Condensatore CA

Montiamo il circuito con condensatore, dove l'alternatore genera una tensione sinusoidale. Analizziamo in sequenza cosa accadrà nel circuito quando chiudiamo l'interruttore. Considereremo il momento iniziale in cui la tensione del generatore è uguale a zero.

Durante il primo quarto del periodo, la tensione ai capi del generatore aumenterà, partendo da zero, e il condensatore comincerà a caricarsi. Una corrente apparirà nel circuito, tuttavia, al primo momento di caricare il condensatore, nonostante il fatto che la tensione sulle sue piastre sia appena apparsa ed è ancora molto piccola, la corrente nel circuito (corrente di carica) sarà la più grande . All'aumentare della carica sul condensatore, la corrente nel circuito diminuisce e raggiunge lo zero nel momento in cui il condensatore è completamente carico. In questo caso la tensione sulle armature del condensatore, seguendo rigorosamente la tensione del generatore, diventa in questo momento massima, ma di segno opposto, cioè diretta alla tensione del generatore.

Riso. 1. Variazione di corrente e tensione in un circuito con capacità

In questo modo la corrente si riversa con la massima forza in un condensatore gratuitamente, ma inizia subito a diminuire quando le armature del condensatore si riempiono di cariche e cadono a zero, caricandolo completamente.

Confrontiamo questo fenomeno con quanto accade allo scorrere dell'acqua in un tubo che collega due vasi comunicanti (fig. 2), uno pieno e l'altro vuoto. Basta premere la valvola che blocca il percorso dell'acqua, poiché l'acqua scorre immediatamente dal vaso sinistro sotto grande pressione attraverso il tubo nel vaso destro vuoto. Immediatamente, tuttavia, la pressione dell'acqua nel tubo inizierà gradualmente a indebolirsi a causa dell'equalizzazione dei livelli nei vasi e scenderà a zero. Il flusso d'acqua si fermerà.

Riso. 2. La variazione della pressione dell'acqua nel tubo che collega i vasi di comunicazione è simile alla variazione di corrente nel circuito durante la carica del condensatore

Allo stesso modo, la corrente prima si riversa in un condensatore scarico e poi gradualmente si indebolisce man mano che si carica.

All'inizio del secondo quarto del periodo, quando la tensione del generatore inizia inizialmente lentamente e poi diminuisce sempre più rapidamente, il condensatore carico si scaricherà nel generatore, provocando una corrente di scarica nel circuito. Man mano che la tensione del generatore diminuisce, il condensatore si scarica sempre di più e la corrente di scarica nel circuito aumenta. La direzione della corrente di scarica in questo quarto del periodo è opposta alla direzione della corrente di carica nel primo quarto del periodo. Di conseguenza, la curva corrente che ha superato il valore zero si trova ora sotto l'asse del tempo.

Entro la fine del primo semiciclo, la tensione del generatore, così come la tensione del condensatore, si avvicina rapidamente allo zero e la corrente del circuito raggiunge lentamente il suo valore massimo. Dato che il valore della corrente nel circuito è maggiore, maggiore è il valore della carica trasportata nel circuito, risulterà chiaro perché la corrente raggiunge il suo massimo quando la tensione sulle armature del condensatore, e quindi la carica su condensatore, diminuisce rapidamente.

Con l'inizio del terzo quarto del periodo, il condensatore ricomincia a caricarsi, ma la polarità delle sue armature, così come la polarità del generatore, cambia "e viceversa, e la corrente, continuando a fluire nello stesso direzione, inizia a diminuire man mano che il condensatore si carica Alla fine del terzo quarto del periodo, quando le tensioni del generatore e del condensatore raggiungono il loro massimo, la corrente va a zero.

Durante l'ultimo quarto del periodo, la tensione, diminuendo, scende a zero e la corrente, dopo aver cambiato direzione nel circuito, raggiunge il suo valore massimo. Qui termina il periodo, dopodiché inizia il successivo, ripetendo esattamente il precedente, e così via.

Pertanto, sotto l'azione della tensione alternata del generatore, il condensatore viene caricato due volte durante il periodo (il primo e il terzo quarto del periodo) e scaricato due volte (il secondo e il quarto quarto del periodo). Ma dal momento che si alternano uno per uno carica e scarica del condensatore accompagnato ogni volta dal passaggio della corrente di carica e scarica attraverso il circuito, allora possiamo concludere che corrente alternata.

Puoi verificarlo nel seguente semplice esperimento. Collegare un condensatore da 4-6 microfarad alla rete tramite una lampadina da 25 W.La luce si accenderà e non si spegnerà finché il circuito non sarà interrotto. Ciò suggerisce che una corrente alternata è passata attraverso il circuito con la capacità. Ovviamente non passa attraverso il dielettrico del condensatore, ma in qualsiasi momento rappresenta o una corrente di carica o una corrente di scarica del condensatore.

Come sappiamo, il dielettrico è polarizzato sotto l'azione di un campo elettrico che si forma in esso quando il condensatore viene caricato e la sua polarizzazione scompare quando il condensatore viene scaricato.

In questo caso, il dielettrico con la corrente di spostamento che ne deriva serve per la corrente alternata come una sorta di continuazione del circuito, e per la costante interrompe il circuito. Ma la corrente di spostamento si forma solo all'interno del dielettrico del condensatore, e quindi non avviene il trasferimento di cariche lungo il circuito.

La resistenza offerta da un condensatore CA dipende dal valore della capacità del condensatore e dalla frequenza della corrente.

Maggiore è la capacità del condensatore, maggiore è la carica sul circuito durante la carica e la scarica del condensatore e, di conseguenza, maggiore è la corrente nel circuito. Un aumento della corrente nel circuito indica che la sua resistenza è diminuita.

Pertanto, all'aumentare della capacità, diminuisce la resistenza del circuito alla corrente alternata.

Sta crescendo frequenza attuale aumenta la quantità di carica trasportata nel circuito perché la carica (così come la scarica) del condensatore deve avvenire più velocemente che a bassa frequenza. Allo stesso tempo, un aumento della quantità di carica trasferita per unità di tempo equivale ad un aumento della corrente nel circuito e, quindi, ad una diminuzione della sua resistenza.

Se in qualche modo riduciamo gradualmente la frequenza della corrente alternata e riduciamo la corrente a corrente continua, allora la resistenza del condensatore incluso nel circuito aumenterà gradualmente e diventerà infinitamente grande (rompendo il circuito) finché non appare in circuito a corrente costante.

Pertanto, all'aumentare della frequenza, la resistenza del condensatore alla corrente alternata diminuisce.

Proprio come la resistenza di una bobina a una corrente alternata è chiamata induttiva, la resistenza di un condensatore è chiamata capacitiva.

Pertanto, maggiore è la resistenza capacitiva, minore è la capacità del circuito e minore è la frequenza della corrente che lo alimenta.

La resistenza capacitiva è indicata come Xc ed è misurata in ohm.

La dipendenza della resistenza capacitiva dalla frequenza della corrente e dalla capacità del circuito è determinata dalla formula Xc = 1 /ωC, dove ω è una frequenza circolare uguale al prodotto di 2πe, C è la capacità del circuito in farad.

La resistenza capacitiva, come la resistenza induttiva, ha una natura reattiva, poiché il condensatore non consuma l'energia della sorgente di corrente.

formula Legge di Ohm per un circuito capacitivo ha la forma I = U / Xc, dove I e U sono valori effettivi di corrente e tensione; Xc è la resistenza capacitiva del circuito.

La proprietà dei condensatori di fornire un'elevata resistenza alle correnti a bassa frequenza e di far passare facilmente le correnti ad alta frequenza è ampiamente utilizzata nei circuiti delle apparecchiature di comunicazione.

Con l'ausilio di condensatori, ad esempio, si ottiene la separazione delle correnti costanti e delle correnti a bassa frequenza dalle correnti ad alta frequenza, necessarie per il funzionamento dei circuiti.

Se è necessario bloccare il percorso della corrente a bassa frequenza nella parte ad alta frequenza del circuito, un piccolo condensatore viene collegato in serie. Offre una grande resistenza alla corrente a bassa frequenza e allo stesso tempo passa facilmente la corrente ad alta frequenza.

Se è necessario prevenire la corrente ad alta frequenza, ad esempio, nel circuito di alimentazione della stazione radio, viene utilizzato un condensatore di grande capacità, collegato in parallelo alla sorgente di corrente. In questo caso, la corrente ad alta frequenza passa attraverso il condensatore, bypassando il circuito di alimentazione della stazione radio.

Resistenza attiva e condensatore nel circuito CA

In pratica, si osservano spesso casi in un circuito in serie con una capacità la resistenza attiva è inclusa. La resistenza totale del circuito in questo caso è determinata dalla formula

Pertanto, la resistenza totale di un circuito costituito da resistenza CA attiva e capacitiva è uguale alla radice quadrata della somma dei quadrati della resistenza attiva e capacitiva di questo circuito.

La legge di Ohm rimane valida anche per questo circuito I = U / Z.

Nella fig. 3 mostra le curve che caratterizzano la relazione di fase tra corrente e tensione in un circuito contenente resistenza capacitiva e attiva.

Riso. 3. Corrente, tensione e potenza in un circuito con un condensatore e una resistenza attiva

Come si può vedere dalla figura, la corrente in questo caso aumenta la tensione non di un quarto di periodo, ma di meno, poiché la resistenza attiva viola la natura puramente capacitiva (reattiva) del circuito, come evidenziato dalla fase ridotta spostare. Ora la tensione ai capi del circuito è definita come la somma di due componenti: la componente reattiva della tensione tiva, supererà la resistenza capacitiva del circuito e la componente attiva della tensione, vincendo la sua resistenza attiva.

Maggiore è la resistenza attiva del circuito, minore è lo sfasamento tra corrente e tensione.

La curva della variazione di potenza nel circuito (vedi Fig. 3) due volte durante il periodo ha acquisito un segno negativo, che, come già sappiamo, è una conseguenza della natura reattiva del circuito. Meno reattivo è il circuito, minore è lo sfasamento tra corrente e tensione e maggiore è la potenza della sorgente di corrente consumata dal circuito.

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