Procesos de carga y descarga de condensadores.

Conecte un circuito que consiste en un condensador sin carga con capacitancia C y una resistencia con resistencia R a una fuente de alimentación con un voltaje constante U (Fig. 16-4).

Dado que en el momento de la conexión, el condensador aún no está cargado, la tensión en él, por lo tanto, en el circuito en el momento inicial, la caída de tensión en la resistencia R es igual a U y surge una corriente, cuya intensidad

La figura 16-4. Condensador de carga.

El paso de la corriente i se acompaña de una acumulación gradual de carga Q en el condensador, aparece un voltaje en él y la caída de voltaje en la resistencia R disminuye:

como se desprende de la segunda ley de Kirchhoff. Por lo tanto, la fuerza actual

la tasa de acumulación de carga Q disminuye a medida que disminuye la corriente en el circuito

Con el tiempo, el condensador continúa cargando, pero la carga Q y la tensión aumentan cada vez más lentamente (Fig. 16-5), y la corriente en el circuito disminuye gradualmente en proporción a la diferencia: la tensión

La figura 16-5. Gráfico de corriente y tensión al cargar un condensador.

Después de un intervalo de tiempo suficientemente grande (teóricamente infinitamente grande), el voltaje en el capacitor alcanza un valor igual al voltaje de la fuente de energía, y la corriente se vuelve cero: el proceso de carga del capacitor termina.

El proceso de carga del capacitor es más largo, mayor es la resistencia del circuito R, lo que limita la intensidad de la corriente y mayor la capacitancia del capacitor C, ya que con una gran capacitancia debe acumularse una mayor carga. La velocidad del proceso se caracteriza por la constante de tiempo del circuito.

cuanto más, más lento es el proceso.

La constante de tiempo del circuito tiene la dimensión del tiempo, ya que

Después de un intervalo de tiempo desde el momento de encender el circuito, la tensión en el condensador alcanza aproximadamente el 63% de la tensión de la fuente de alimentación, y después de un intervalo, el proceso de carga del condensador puede considerarse finalizado.

Tensión del condensador durante la carga

es decir, disminuye de acuerdo con la ley de la función exponencial (Fig. 16-7).

Corriente de descarga del condensador

es decir, que, al igual que el estrés, disminuye de acuerdo con la misma ley (fig. 6-7).

Toda la energía almacenada durante la carga de un condensador en su campo eléctrico, cuando se descarga, se libera como calor en la resistencia R.

El campo eléctrico de un capacitor cargado, desconectado de la fuente de energía, no puede permanecer sin cambios durante mucho tiempo, ya que el dieléctrico del capacitor y el aislamiento entre sus pinzas tienen cierta conductividad.

Una descarga de condensador debido a un dieléctrico y aislamiento imperfectos se denomina autodescarga. La constante de tiempo para la autodescarga de un condensador no depende de la forma de las placas y de la distancia entre ellas.

Los procesos de carga y descarga de un condensador se denominan transitorios.

§ 6. Carga y descarga del condensador.

Para cargar un capacitor, es necesario que los electrones libres se transfieran de una placa a otra. La transición de electrones de una placa de un capacitor a otra ocurre bajo la acción de la fuente de voltaje a través de los cables que conectan esta fuente a las placas del capacitor.

En el momento de encender el condensador, no hay cargas en sus placas y la tensión en él es cero μ с = 0. Por lo tanto, la corriente de carga está determinada por la resistencia interna de la fuente r en y tiene el mayor valor:

I C max = E / r in.

Con la acumulación de cargas en las placas de condensadores, la tensión aumenta y la caída de tensión en la resistencia interna de la fuente será igual a la diferencia entre la fem de la fuente y la tensión en el condensador (E - μ s). por lo tanto, la corriente de carga

i з = (Е- μ с) / r в.

Por lo tanto, con un aumento en el voltaje en el capacitor, la corriente de carga disminuirá y en μ C = E se vuelve igual a cero. El proceso de cambiar la tensión en el condensador y la corriente de carga a lo largo del tiempo se muestra en la fig. 1. Al comienzo de la carga, la tensión en el condensador aumenta considerablemente, ya que la corriente de carga tiene el mayor valor y la acumulación de cargas en las placas de condensadores se produce de forma intensiva. A medida que aumenta la tensión en el condensador, la corriente de carga disminuye y la acumulación de carga en las placas disminuye. La duración de la carga del condensador depende de su capacidad y la resistencia del circuito, cuyo aumento lleva a un aumento en la duración de la carga. Con un aumento en la capacitancia del capacitor, el número de cargas acumuladas en sus placas aumenta, y si la resistencia del circuito aumenta, la corriente de carga disminuye, y esto disminuye la acumulación de cargas en estas placas.

Si las placas de un capacitor cargado están conectadas a cualquier resistencia R, entonces la corriente de descarga del capacitor fluirá debido al voltaje en el capacitor. Cuando el condensador de la placa de la placa de electrones se descarga (con su exceso), cambiará a otro (si hay una escasez) y continuará hasta que se igualen los potenciales de las placas, es decir, la tensión en el condensador se vuelva cero. El cambio de voltaje durante la descarga del condensador se muestra en la Fig. 2. La corriente de descarga del capacitor es proporcional al voltaje a través del capacitor (i р = μ s / R), y su cambio en el tiempo es similar al cambio en el voltaje.

En el momento inicial de descarga, el voltaje a través del capacitor es el más alto (μ s = E) y la corriente de descarga es máxima (I p max = E / R), por lo que la descarga se produce rápidamente. Con una disminución en el voltaje, la corriente de descarga disminuye y el proceso de transferencia de carga de una placa a otra se ralentiza.

El tiempo del proceso de descarga del capacitor depende de la resistencia del circuito y la capacitancia del capacitor, y el aumento tanto en la resistencia como en la capacitancia aumenta la duración de la descarga. Con un aumento en la resistencia, la corriente de descarga disminuye, el proceso de transferencia de carga de una a otra de las placas se ralentiza; a medida que aumenta la capacitancia del condensador, aumenta la carga en las placas.

Así, en un circuito que contiene un condensador, la corriente pasa solo durante su carga y descarga, es decir, cuando el voltaje en las placas sufre un cambio en el tiempo. Cuando el voltaje es constante, la corriente no pasa a través del capacitor, es decir, el capacitor no pasa una corriente continua, ya que un dieléctrico se coloca entre sus placas y, como resultado, el circuito está abierto.

Al cargar un capacitor, este último puede acumular energía eléctrica, consumiéndolo de una fuente de energía. La energía acumulada se almacena durante un cierto tiempo. Cuando se descarga un condensador, esta energía pasa a la resistencia de descarga, calentándola, es decir, la energía del campo eléctrico se convierte en calor. Cuanto mayor sea la capacitancia del capacitor y el voltaje en sus placas, mayor será la energía almacenada en él. La energía del campo eléctrico de un condensador se define mediante la siguiente expresión

W = CU 2/2.

Si un condensador con una capacidad de 100 μF se carga a un voltaje de 200 V, entonces la energía almacenada en el campo eléctrico del condensador es W = 100 · 10 -6 · 200 2/2 = 2 J.

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Guía didáctica para el trabajo de laboratorio número 3.3.

en disciplina "fisica"

Vladivostok

Título

Ministerio de Educación y Ciencia de la Federación Rusa

Escuela de ciencias naturales

ESTUDIO DE CAPACITADORES DE CARGA Y DESCARGA. DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DEL CAPACITOR

Vladivostok

Universidad Federal del Lejano Oriente

____________________________________________________________________________________________________________

Rotación del título

UDC 53 (o76.5)

Compilado por: O.V.Plotnikova

Estudio de los procesos de carga y descarga de un condensador. Capacidad del condensador Definición:manual de entrenamiento manual para el trabajo de laboratorio número 3.3 sobre el tema "Física" / Universidad Federal del Extremo Oriente, Facultad de Ciencias Naturales [comp. O.V.Plotnikova]. - Vladivostok: Dal'nevost. federal Univ., 2013. - p.

El manual, preparado en el Departamento de Física General de la Escuela de Ciencias Naturales de FEFU, contiene un breve material teórico sobre el tema "Capacidad eléctrica". Condensadores "e instrucciones para la implementación del trabajo de laboratorio" El estudio de los procesos de carga y descarga de un condensador. Determinación de capacitancia del condensador ”en la disciplina“ Física ”.

Para estudiantes de licenciatura FEFU.

UDC 53 (o76.5)

© FSAEI HPE "FEFU", 2013

Objeto del trabajo:validación experimental de leyes que describen los procesos de carga y descarga de un capacitor, determinando la constante de tiempo de un circuito eléctrico, determinando una capacitancia desconocida del capacitor.

Teoría breve

Capacidad eléctrica.

Los conductores son sustancias que contienen una gran cantidad de partículas cargadas libres. En los conductores metálicos, tales partículas son electrones libres, en electrolitos, iones positivos y negativos, en gases ionizados, iones y electrones.

Si consideramos un conductor, al lado del cual no hay otros conductores, entonces se llama solitario. La experiencia muestra que el potencial de un conductor solitario es directamente proporcional a la carga en él. La relación entre la carga impartida al conductor y su potencial se denomina capacidad eléctrica del conductor (o simplemente capacidad):

Por lo tanto, la capacidad se determina por la cantidad de carga que se debe informar al conductor para aumentar su potencial en uno.

La capacidad depende del tamaño y la forma del conductor, de la constante dieléctrica del medio, de la presencia de un número de otros conductores y no depende de la carga o del potencial. Entonces, para una bola conductora solitaria de radio R, la capacidad es:

C = 4πεε 0 R. (dado que el potencial φ =

).

Aquí ε es la constante dieléctrica del medio, ε 0 es la constante eléctrica.

La unidad de capacitancia en el sistema SI se llama Farada (F). 1F = 1 .

Condensadores.

La capacidad no solo tiene conductores individuales, sino también sistemas de conductores. Un sistema que consta de dos conductores separados por una capa dieléctrica se denomina condensador. Los conductores en este caso se llaman placas de condensadores. Las cargas en las placas tienen signos opuestos, pero son iguales en magnitud. Casi todo el campo del condensador se concentra entre las placas y.

La capacitancia de un capacitor se llama magnitud.

C = , (1)

donde q es el valor absoluto de la carga de una de las placas, U es la diferencia de potencial (voltaje) entre las placas.

Dependiendo de la forma de las placas, los condensadores son planos, esféricos, cilíndricos.

Encontremos la capacitancia de un capacitor plano, cuyas placas tienen un área S, están ubicadas a una distancia d, y el espacio entre las placas se llena con un dieléctrico con una constante dieléctrica ε.

Si la densidad de carga superficial en las placas es σ (σ =), entonces la intensidad de campo del capacitor (el campo se considera uniforme) es igual a:

E = =

La diferencia de potencial entre las placas está relacionada con la intensidad de campo: E =   donde obtenemos U = Ed = =

Usando la fórmula (1), obtenemos la expresión para la capacidad de un capacitor plano:

C = (2)

Conexión del condensador.

Se utilizan dos tipos principales de conexiones: en serie y en paralelo.

Con una conexión en paralelo (Figura 1), la capacidad total de la batería es igual a la suma de los condensadores de todos los condensadores:

Con total = С 1 + С 2 + С 3 +… = ΣС i. (3)

Con una conexión en serie (Fig. 2), el recíproco de la capacidad total es igual a la suma del recíproco de los condensadores de todos los condensadores:

. (4)

Si n capacitores están conectados en serie con la misma capacidad C, entonces la capacidad total: C total. =

La figura 1. Conexión paralela. La figura 2. Conexión secuencial

Condensador de energia

Si el proceso de carga de un capacitor es lento (casi estacionario), entonces podemos asumir que en cada momento el potencial de cualquiera de las placas de capacitor es el mismo en todos los puntos. A medida que la carga aumenta en dq, se realiza el trabajo.

donde u es el valor instantáneo de la tensión entre las placas de condensadores. Teniendo en cuenta que

nosotros obtenemos

. Si la capacitancia no depende del voltaje, entonces este trabajo continúa aumentando la energía del capacitor. Integrando esta expresión, obtenemos:

,

donde W es la energía del capacitor, U es el voltaje entre las placas de un capacitor cargado.

Usando la relación entre carga, capacitancia del capacitor y voltaje, uno puede imaginar una expresión para la energía de un capacitor cargado en otras formas:

. (5)

Corrientes cuasistacionarias. Los procesos de carga y descarga del condensador.

Al cargar o descargar un capacitor, fluye una corriente en el circuito del capacitor. Si los cambios de corriente ocurren muy lentamente, es decir, durante el tiempo de establecer el equilibrio eléctrico en el circuito de cambio de corrientes y fem. son pequeñas, entonces las leyes de la corriente directa pueden usarse para determinar sus valores instantáneos. Tales corrientes de variación lenta se llaman cuasi estacionarias.

Dado que la tasa de establecimiento del equilibrio eléctrico es alta, el proceso de corrientes casi estacionarias también cubre procesos que son bastante rápidos en el sentido habitual: corriente alterna, muchas oscilaciones eléctricas utilizadas en la ingeniería de radio. Casi estacionarias son las corrientes de carga o descarga del condensador.

Considere un circuito eléctrico, cuya resistencia total se denota por R. El circuito contiene un condensador con una capacidad de C, conectado a una fuente de alimentación con emf. ε (fig. 3).

La figura 3. Los procesos de carga y descarga del condensador.

Condensador de carga. Aplicando al contorno ε RC1ε segunda regla de Kirchhoff, obtenemos:

,

donde I, U: valores instantáneos de corriente y voltaje en el capacitor (la dirección de la derivación del circuito se indica mediante la flecha).

Teniendo en cuenta que

,

, puedes llevar la ecuación a una variable:

.

Introducimos una nueva variable:

. Luego se escribe la ecuación:

.

Dividiendo las variables e integrando, obtenemos:

.

Para determinar la constante y usar las condiciones iniciales:

t = 0, U = 0, u = - ε. Entonces obtenemos: A = - ε. Volviendo a la variable

, finalmente obtenemos la expresión para el voltaje del capacitor:

. (6)

Con el tiempo, la tensión en el condensador aumenta, acercándose asintóticamente a la fem. Fuente (Fig. 4, I.).

Descarga del condensador.Para el contorno CR2C de acuerdo con la segunda regla de Kirchhoff: RI = U. También utilizamos:

y

(La corriente fluye en la dirección opuesta).

Dada una variable U, obtenemos:

. Integrando, obtenemos:

.

La constante de integración B se determina a partir de las condiciones iniciales: t = 0, U = ε. Entonces obtenemos: B = ε.

Para el voltaje en el condensador, finalmente obtenemos:

. (7)

Con el tiempo, la tensión cae, acercándose a 0 (Fig. 4, II).

La figura 4. Cartas de carga (I) y descarga (II) de un condensador.

Constante de tiempo. La naturaleza de los procesos de carga y descarga de un condensador (el establecimiento del equilibrio eléctrico) depende del valor de:

, (8)

que tiene la dimensión del tiempo y se llama la constante de tiempo del circuito eléctrico. La constante de tiempo muestra cuánto tiempo después del comienzo de la descarga del condensador, la tensión disminuye en un factor de e (e = 2.71).

Teoría del método

Traducamos la expresión (7):

(considere que RC = τ).

La gráfica de lnU versus t (dependencia lineal) se expresa mediante una línea recta (Fig. 5) que interseca el eje y (lnU) en un punto con coordenadas (0; lnε). El coeficiente angular K de este gráfico determinará la constante de tiempo del circuito:

, de donde

. (9)

La figura 5. Dependencia del logaritmo natural del voltaje en el tiempo durante la descarga de un condensador

Usando fórmulas:

  y

, puede obtener eso para el mismo intervalo de tiempo

:

.

Desde aqui

. (10)

Configuración experimental

La instalación consta de una unidad principal: un módulo de medición, que tiene terminales para conectar elementos adicionales, una fuente de alimentación, un multímetro digital y un conjunto de mini módulos con diferentes valores de resistencia y capacitancia.

Para realizar el trabajo, se ensambla un circuito eléctrico de acuerdo con el diagrama que se muestra en el panel superior del módulo. Un mini módulo con un valor nominal de 1M está conectado a las tomas "R 1", y un mini módulo con un valor nominal de 100 Ω está conectado a las tomas "R 2". Los parámetros del capacitor investigado conectado a los enchufes "C" son establecidos por el maestro. Un puente está instalado en el zócalo del amperímetro. Un multímetro digital está conectado a la toma del voltímetro en el modo de voltímetro.

Cabe señalar que la resistencia de las resistencias de carga y descarga (mini-módulos) R y el voltímetro digital R V forman un divisor de tensión, lo que lleva al hecho de que la tensión máxima real en el condensador no es igual a ε, pero

,

donde r 0 - la resistencia de la fuente de poder. Se deberán realizar las correcciones correspondientes al calcular la constante de tiempo. Sin embargo, si la resistencia de entrada de un voltímetro (10 7) excede significativamente la resistencia de las resistencias, y la resistencia de la fuente es pequeña, entonces estas correcciones pueden ignorarse.

El orden de trabajo

Tabla 1

Tabla 2

Tabla 3

Procesando los resultados de medición

De acuerdo con los resultados de las mediciones, los estudiantes realizan una de las siguientes tareas (según las instrucciones del maestro).

Tarea 1. Construcción de curvas de descarga de condensadores y confirmación experimental de la ley que describe este proceso.

Usando los datos tomados de las Tablas 1 y 3, construya gráficas de la tensión en función del tiempo durante la descarga de los condensadores C 1 y C 2. Analízalos, compáralos con los teóricos (fig. 4).

Construir gráficas de descarga de condensadores C 1 y C 2 en los ejes (lnU, t). Analízalos, compáralos con teóricos (fig. 5).

Determine a partir de los gráficos los coeficientes angulares K 1 y K 2. El valor promedio del coeficiente angular se encuentra como una relación que determina la tangente del ángulo de la línea recta:

.

Los errores aleatorios pueden estimarse gráficamente por la desviación de los puntos experimentales con respecto a la línea recta. El error relativo del coeficiente angular se puede encontrar de acuerdo con la fórmula:

,

donde δ (lnU) es la desviación (en la proyección en el eje lnU) de la línea recta del punto experimental más distante,

- El intervalo en el que se realizan las mediciones.

Tarea 2. Determinación de capacitancia de condensador desconocido.

Usando los datos tomados de las Tablas 1 y 2, construya gráficas de voltaje versus tiempo para descargar los condensadores С 1 y С x. Analízalos, compáralos con los teóricos (fig. 4).

Construir gráficas de descarga de condensadores C 1 y C x en los ejes (lnU, t). Compárelos y haga una conclusión sobre la relación de las constantes de tiempo (ver Fig.5).

Determine mediante la fórmula (10) una capacidad desconocida, utilizando los gráficos y datos de las tablas 1 y 2.

Encuentre los errores relativos de los coeficientes angulares ε К1 y ε кх (vea la página 4 de la tarea 1).

Determine la capacidad de error relativa y absoluta:

,

.

Compare el valor obtenido Сx con el valor medido con un multímetro digital en el modo de medir la capacitancia. Hacer una conclusión

Tarea adicional.

Calcule la energía de un capacitor cargado usando la fórmula (5).

Preguntas de la prueba

¿Qué es un condensador? ¿Qué se llama capacidad de condensador?

Demostrar que el campo eléctrico de un condensador plano está concentrado entre sus placas.

2. Cuántos condensadores con una capacidad de 2 μF deben tomarse y cómo conectarlos,

¿Para obtener una capacidad total de 5 microfaradios?

¿Cómo puedo encontrar la energía de un condensador cargado?

¿Qué corrientes se llaman cuasi estacionarias? ¿Por qué las corrientes de carga y descarga de un condensador pueden clasificarse como casi estacionarias?

De acuerdo con la ley, la tensión en el condensador cambia en los procesos a) de carga yb) de descarga?

¿Qué muestra la constante de tiempo del circuito? ¿De qué depende?

¿Por qué este trabajo construye un gráfico de lnU versus t?

¿Cómo se determina en este trabajo la constante de tiempo del circuito eléctrico?

La literatura

1.Trofimova T.I. Curso de física. / T.I. Trofimova. - M .: Escuela Superior, 2006-2009, el año - 544s.

2 Saveliev I.V. Curso de física. En 3 volúmenes. Volumen 2. Electricidad. Oscilaciones y ondas. Onda óptica. Ed. 3º, estereotipo. / I.V. Saveliev - M.: Lan, 2007. - 480 p.

3. Grabovsky R. I. Curso de física / R.I. Grabovsky - San Petersburgo: Lan editorial, 2012. - 608с.

4 Zisman G. A., Todes O. M. Kurs, curso de física general. En 3 volúmenes. Volumen 2. Electricidad y magnetismo / G.А. Zisman, O.M. Todes - San Petersburgo: "Lan", 2007. - 352c.

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Edicion educativa

Compilado por

PlotnikovaOlga Vasilyevna

ESTUDIO DE CAPACITADORES DE CARGA Y DESCARGA. DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DEL CAPACITOR

Manual didáctico para el trabajo de laboratorio número 3.3 sobre el tema "Física".

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Copias de circulación. Orden

Universidad Federal del Lejano Oriente

Impreso en el Departamento de Física General de SHEN FEFU.

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Carga del condensador

Para cargar el condensador, debe incluirlo en el circuito de CC. En la fig. 1 muestra un circuito de carga del condensador. El condensador C está conectado a los terminales del generador. Con la llave, puede cerrar o abrir el circuito. Considere en detalle el proceso de carga del condensador.

El generador tiene resistencia interna. Cuando la llave está cerrada, el condensador se carga a una tensión entre las placas igual a e. d. generador: Uc = E. En este caso, la placa, conectada a la abrazadera positiva del generador, recibe una carga positiva (+ q), y la segunda placa recibe una carga negativa de igual magnitud (-q). La magnitud de la carga q es directamente proporcional a la capacitancia del condensador C y al voltaje en sus placas: q = CUc

P es. 1

Para que las placas de condensadores se carguen, es necesario que una de ellas gane, y la otra pierda algunos electrones. La transferencia de electrones de una placa a otra se realiza en el circuito externo mediante la fuerza electromotriz del generador, y el proceso de mover las cargas a lo largo del circuito no es más que una corriente eléctrica, llamada corriente capacitiva de carga  Yo cobro

La corriente de carga en el precio generalmente fluye en milésimas de segundo hasta que la tensión en el condensador alcanza un valor igual a e. d. generador El gráfico de aumento de voltaje en las placas de condensadores durante su carga se muestra en la Fig. 2, y desde donde se puede ver que la tensión Uc aumenta suavemente, primero rápidamente, y luego más lentamente, hasta que se vuelve igual a e. d. generador E. Después de esto, la tensión en el condensador permanece sin cambios.

La figura 2. Gráficos de voltaje y corriente al cargar un capacitor.

Mientras el condensador se está cargando, la corriente de carga pasa a través del circuito. El gráfico de corriente de carga se muestra en la fig. 2, b. En el momento inicial, la corriente de carga tiene el valor más alto, porque el voltaje en el capacitor sigue siendo cero, y de acuerdo con la ley de Ohm, io zar = E / Ri, ya que todo e. d. El generador se aplica a la resistencia Ri.

A medida que el capacitor se carga, es decir, aumenta intensamente en él, disminuye con la corriente de carga. Cuando la tensión ya está en el condensador, la caída de tensión en la resistencia será igual a la diferencia entre e. d. generador y la tensión en el condensador, es decir, igual a E - U c. Por lo tanto, i zar = (E-Uc) / Ri

Esto muestra que al aumentar Uc, la carga i disminuye y, en Uc = E, la corriente de carga se vuelve igual a cero.

La duración del proceso de carga de un condensador depende de dos grandezas:

1) De la resistencia interna del generador Ri,

2) del condensador C del condensador.

En la fig. 2 muestra gráficos de corrientes elegantes para un condensador con una capacidad de 10 microfaradios: la curva 1 corresponde al proceso de carga del generador con e. d. E = 100 V y con resistencia interna Ri = 10 Ohm, la curva 2 corresponde al proceso de carga del generador con la misma e. D. s, pero con menos resistencia interna: Ri = 5 ohmios.

A partir de una comparación de estas curvas, se puede ver que con una menor resistencia interna del generador, la potencia de la corriente elegante es mayor en el momento inicial y, por lo tanto, el proceso de carga es más rápido.

La figura 2. Cartas de corriente de carga para diferentes resistencias.

En la fig. 3 compara las tablas de corrientes de carga cuando se carga desde el mismo generador con e. d. Е = 100 V y resistencia interna Ri = 10 ohmios de dos capacitores de diferente capacitancia: 10 microfaradios (curva 1) y 20 microfaradios (curva 2).

El valor de la corriente de carga inicial io zar = E / Ri = 100/10 = 10 A es el mismo para ambos condensadores, pero como un condensador más grande acumula más electricidad, su corriente de carga debería llevar más tiempo y el proceso de carga será más largo.

La figura 3. Cartas de corriente de carga a diferentes capacidades.

Descarga del condensador

Desconecte el condensador cargado del generador y conecte la resistencia a sus placas.

En las placas de condensadores hay una tensión U c, por lo tanto, en un circuito eléctrico cerrado, fluye una corriente, llamada bit de corriente capacitiva de descarga i.

La corriente fluye desde la placa positiva del condensador a través de la resistencia a la placa negativa. Esto corresponde a la transición del exceso de electrones de la placa negativa a la positiva, donde faltan. El proceso de los cuadros de la serie tiene lugar hasta que los potenciales de las dos placas son iguales, es decir, la diferencia de potencial entre ellas se convierte en cero: Uc = 0.

En la fig. 4, a muestra un gráfico de la disminución en el voltaje en el capacitor durante la descarga de Uc o = 100 V a cero, con el voltaje disminuyendo primero rápidamente y luego más lento.

En la fig. 4, b muestra una gráfica de la corriente de descarga. La intensidad de la corriente de descarga depende de la magnitud de la resistencia R y de acuerdo con la ley de Ohm i Bit = Uc / R

La figura 4. Diagramas de tensión y corriente para descarga de condensadores.

En el momento inicial, cuando la tensión en las placas de los condensadores es máxima, la corriente de descarga también es la mayor, y con una disminución de Uc durante el proceso de descarga, la corriente de descarga disminuye. Cuando Uc = 0, la corriente de descarga se detiene.

La duración de la descarga depende de:

1) del condensador C

2) en la magnitud de la resistencia R, a la que se descarga el condensador.

Cuanto mayor sea la resistencia R, más lenta será la descarga. Esto se explica por el hecho de que, con una gran resistencia, la potencia de la corriente de descarga es pequeña y la carga en las placas de condensadores disminuye lentamente.

Esto se puede mostrar en los gráficos de la corriente de descarga del mismo condensador, con una capacidad de 10 microfaradios y cargado hasta un voltaje de 100 V, con dos valores diferentes de resistencia (Fig. 5): curva 1 - en R = 40 Ω, i op = Uc о / R = 100/40 = 2.5 A y curva 2 - a 20 Ohm i o = 100/20 = 5 A.

La figura 5. Gráficos de corrientes de descarga para diferentes resistencias.

La descarga es más lenta también cuando el condensador es grande. Esto se debe a que, con una mayor capacidad, hay una mayor cantidad de electricidad en las placas de los condensadores (más carga) y se requerirá un período de tiempo más prolongado para que la carga se escape. Esto se muestra claramente mediante gráficos de corrientes de descarga para dos condensadores con un ancho de condensador cargado al mismo voltaje de 100 V y descargado para resistencia R = 40 (Fig. 6: curva 1 para un condensador con una capacidad de 10 μf y curva 2 para un condensador con una capacidad de 20 uf).

La figura 6. Gráficos de corrientes de descarga para diferentes capacidades.

A partir de los procesos considerados, se puede concluir que en un circuito con una corriente de condensador fluye solo en los momentos de carga y descarga, cuando cambia el voltaje en las placas.

Esto se explica por el hecho de que cuando el voltaje cambia, la carga en las placas cambia, y esto requiere el movimiento de las cargas a lo largo del circuito, es decir, una corriente eléctrica debe pasar a través del circuito. Un condensador cargado no permite corriente directa, ya que el dieléctrico entre sus placas abre el circuito.

Energía del condensador

En el proceso de carga, el condensador acumula energía y lo obtiene del generador. Cuando se descarga un condensador, toda la energía del campo eléctrico se convierte en energía térmica, es decir, se calienta la resistencia, a través de la cual se descarga el condensador. Cuanto mayor sea la capacitancia del capacitor y el voltaje en sus placas, mayor será la energía del campo eléctrico del capacitor. La cantidad de energía que un capacitor tiene una capacidad C, cargada a una tensión U, es igual a: W = W c = C 2/2

Un ejemplo Condensador C = 10 µF cargado a un voltaje de U en = 500 V. Determine la energía que se liberará en el calor en la resistencia a través de la cual se descarga el capacitor.

La decisión. Cuando se descarga, toda la energía almacenada por el condensador se calienta. Por lo tanto, W = W c = CU 2/2 = (10 x 10 -6 x 500) / 2 = 1.25 j.