, а затим све брже опада, напуњени кондензатор ће се испразнити до генератора, изазивајући струју пражњења у колу. Како напон генератора опада, кондензатор се све више празни и струја пражњења у колу се повећава. Смер струје пражњења у овој четвртини периода је супротан смеру струје пуњења у првој четвртини периода. Сходно томе, тренутна крива која је прешла нулту вредност сада се налази испод временске осе.

До краја првог полупериода, напон генератора, као и напон кондензатора, брзо се приближава нули и струја кола полако достиже своју максималну вредност. С обзиром да је вредност струје у колу већа, што је већа вредност наелектрисања ношеног у колу, постаће јасно зашто струја достиже свој максимум када напон на плочама кондензатора, а самим тим и наелектрисање на кондензатор, брзо се смањује.

Са почетком треће четвртине периода, кондензатор почиње поново да се пуни, али се поларитет његових плоча, као и поларитет генератора, мења "и обрнуто, а струја наставља да тече у истом смер, почиње да опада како се кондензатор пуни.крајем треће четвртине периода, када напони генератора и кондензатора достигну свој максимум, струја иде на нулу.

Током последње четвртине периода, напон, опадајући, пада на нулу, а струја, променивши смер у колу, достиже своју максималну вредност. Овде се период завршава, након чега почиње следећи, тачно понављајући претходни, и тако даље.

Дакле, под дејством наизменичног напона генератора, кондензатор се два пута пуни током периода (прва и трећа четвртина периода) и два пута се празни (друга и четврта четвртина периода). Али пошто се смењују један по један пуњења и пражњења кондензатора сваки пут праћено проласком струје пуњења и пражњења кроз коло, онда можемо закључити да наизменична струја.

Ово можете проверити у следећем једноставном експерименту. Повежите кондензатор од 4-6 микрофарада на мрежу преко сијалице од 25 В.Лампица ће се упалити и неће се угасити док се коло не прекине. Ово сугерише да је наизменична струја прошла кроз коло са капацитивношћу. Наравно, не пролази кроз диелектрик кондензатора, али у сваком тренутку представља или струју пуњења или струју пражњења кондензатора.

Као што знамо, диелектрик је поларизован под дејством електричног поља које настаје у њему када се кондензатор напуни, а његова поларизација нестаје када се кондензатор испразни.

У овом случају, диелектрик са струјом померања која настаје у њему служи за наизменичну струју као нека врста наставка кола, а за константу прекида коло. Али струја померања се формира само унутар диелектрика кондензатора, па стога не долази до преноса наелектрисања дуж кола.

Отпор који нуди кондензатор наизменичне струје зависи од вредности капацитивности кондензатора и фреквенције струје.

Што је капацитет кондензатора већи, то је веће пуњење кола током пуњења и пражњења кондензатора и, сходно томе, већа је струја у колу. Повећање струје у колу указује да се његов отпор смањио.

Због тога, како се капацитивност повећава, отпор кола наизменичном струјом се смањује.

Расте фреквенција струје повећава количину наелектрисања која се преноси у колу јер се пуњење (као и пражњење) кондензатора мора догодити брже него на ниској фреквенцији. Истовремено, повећање количине пренетог наелектрисања по јединици времена је еквивалентно повећању струје у колу и, према томе, смањењу његовог отпора.

Ако некако постепено смањимо фреквенцију наизменичне струје и смањимо струју на једносмерну струју, онда ће се отпор кондензатора укљученог у коло постепено повећавати и постати бесконачно велик (прекидање кола) све док се не појави у коло константне струје.

Стога, како се фреквенција повећава, отпор кондензатора наизменичном струјом се смањује.

Као што се отпор намотаја наизменичној струји назива индуктивним, отпор кондензатора се назива капацитивним.

Дакле, капацитивни отпор је већи, што је мањи капацитет кола и фреквенција струје која га храни.

Капацитивни отпор се означава као Ксц и мери се у омима.

Зависност капацитивног отпора од фреквенције струје и капацитета кола одређена је формулом Ксц = 1 /ωЦ, где је ω кружна фреквенција једнака производу 2πе, Ц је капацитет кола у фарадс.

Капацитивни отпор, као и индуктивни отпор, има реактивну природу, јер кондензатор не троши енергију извора струје.

формула Охмов закон за капацитивно коло има облик И = У / Ксц, где су И и У - ефективне вредности струје и напона; Ксц је капацитивни отпор кола.

Својство кондензатора да пружају високу отпорност на нискофреквентне струје и да лако пролазе високофреквентне струје широко се користи у круговима комуникационе опреме.

Уз помоћ кондензатора, на пример, постиже се раздвајање сталних струја и нискофреквентних струја од високофреквентних струја, неопходних за рад кола.

Ако је потребно блокирати пут нискофреквентне струје у високофреквентном делу кола, мали кондензатор се повезује серијски. Пружа велику отпорност на струју ниске фреквенције и истовремено лако пролази високофреквентну струју.

Ако је потребно спречити високофреквентну струју, на пример, у струјном колу радио станице, онда се користи кондензатор великог капацитета, повезан паралелно са извором струје. У овом случају, струја високе фреквенције пролази кроз кондензатор, заобилазећи круг напајања радио станице.

Активни отпор и кондензатор у колу наизменичне струје

У пракси се често примећују случајеви када су у серијском колу са капацитивношћу активни отпор је укључен. Укупан отпор кола у овом случају одређује се формулом

Дакле, укупан отпор кола које се састоји од активног и капацитивног отпора наизменичне струје једнак је квадратном корену збира квадрата активног и капацитивног отпора овог кола.

Охмов закон остаје важећи и за ово коло И = У / З.

На сл. 3 приказује криве које карактеришу фазни однос између струје и напона у колу које садржи капацитивни и активни отпор.

Пиринач. 3. Струја, напон и снага у колу са кондензатором и активним отпором

Као што се може видети са слике, струја у овом случају повећава напон не за четвртину периода, већ за мање, пошто активни отпор нарушава чисто капацитивну (реактивну) природу кола, о чему сведочи смањена фаза смена. Сада је напон на прикључцима кола дефинисан као збир две компоненте: реактивна компонента напона тиве, ће савладати капацитивни отпор кола и активна компонента напона, превазилазећи свој активни отпор.

Што је већи активни отпор кола, мањи је фазни помак између струје и напона.

Крива промене снаге у колу (види слику 3) два пута током периода добија негативан предзнак, што је, као што већ знамо, последица реактивне природе кола. Што је коло мање реактивно, то је мањи помак фазе између струје и напона и то коло троши више струје извора струје.

Прочитајте такође: Резонанција напона