Kondenzátor töltési és kisütési folyamatai

Csatlakoztasson egy áramkört, amely egy töltetlen kondenzátorról és egy C kapacitású ellenállásból áll, és az ellenállással, R ellenállással, egy állandó U feszültségű erőforrással (16-4. Ábra).

Mivel a kondenzátor bekapcsolásának pillanatában még nincs feltöltve, a rajta lévő feszültség az áramkörben a kezdeti pillanatban az R ellenállás feszültségesése egyenlő U-vel, és áram keletkezik, melynek erőssége a következő:

Ábra. 16-4. Kondenzátor töltése.

Az i áram áramlását a Q töltés fokozatos felhalmozódása kíséri a kondenzátoron, feszültség jelenik meg rajta, és az R ellenállás csökkenése csökken:

a Kirchhoff második törvényéből következik. Ezért az aktuális erősség

a Q töltési sebesség csökken, mivel az áram az áramkörben csökken

Idővel a kondenzátor továbbra is töltődik, de a Q töltés és a feszültség egyre lassabban növekszik (16-5. Ábra), és az áram az áramkörben fokozatosan csökken a különbséggel - a feszültség

Ábra. 16-5. Áram- és feszültséggrafika kondenzátor töltésekor.

Kellően nagy időintervallum után (elméletileg végtelenül nagy) a kondenzátor feszültsége eléri az áramforrás feszültségével megegyező értéket, és az áram nulla lesz - a kondenzátor töltésének folyamata véget ér.

Minél hosszabb a kondenzátor töltésének folyamata, annál nagyobb az R áramkör ellenállása, ami korlátozza az áram erősségét, és minél nagyobb a C kondenzátor kapacitása, mivel nagy kapacitással nagyobb töltésnek kell felhalmozódnia. A folyamat sebességét az áramkör időállandója jellemzi

minél több, annál lassabb a folyamat.

Az áramkör időállandója az idő dimenziója

Az áramkör bekapcsolásának pillanatától számított időintervallum után a kondenzátor feszültsége a tápfeszültség körülbelül 63% -át érte el, és egy intervallum után a kondenzátor töltési folyamatát véglegesnek tekinthetjük.

A töltéskor a kondenzátor feszültsége

azaz az exponenciális függvény törvénye szerint csökken (16-7. ábra).

Kondenzátor kisülési áram

vagyis a stresszhez hasonlóan ugyanezen törvény szerint csökken (6-7. ábra).

A kondenzátor töltése során az elektromos mezőben tárolt összes energiát, amikor kisül, a hő ellen az R ellenállásban szabadítja fel.

A feltöltött kondenzátor villamos mezője, amely leválasztva van az áramforrásból, hosszú ideig nem változhat, mivel a kondenzátor dielektromossága és a bilincsek közötti szigetelés valamilyen vezetőképességgel rendelkezik.

A tökéletlen dielektrikum és a szigetelés következtében a kondenzátor kisülését önkisülésnek nevezik. A kondenzátor önkisülésének időállandója nem függ a lemezek alakjától és a köztük lévő távolságtól.

A kondenzátor töltésének és kisütésének folyamatait tranzienseknek nevezik.

§ 6. Töltse fel és ürítse ki a kondenzátort

A kondenzátor töltéséhez szükség van arra, hogy a szabad elektronokat egy lemezről a másikra vigyük át. Az elektronok áthelyezése a kondenzátor egyik lemezéről a másikra a forrásfeszültség hatására lép fel a vezetéket összekötve a forrást a kondenzátor lemezeivel.

A kondenzátor bekapcsolásának pillanatában a lemezeken nincsenek töltések, és a feszültség nulla μ с = 0. Ezért a töltőáramot a r forrásának belső ellenállása határozza meg, és a legnagyobb értéke:

I C max = E / r be.

A kondenzátor lemezeken a töltések felhalmozódása esetén a feszültség növekszik, és a forrás belső ellenállásának feszültségesése egyenlő lesz a forrás és a kondenzátor feszültsége közötti különbséggel (E - μ s). ezért a töltőáram

i з = (Е- μ с) / r в.

Így a kondenzátor feszültségének növekedésével a töltőáram csökken és μ C = E esetén nullával egyenlő. A kondenzátor feszültségének megváltoztatásának folyamatát és az idővel töltött töltőáramot az 1. ábrán mutatjuk be. 1. A töltés kezdetén a kondenzátor feszültsége meredeken emelkedik, mivel a töltőáram a legnagyobb értékű, és a töltések felhalmozódása a kondenzátor lemezeken intenzíven történik. Ahogy a feszültség a kondenzátoron növekszik, a töltőáram csökken, és a töltések felhalmozódása a lemezeken lassul. A kondenzátor töltésének időtartama a kapacitásától és az áramkör ellenállásától függ, amelynek növekedése a töltés időtartamának növekedéséhez vezet. A kondenzátor kapacitásának növekedésével a lemezeken felhalmozódott töltések száma nő, és ha az áramkör ellenállása növekszik, a töltőáram csökken, és ez lelassítja a töltések felhalmozódását ezeken a lemezeken.

Ha a feltöltött kondenzátor lemezei bármilyen ellenálláshoz vannak csatlakoztatva, akkor a kondenzátor kisülési árama a kondenzátor feszültsége miatt áramlik. Amikor az elektronlemez lemez kondenzátora lemerül (a felesleggel), akkor egy másikra vált (ha hiány van), és addig folytatódik, amíg a lemezek potenciáljai kiegyenlülnek, azaz a kondenzátor feszültsége nulla lesz. A kondenzátor kisülése során a feszültségváltozást a 3. ábrán mutatjuk be. 2. A kondenzátor kisülési áramja arányos a kondenzátoron belüli feszültséggel (i р = μ s / R), és az idő változása hasonló a feszültség változásához.

A kisülés kezdeti pillanatában a kondenzátoron belüli feszültség a legmagasabb (μ s = E), a kisülési áram pedig maximális (I p max = E / R), így a kisülés gyorsan megtörténik. A feszültség csökkenésével a kisülési áram csökken, és az egyik lemezről a másikra történő töltés folyamata lassul.

A kondenzátor kisülési folyamatának ideje függ az áramkör ellenállásától és a kondenzátor kapacitásától, és az ellenállás és a kapacitás növekedése növeli a kisülés időtartamát. Az ellenállás növekedésével a kisülési áram csökken, a töltések átvitele a lemezekről a másikra lassul; a kondenzátor növekvő kapacitása növeli a lemezek töltését.

A kondenzátort tartalmazó áramkörben tehát az áram csak a töltés és a kisülés során megy végbe, azaz amikor a lemezeken lévő feszültség idővel változik. Ha a feszültség állandó, az áram nem halad át a kondenzátoron, azaz a kondenzátor nem halad át egy egyenáramot, mivel a lemezek között dielektrikum van elhelyezve, és ennek következtében az áramkör nyitva van.

A kondenzátor töltésekor az utóbbi képes felhalmozni az elektromos energiát, és azt energiaforrásból fogyasztja. A felhalmozott energiát egy bizonyos ideig tárolja. Ha kondenzátort ürítünk, ez az energia a kisülési ellenállásra továbbítja a fűtést, vagyis az elektromos térenergia hővé alakul. Minél nagyobb a kondenzátor kapacitása és a feszültség a lemezeken, annál nagyobb lesz a tárolt energia. A kondenzátor elektromos térenergiáját az alábbi kifejezés határozza meg

W = CU 2/2.

Ha egy 100 μF kapacitású kondenzátort 200 V feszültségre töltünk, akkor a kondenzátor elektromos mezőjében tárolt energia W = 100 · 10 -6 200 2/2 = 2 J.

fedő

A laboratóriumi munka száma 3.3

a "Fizika" fegyelemről

Vlagyivosztok

cím

Az Orosz Föderáció Oktatási és Tudományos Minisztériuma

Természettudományi Iskola

A KAPACITOROK FELHASZNÁLÁSÁNAK ÉS KIVÁLASZTÁSA. A KAPACITOR KAPACITÁS MEGHATÁROZÁSA

Vlagyivosztok

Távol-keleti szövetségi egyetem

____________________________________________________________________________________________________________

Cím forgalom

UDC 53 (o76,5)

Készítette: O.V.Plotnikova

A kondenzátor töltésének és kisütésének folyamatainak vizsgálata. Kapacitor kapacitás meghatározás:képzési kézikönyv a "Fizika" / Távol-Kelet Szövetségi Egyetem, Természettudományi Iskola 3.3. O.V.Plotnikova]. - Vladivostok: Dal'nevost. Fed. Univ., 2013. - p.

Az FEFU Természettudományi Iskola Általános Fizikai Tanszékén elkészített kézikönyv egy rövid elméleti anyagot tartalmaz az „Elektromos kapacitás. Kondenzátorok "és utasítások a laboratóriumi munkák végrehajtására" A kondenzátor feltöltési és kisütési folyamatainak vizsgálata. A kondenzátor kapacitásának meghatározása a „Fizika” szakterületen

FEFU főiskolai hallgatók számára.

UDC 53 (o76,5)

© FSAEI HPE "FEFU", 2013

A munka célja:a kondenzátor töltésének és kisütésének folyamatát leíró törvények kísérleti validálása, egy áramkör időállandójának meghatározása, egy ismeretlen kondenzátor kapacitás meghatározása.

Rövid elmélet

Elektromos kapacitás.

A vezetők olyan anyagok, amelyek nagy mennyiségű szabadon töltött részecskéket tartalmaznak. Fémes vezetőkben az ilyen részecskék szabad elektronok, elektrolitokban - pozitív és negatív ionok, ionizált gázokban - ionok és elektronok.

Ha úgy véljük, hogy egy karmester, amely mellett nincsenek más vezetők, akkor magányosnak hívják. A tapasztalatok azt mutatják, hogy a magányos vezető potenciálja közvetlenül arányos a rá vetett díjjal. A vezetőnek a potenciáljához adott töltés arányát a vezető elektromos kapacitásának (vagy egyszerűen a kapacitásnak) nevezzük:

Így a kapacitást az a díj mértéke határozza meg, amelyet a vezetőnek jelenteni kell annak érdekében, hogy potenciálját egyenként növelje.

A kapacitás függ a vezető méretétől és alakjától, a közeg dielektromos állandójától, számos más vezető jelenlététől, és nem függ a töltéstől vagy a potenciáltól. Tehát az egy sugárzó, R sugárú gömb esetében a kapacitás:

C = 4πεε 0 R. (mivel a φ =

).

Itt ε a közeg dielektromos állandója, ε 0 az elektromos konstans.

Az SI rendszer kapacitási egységét Farada (F) néven hívják. 1F = 1 .

Kondenzátorok.

A kapacitásnak nemcsak az egyes vezetők, hanem a vezetők rendszerei is vannak. A dielektromos réteggel elválasztott két vezetőből álló rendszert kondenzátornak nevezzük. Ebben az esetben a vezetőket kondenzátor lemezeknek nevezik. A lemezeken lévő töltések ellentétes jelekkel rendelkeznek, de nagyságrendileg azonosak. A kondenzátor szinte teljes területe a lemezek és a közepe között koncentrálódik.

A kondenzátor kapacitását nagyságnak nevezzük

C = , (1)

ahol q az egyik lemez töltésének abszolút értéke, U a lemezek közötti potenciális különbség (feszültség).

A lemezek alakjától függően a kondenzátorok laposak, gömb alakúak, hengeresek.

Nézzük meg, hogy egy lapos kondenzátor kapacitása, amelynek lemezei S területtel rendelkeznek, d távolságban helyezkednek el, és a lemezek közötti tér egy dielektromos ε-vel ellátott dielektrikummal van feltöltve.

Ha a felületi töltési sűrűség a lemezeken σ (σ =), akkor a kondenzátor térerőssége (a mező egyenletesnek tekinthető) egyenlő:

E = =

A lemezek közötti potenciális különbség a térerősséghez kapcsolódik: E =   ahol U = Ed = =

Az (1) képlet alkalmazásával egy lapos kondenzátor kapacitását kapjuk:

C = (2)

Kondenzátor csatlakozás.

A kapcsolatok két fő típusát használják: soros és párhuzamos.

Párhuzamos csatlakozással (1. ábra) az akkumulátor teljes kapacitása megegyezik az összes kondenzátor kondenzátorainak összegével:

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

Soros csatlakozással (2. ábra) a teljes kapacitás reciprokja megegyezik az összes kondenzátor kondenzátorainak reciprok összegével:

. (4)

Ha n kondenzátorok sorba vannak kapcsolva azonos kapacitású C-vel, akkor a teljes kapacitás: C összesen. =

Ábra. 1. Párhuzamos kapcsolat. Ábra. 2. Szekvenciális kapcsolat

Energia kondenzátor

Ha a kondenzátor töltésének folyamata lassú (kvázi-álló), akkor feltételezhetjük, hogy minden pillanatban minden kondenzátor lemez potenciálja minden ponton megegyezik. Mivel a töltés dq-vel növekszik, a munkát elvégzik.

ahol u a kondenzátor lemezek közötti feszültség pillanatnyi értéke. Ezt figyelembe véve

kapunk:

. Ha a kapacitás nem függ a feszültségtől, akkor ez a munka a kondenzátor energiájának növelésével megy végbe. Ennek a kifejezésnek az integrálása:

,

ahol W a kondenzátor energia, U a feltöltött kondenzátor lemezei közötti feszültség.

A töltés, a kondenzátor kapacitása és a feszültség közötti kapcsolatot felhasználva a feltöltött kondenzátor energiáját más formákban is kifejezhetjük:

. (5)

Négyszögletes áramok. A kondenzátor töltésének és kisütésének folyamata.

A kondenzátor töltésekor vagy kisülésekor a kondenzátor áramkörben áram folyik. Ha az aktuális változások nagyon lassan történnek, azaz az áramlási áramkörben és az emf áramkörben az elektromos egyensúly kialakulásának idején. kicsi, akkor az egyenáram törvényei használhatók azonnali értékeik meghatározására. Az ilyen lassan változó áramokat kvázi-állónak nevezik.

Mivel az elektromos egyensúly kialakulásának sebessége magas, a kvázi-álló áramok folyamata magában foglalja a szokásos értelemben meglehetősen gyors folyamatokat is: váltakozó áram, sok rádiómérnöki villamos rezgés. A kvázi álló helyzet a kondenzátor töltő- vagy kisülőárama.

Tekintsünk egy elektromos áramkört, amelynek teljes ellenállását R. jelöli. Az áramkör egy kondenzátort tartalmaz, amelynek kapacitása C, és egy áramforráshoz csatlakozik, emf-vel. ε (3. ábra).

Ábra. 3. A kondenzátor töltésének és kisütésének folyamatai.

Töltő kondenzátor. Kontúrra való alkalmazás ε Az RC1ε második Kirchhoff szabálya:

,

ahol I, U - az áram és a feszültség pillanatnyi értékei a kondenzátoron (az áramkör kiiktatásának irányát a nyíl jelzi).

Ezt figyelembe véve

,

, az egyenletet egy változóra hozhatja:

.

Bemutatunk egy új változót:

. Ezután az egyenlet meg van írva:

.

A változók megosztása és integrálása:

.

Az állandó meghatározása és a kezdeti feltételek használata:

t = 0, U = 0, u = - ε. Ezután kapjuk: A = - ε. Visszatérés a változóhoz

, végül megkapjuk a kondenzátor feszültségét:

. (6)

Idővel a kondenzátor feszültsége növekszik, aszimptotikusan közelítve az emf-hez. forrás (4. ábra, I.).

Kondenzátor kisülése.A CR2C kontúrnak a második Kirchhoff szabály szerint: RI = U. Azt is használjuk, hogy:

és

(az áram az ellenkező irányba áramlik).

Az U változót kapjuk:

. Integráló, kapunk:

.

A B integrációs konstansot a kezdeti feltételek alapján határozzuk meg: t = 0, U = ε. Ezután kapjuk: B = ε.

A kondenzátor feszültsége végül:

. (7)

Idővel a feszültség csökken, közelítve a 0-hoz (4. ábra, II. Ábra).

Ábra. 4. A kondenzátor töltési (I) és kisülési (II) diagramjai.

Idő konstans. A kondenzátor töltésének és kisütésének folyamatai (az elektromos egyensúly kialakítása) a következők értékétől függ:

, (8)

az idő mérete és az elektromos áramkör időállandója. Az időállandó megmutatja, hogy a kondenzátor kisülésének kezdete után mennyi ideig csökken a feszültség e (e = 2,71) tényezővel.

Módszerelmélet

Fordítsuk le a kifejezést (7):

(úgy vélik, hogy RC = τ).

Az lnU-t és a t-t (lineáris függőség) egyenes vonal (5. ábra) fejezi ki, amely az y-tengelyt (lnU) metszi egy koordináta-ponttal (0; lnε). Ennek a gráfnak a K szög-együtthatója meghatározza az áramkör időállandóságát:

, ahonnan

. (9)

Ábra. 5. A feszültség természetes logaritmusának függősége a kondenzátor kibocsátásakor

Képletek használata:

  és

, ugyanezt az időintervallumot kapja

:

.

Innen:

. (10)

Kísérleti beállítás

A telepítés egy főegységből áll - egy mérőmodulból, amely terminálokat tartalmaz további elemek csatlakoztatására, egy áramforrás, egy digitális multiméter és egy mini modulok sorozata különböző ellenállási és kapacitási értékekkel.

A munka elvégzéséhez egy elektromos áramkört szerelnek össze a modul felső panelén látható diagram szerint. Az 1M névleges értékű mini modul csatlakozik az „R 1” aljzatokhoz, és egy 100 2 névleges értékű mini modul csatlakozik az „R 2” aljzatokhoz. A vizsgált kondenzátor "C" aljzatokhoz csatlakoztatott paramétereit a tanár határozza meg. Az ampermérő aljzatába egy jumper van felszerelve. A voltmérő üzemmódban a feszültségmérő aljzathoz digitális multiméter csatlakozik.

Meg kell jegyezni, hogy az R és a digitális V voltmérő ellenállás (mini modulok) ellenállása feszültségelosztót képez, ami azt eredményezi, hogy a kondenzátoron a tényleges maximális feszültség nem egyenlő ε-vel, de

,

ahol r 0 - az áramforrás ellenállása. A megfelelő korrekciókat az időállandó kiszámításakor kell elvégezni. Ha azonban egy voltmérő (10 7 Ω) bemeneti ellenállása jelentősen meghaladja az ellenállások ellenállását, és a forrásellenállás kicsi, akkor ezeket a korrekciókat el lehet hagyni.

A munka rendje

1. táblázat

2. táblázat

3. táblázat

Mérési eredmények feldolgozása

A mérések eredményei szerint a diákok az alábbi feladatok egyikét végzik el (a tanár utasításai szerint).

1. feladat: A kondenzátor-kisülési görbék építése és a folyamatot leíró törvény kísérleti megerősítése.

Az 1. és 3. táblázatból vett adatok felhasználásával a C 1 és C 2 kondenzátorok kibocsátásakor az idő függvényében grafikonokat készítünk. Elemezze azokat, hasonlítsa össze az elméleti módszerekkel (4. ábra).

Építsen grafikonokat a C 1 és C 2 kondenzátorok kisüléséről a tengelyekben (lnU, t). Elemezze azokat, hasonlítsa össze az elméleti módszerekkel (5. ábra).

Határozza meg a grafikonokból a K 1 és K 2 szög-együtthatókat. A szög-együttható átlagértéke az egyenes szögének érintőjét meghatározó arány:

.

A véletlenszerű hibák grafikusan becsülhetők a kísérleti pontok egyenes vonalhoz viszonyított eltérésével. A szög-együttható relatív hibája a következő képlet szerint található:

,

ahol δ (lnU) a legtávolabbi kísérleti pont egyenes vonalától való eltérés (a lnU tengelyen lévő vetületben),

- a mérési időköz.

2. feladat: Az ismeretlen kondenzátor kapacitás meghatározása.

Az 1. és 2. táblázatból vett adatok felhasználásával a С 1 és С x kondenzátorok kibocsátásának feszültsége és ideje közötti grafikonokat állítsunk elő. Elemezze azokat, hasonlítsa össze az elméleti módszerekkel (4. ábra).

A C 1 és C x kondenzátorok kisülésének grafikonjait építjük fel a tengelyekben (lnU, t). Hasonlítsa össze őket, és tegyen következtetést az időállandók arányáról (lásd 5. ábra).

Határozzuk meg a (10) képlettel ismeretlen kapacitást az 1. és 2. táblázat grafikonjaival és adataival.

Keresse meg az ε К1 és ε кх szög-együtthatók relatív hibáit (lásd az 1. feladat 4. oldalát).

Határozza meg a relatív és abszolút hibakapacitást:

,

.

Hasonlítsa össze a kapott С x értéket a digitális multiméterrel mért értékkel a kapacitásmérés módjában. Végezz el egy következtetést.

További feladat.

Számítsuk ki a feltöltött kondenzátor energiáját az (5) képlettel.

Teszt kérdések

Mi a kondenzátor? Mi az úgynevezett kondenzátor kapacitás?

Bizonyítsuk be, hogy a lapos kondenzátor elektromos mezője a lemezek között koncentrálódik.

2. Hány kondenzátort kell venni 2 μF-es kapacitással, és hogyan kell őket csatlakoztatni,

5 db mikropadló teljes kapacitását?

Hogyan találhatom meg a feltöltött kondenzátor energiáját?

Milyen áramokat neveznek kvázi-állónak? Miért minősíthetők egy kondenzátor töltési és kisülési áramlása kvázi-állónak?

Milyen törvény szerint változik a kondenzátor feszültsége a folyamatokban a) töltés és b) kisülés?

Mit mutat az áramkör időállandója? Mitől függ?

Miért épül ez a munka az lnU és t közötti grafikon?

Hogyan határozza meg ezt a munkát az áramkör időállandója?

IRODALOM

1.Trofimova T.I. Fizika tanfolyam. / T.I. Trofimova. - M.: Felsőiskola, 2006-2009, év - 544 év.

2 Saveliev I.V. Fizika tanfolyam. 3 kötetben. 2. kötet. Villamos energia. Rezgések és hullámok. Hullám optika. Ed. 3. sztereotípia. / I.V. Saveliev - M.: Lan, 2007. - 480 p.

3. Grabovsky R. I. Fizika tanfolyam / R.I. Grabovszkij - Szentpétervár: Lan kiadó, 2012. - 608с.

4. Zisman G. A., Todes O. M. Kurs általános fizika kurzusa. 3 kötetben. 2. kötet. Villamos energia és mágnesesség / G.А. Zisman, O.M. Todes - Szentpétervár: „Lan”, 2007. - 352c.

Trailer cím

Oktatási kiadás

Összeállította:

PlotnikovOlga Vasilyevna

A KAPACITOROK FELHASZNÁLÁSÁNAK ÉS KIVÁLASZTÁSA. A KAPACITOR KAPACITÁS MEGHATÁROZÁSA

A "Fizika" témakörben a 3.3.

Számítógép elrendezése

Nyomtatásra aláírt

Formátum: 60x84 / 16. Usl.pech.l. Uch.-izd.l.

Cirkulációs másolatok. megbízás

Távol-keleti szövetségi egyetem

A SHEN FEFU Általános Fizikai Tanszékén nyomtatva

690091, Vladivostok, ul. Sukhanova, 8

Kondenzátor töltése

A kondenzátor töltéséhez meg kell adni azt a DC áramkörben. Az 1. ábrán Az 1. ábrán egy kondenzátor töltő áramkör látható. A C kondenzátor csatlakozik a generátor kapcsaihoz. A kulcs segítségével bezárhatja vagy megnyithatja az áramkört. Vizsgálja meg részletesen a kondenzátor töltésének folyamatát.

A generátor belső ellenállással rendelkezik. Zárva a kulcsot, a kondenzátort az e. d. a. generátor: Uc = E. Ebben az esetben a generátor pozitív bilincséhez csatlakoztatott lemez pozitív töltést kap (+ q), és a második lemez egyenlő nagyságú negatív töltést kap (-q). A q töltés nagysága közvetlenül arányos a C kondenzátor kapacitásával és a lemezeken lévő feszültséggel: q = CUc

P jelentése. 1

Annak érdekében, hogy a kondenzátor lemezek feltöltésre kerüljenek, szükség van arra, hogy egyikük nyerjen, a másik pedig néhány elektronot elveszítsen. Az elektronok átvitelét az egyik lemezről a másikra a generátor elektromotoros ereje hajtja végre a külső áramkörön, és a töltések áramköre mentén történő mozgásának folyamata nem más, mint egy elektromos áram, amelyet úgynevezett kapacitív áram töltése   Felszámolok

A töltési ár az árban általában egy másodpercenként folyik, amíg a kondenzátor feszültsége eléri az e értéket. d. a. generátort. A töltés alatt a kondenzátor lemezeken lévő feszültségnövekedési grafikon a 2. ábrán látható. A 2. ábrán látható, hogy az Uc feszültség egyenletesen emelkedik, először gyorsan, majd lassabban, amíg egyenlő lesz e. d. a. E generátor. Ezután a kondenzátor feszültsége változatlan marad.

Ábra. 2. Feszültség és áram grafikonjai kondenzátor töltésekor

Miközben a kondenzátor töltődik, a töltőáram áthalad az áramkörön. A töltési áram grafikonja a 2. ábrán látható. 2, b. A kezdeti pillanatban a töltőáramnak a legmagasabb értéke van, mert a kondenzátor feszültsége még mindig nulla, és az Ohm törvénye szerint io zar = E / Ri, mivel mind e. d. a. A generátort az Ri ellenálláson alkalmazzuk.

A kondenzátor töltéseként, azaz erősen növekszik, csökken a töltőáramnál. Amikor a feszültség már a kondenzátoron van, az ellenállás feszültségesése egyenlő lesz az e. d. a. generátor és a kondenzátor feszültsége, azaz E-U c. Ezért i zar = (E-Uc) / Ri

Ez azt mutatja, hogy a növekvő Uc-vel az i-töltés csökken, és Uc = E esetén a töltőáram nulla.

A kondenzátor töltési folyamatának időtartama két nagyságrendtől függ:

1) a Ri generátor belső ellenállásától, \\ t

2) a C kondenzátor kondenzátorból.

Az 1. ábrán A 2. ábra egy 10 mikroszálas kapacitású kondenzátor elegáns áramának grafikonja: az 1. görbe megfelel a generátorról az e. d. a. E = 100 V, és belső ellenállása Ri = 10 Ohm, a 2. görbe megfelel a generátorról ugyanazzal a feltöltési eljárással. D. s, de kevesebb belső ellenállással: Ri = 5 ohm.

Ezeknek a görbéknek az összehasonlításából kitűnik, hogy a generátor kisebb belső ellenállása esetén az elegáns áram teljesítménye a kezdeti pillanatban nagyobb, ezért a töltési folyamat gyorsabb.

Ábra. 2. Diagramok a különböző ellenállású áramok töltésére

Az 1. ábrán A 3. ábra összehasonlítja a töltési áramok diagramjait, amikor ugyanabból a generátorból töltik az e. d. a. Е = 100 V és belső ellenállás Ri = 10 ohm két különböző kapacitású kondenzátorral: 10 mikroszálas (1. görbe) és 20 mikroszálas (2. görbe).

A kezdeti töltési áram io zar = E / Ri = 100/10 = 10 A értéke mindkét kondenzátor esetében megegyezik, de mivel egy nagyobb kondenzátor több energiát gyűjt, a töltési áramának hosszabb ideig kell tartania és a töltési folyamat hosszabb lesz.

Ábra. 3. A diagramok töltése különböző kapacitásokkal történik

Kondenzátor kisülése

Húzza ki a feltöltött kondenzátort a generátorból, és csatlakoztassa az ellenállását a lemezekhez.

A kondenzátor lemezeken egy feszültség U c van, ezért egy zárt villamos áramkörben áram áramlik, amit kisülési kapacitív áramnak neveznek.

Az áram a kondenzátor pozitív lapjáról a negatív lemezre való ellenálláson keresztül áramlik. Ez megegyezik a negatív lemezről a pozitív elektronra való átmenetre, ahol hiányoznak. A sorozat kereteinek folyamata addig zajlik, amíg a két lemez potenciálja egyenlő, vagyis a potenciális különbség nulla lesz: Uc = 0.

Az 1. ábrán A 4. ábrán látható a grafikon, amely a kondenzátor feszültségének csökkenését mutatja az Uc o = 100 V-tól a nullára történő kibocsátáskor, a feszültség először gyorsan és lassabban csökken.

Az 1. ábrán A 4, b ábrán a kisülési áram grafikonja látható. A kisülési áram erőssége függ az R ellenállás nagyságától és az Ohm törvénye szerint i Bit = Uc / R

Ábra. 4. Feszültség és áramkörök a kondenzátor kisüléséhez

A kezdeti pillanatban, amikor a feszültség a kondenzátorlemezeken a legnagyobb, a kisülési áram is a legnagyobb, és a kisülési folyamat során az Uc csökkenésével csökken a kisülési áram. Amikor Uc = 0, a kisülési áram leáll.

A mentesítés időtartama a következőktől függ:

1) a C kondenzátorból

2) az R ellenállás nagyságára, amelyre a kondenzátor lemerül.

Minél nagyobb az R ellenállás, annál lassabb lesz a kisülés. Ez azzal magyarázható, hogy nagy ellenállással a kisülési áram alacsony, és a kondenzátor lemezek töltése lassan csökken.

Ez látható ugyanazon kondenzátor kisülési áramának grafikonjain, amelynek kapacitása 10 mikroszálas, és 100 V feszültségig van feltöltve, két különböző ellenállási értékkel (5. ábra): 1. görbe - R = 40 Ω, i op = Uc о / R = 100/40 = 2,5 A és a 2 görbe - 20 Ohm vagy 100/20 = 5 A.

Ábra. 5. A különböző ellenállású kisülési áramok grafikonjai

A kisülés is lassabb, ha a kondenzátor nagy. Ez kiderül, mert nagyobb kapacitással nagyobb a villamos energia a kondenzátor lemezeken (több töltés), és hosszabb időre van szükség a töltés leállításához. Ez egyértelműen látható a két kondenzátor kisülési áramának grafikonjaival, amelyek kondenzátorszélessége 100 V-os feszültséggel van kitöltve, és R = 40 resistance ellenállás esetén lemerült (6. ábra: 10 mikropárnák kondenzátorának 1. görbéje és 2. görbe a 20 kondenzátor esetében) ICF).

Ábra. 6. A különböző kapacitású kisülési áramok grafikonjai

A vizsgált folyamatokból arra lehet következtetni, hogy a kondenzátoráramú áramkörben csak a töltés és a kisülés pillanatában áramlik, amikor a lemezeken lévő feszültség változik.

Ez azzal magyarázható, hogy amikor a feszültség változik, a lemezek töltése megváltozik, és ez megköveteli a töltések mozgását az áramkör mentén, vagyis egy áramnak át kell mennie az áramkörön. A feltöltött kondenzátor nem teszi lehetővé az egyenáramot, mivel a lemezek közötti dielektrikum megnyitja az áramkört.

Kondenzátor energia

A töltés folyamata során a kondenzátor energiát halmoz fel, és a generátortól kapja. Ha kondenzátort ürítünk, az elektromos mező összes energiája hőenergiává alakul át, vagyis az ellenállás fűtésére kerül, amelyen keresztül a kondenzátor lemerül. Minél nagyobb a kondenzátor kapacitása és a feszültség a lemezeken, annál nagyobb lesz a kondenzátor elektromos mező energiája. Az az energiamennyiség, amelyet a kondenzátor C kapacitása U töltésű, egyenlő: W = W c = C 2/2

Példa erre. C = 10 µF kondenzátor U = 500 V-os feszültségre van beállítva. Határozza meg azt az energiát, amely a hő hatására felszabadul az ellenálláson, amelyen keresztül a kondenzátor lemerül.

A döntés. A lemerüléskor a kondenzátor által tárolt összes energia hőbe kerül. Ezért W = W c = CU 2/2 = (10 x 10 -6 x 500) / 2 = 1,25 j.