condensador de CA

Muntem el circuit amb condensador, on l'alternador genera una tensió sinusoïdal. Analitzem seqüencialment què passarà al circuit quan tanquem l'interruptor. Considerarem el moment inicial en què la tensió del generador és igual a zero.

Durant el primer trimestre del període, la tensió als terminals del generador augmentarà, a partir de zero, i el condensador començarà a carregar-se. Apareixerà un corrent al circuit, però, en el primer moment de càrrega del condensador, malgrat que la tensió a les seves plaques acaba d'aparèixer i encara és molt petita, el corrent al circuit (corrent de càrrega) serà el més gran. . A mesura que augmenta la càrrega del condensador, el corrent del circuit disminueix i arriba a zero en el moment en què el condensador està completament carregat. En aquest cas, la tensió a les plaques del condensador, seguint estrictament la tensió del generador, esdevé en aquest moment màxima, però amb el signe contrari, és a dir, es dirigeix ​​a la tensió del generador.

Arròs. 1. Canvi de corrent i tensió en un circuit amb capacitat

D'aquesta manera, el corrent es precipita amb la major força a un condensador de forma gratuïta, però immediatament comença a disminuir quan les plaques del condensador s'omplen de càrregues i cauen a zero, carregant-lo completament.

Comparem aquest fenomen amb el que passa amb el flux d'aigua en una canonada que connecta dos vasos comunicants (Fig. 2), un dels quals està ple i l'altre buit. Només cal prémer la vàlvula que bloqueja el camí de l'aigua, ja que l'aigua corre immediatament des del recipient esquerre sota una gran pressió a través de la canonada cap al recipient dret buit. Immediatament, però, la pressió de l'aigua a la canonada començarà a afeblir-se gradualment a causa de l'equiparació dels nivells dels recipients i baixarà a zero. El flux d'aigua s'aturarà.

Arròs. 2. El canvi de pressió de l'aigua a la canonada que connecta els vaixells de comunicació és similar al canvi de corrent al circuit durant la càrrega del condensador

De la mateixa manera, el corrent es precipita primer cap a un condensador sense càrrega i després es debilita gradualment a mesura que es carrega.

A mesura que comença el segon trimestre del període, quan la tensió del generador comença lentament i després disminueix cada cop més ràpidament, el condensador carregat es descarregarà al generador, provocant un corrent de descàrrega al circuit. A mesura que disminueix la tensió del generador, el condensador es descarrega més i més i augmenta el corrent de descàrrega al circuit. La direcció del corrent de descàrrega en aquest trimestre del període és oposada a la direcció del corrent de càrrega en el primer trimestre del període. En conseqüència, la corba actual que ha passat el valor zero es troba ara per sota de l'eix del temps.

Al final del primer mig cicle, la tensió del generador, així com la tensió del condensador, s'acosten ràpidament a zero i el corrent del circuit assoleix lentament el seu valor màxim. Atès que el valor del corrent al circuit és més gran, com més gran sigui el valor de la càrrega transportada al circuit, quedarà clar per què el corrent arriba al seu màxim quan la tensió a les plaques del condensador, i per tant la càrrega en condensador, disminueix ràpidament.

Amb l'inici del tercer trimestre del període, el condensador comença a carregar-se de nou, però la polaritat de les seves plaques, així com la polaritat del generador, canvia "i viceversa, i el corrent, continua circulant en el mateix direcció, comença a disminuir a mesura que es carrega el condensador.al final del tercer trimestre del període, quan les tensions del generador i del condensador arriben al seu màxim, el corrent passa a zero.

Durant l'últim quart del període, la tensió, decreixent, cau a zero i el corrent, després d'haver canviat de sentit al circuit, arriba al seu valor màxim. Aquí acaba el període, després del qual comença el següent, repetint exactament l'anterior, etc.

Així, sota l'acció de la tensió alterna del generador, el condensador es carrega dues vegades durant el període (el primer i tercer trimestre del període) i es descarrega dues vegades (el segon i quart trimestre del període). Però com que s'alternen un a un càrregues i descàrregues dels condensadors acompanyat cada vegada del pas del corrent de càrrega i descàrrega pel circuit, podem concloure que corrent altern.

Podeu comprovar-ho en el següent experiment senzill. Connecteu un condensador de 4-6 microfarads a la xarxa mitjançant una bombeta de 25 W.El llum s'encendrà i no s'apagarà fins que no es trenqui el circuit. Això suggereix que un corrent altern ha passat pel circuit amb la capacitat. Per descomptat, no passa pel dielèctric del condensador, però en qualsevol moment representa un corrent de càrrega o un corrent de descàrrega del condensador.

Com sabem, el dielèctric es polaritza sota l'acció d'un camp elèctric que s'hi genera quan el condensador està carregat, i la seva polarització desapareix quan el condensador es descarrega.

En aquest cas, el dielèctric amb el corrent de desplaçament que sorgeix en ell serveix per al corrent altern com una mena de continuació del circuit, i per a la constant trenca el circuit. Però el corrent de desplaçament només es forma dins del dielèctric del condensador i, per tant, no es produeix la transferència de càrregues al llarg del circuit.

La resistència que ofereix un condensador de CA depèn del valor de la capacitat del condensador i de la freqüència del corrent.

Com més gran sigui la capacitat del condensador, més gran serà la càrrega del circuit durant la càrrega i descàrrega del condensador i, en conseqüència, major serà el corrent al circuit. Un augment del corrent al circuit indica que la seva resistència ha disminuït.

Per tant, a mesura que augmenta la capacitat, la resistència del circuit al corrent altern disminueix.

Està creixent freqüència actual augmenta la quantitat de càrrega transportada al circuit perquè la càrrega (així com la descàrrega) del condensador s'ha de produir més ràpidament que a baixa freqüència. Al mateix temps, un augment de la quantitat de càrrega transferida per unitat de temps equival a un augment del corrent al circuit i, per tant, a una disminució de la seva resistència.

Si d'alguna manera reduïm gradualment la freqüència del corrent altern i reduïm el corrent a corrent continu, aleshores la resistència del condensador inclòs al circuit augmentarà gradualment i es farà infinitament gran (trencant el circuit) fins que aparegui en circuit de corrent constant.

Per tant, a mesura que augmenta la freqüència, la resistència del condensador al corrent altern disminueix.

De la mateixa manera que la resistència d'una bobina a un corrent altern s'anomena inductiva, la resistència d'un condensador s'anomena capacitiva.

Per tant, la resistència capacitiva és més gran, com menor és la capacitat del circuit i la freqüència del corrent que l'alimenta.

La resistència capacitiva es denota com Xc i es mesura en ohms.

La dependència de la resistència capacitiva de la freqüència del corrent i la capacitat del circuit està determinada per la fórmula Xc = 1 /ωC, on ω és una freqüència circular igual al producte de 2πe, C és la capacitat del circuit en farads.

La resistència capacitiva, com la resistència inductiva, té una naturalesa reactiva, ja que el condensador no consumeix l'energia de la font de corrent.

fórmula Llei d'Ohm per a un circuit capacitiu té la forma I = U / Xc, on I i U — valors efectius de corrent i tensió; Xc és la resistència capacitiva del circuit.

La propietat dels condensadors de proporcionar una alta resistència als corrents de baixa freqüència i de passar fàcilment corrents d'alta freqüència s'utilitza àmpliament en els circuits d'equips de comunicació.

Amb l'ajuda de condensadors, per exemple, s'aconsegueix la separació de corrents constants i corrents de baixa freqüència dels corrents d'alta freqüència, necessaris per al funcionament dels circuits.

Si cal bloquejar el camí del corrent de baixa freqüència a la part d'alta freqüència del circuit, es connecta un petit condensador en sèrie. Ofereix una gran resistència al corrent de baixa freqüència i al mateix temps passa fàcilment el corrent d'alta freqüència.

Si cal evitar el corrent d'alta freqüència, per exemple, al circuit d'alimentació de l'estació de ràdio, s'utilitza un condensador de gran capacitat, connectat en paral·lel amb la font de corrent. En aquest cas, el corrent d'alta freqüència passa pel condensador, evitant el circuit d'alimentació de l'estació de ràdio.

Resistència activa i condensador en el circuit de CA

A la pràctica, sovint s'observen casos en un circuit en sèrie amb una capacitat S'inclou resistència activa. La resistència total del circuit en aquest cas ve determinada per la fórmula

Per tant, la resistència total d'un circuit format per una resistència AC activa i capacitiva és igual a l'arrel quadrada de la suma dels quadrats de la resistència activa i capacitiva d'aquest circuit.

La llei d'Ohm també segueix sent vàlida per a aquest circuit I = U / Z.

A la fig. La figura 3 mostra les corbes que caracteritzen la relació de fase entre el corrent i la tensió en un circuit que conté resistència capacitiva i activa.

Arròs. 3. Intensitat, tensió i potència en un circuit amb un condensador i una resistència activa

Com es pot veure a la figura, el corrent en aquest cas augmenta la tensió no en un quart de període, sinó en menys, ja que la resistència activa viola la naturalesa purament capacitiva (reactiva) del circuit, com ho demostra la fase reduïda. canvi. Ara la tensió als terminals del circuit es defineix com la suma de dos components: el component reactiu del voltatge, superarà la resistència capacitiva del circuit i el component actiu de la tensió, superant la seva resistència activa.

Com més gran sigui la resistència activa del circuit, menor serà el canvi de fase entre el corrent i la tensió.

La corba del canvi de potència en el circuit (vegeu la figura 3) dues vegades durant el període va adquirir un signe negatiu, que, com ja sabem, és conseqüència de la naturalesa reactiva del circuit. Com menys reactiu sigui el circuit, menor serà el canvi de fase entre el corrent i la tensió, i més potència de la font de corrent consumeix aquest circuit.

Llegeix també: Ressonància de voltatge