Реферат Курсовая Конспект
Определения - раздел Физика, Основные законы, определения, обозначения и область применения Конденсатор - Это Реактивный (Запасающий Энергию)...
|
Конденсатор - это реактивный (запасающий энергию) элемент электрической цепи, который имеет свойство накапливать, сохранять и отдавать электрический заряд Q, создаваемый в его электрическом поле от протекающего тока iC под воздействием приложенного электрического напряжения uC.
Емкость (С) - это количественный показатель, характеризующий свойство конденсатора накапливать электрический заряд в электрическом поле:
C [Ф] = Q [К] / uC [В]
Соотношения основных величин:
1 Ф = 106 мкФ = 109 нФ = 1012 пФ
Электрическая энергия, запасенная в конденсаторе (емкостном накопителе энергии) составляет:
W (Джоуль) = C uC2 / 2
2.2.2. Основные соотношения при переменном синусоидальном напряжении(см. нижние графики)
Внешнее напряжение, которое будет приложено к конденсатору после включения ключа Sw1:
uC(t) = Umsinwt
Электрический ток (в соответствии с определением тока) будет иметь вид:
iC(t) = dQ / dt = С duC(t) / dt = wС Umcoswt = Imcoswt,
где wС = 2pfC - реактивная проводимость конденсатора (1 / wС = Xc - реактивное сопротивление конденсатора). В расчетах принимается, что конденсатор "идеальный", т.е. не имеет активных токов утечки (активной составляющей сопротивления).
Электрический ток в конденсаторе опережает приложенное к нему напряжение на 90о.
Реактивная мощность конденсатора:
qC(t) = uC(t) iC(t) = Umsinwt Imcoswt = UmIm sin2wt / 2.
Реактивная мощность конденсатора не имеет постоянной составляющей, а только переменную, которая изменяется с двойной частотой источника электрической энергии. При этом за период основной частоты источника электрической энергии T емкость дважды запасает электрическую энергию от источника (когда ток и напряжение находятся в одной фазе), а затем дважды отдает ее источнику (когда ток и напряжение находятся в противофазе), т.е. происходит обмен энергией без каких-либо ее потерь (среднее значение мощности за период равно нулю).
2.2.3. Основные соотношения при постоянном напряжении (см. верхние графики)
Внешнее напряжение, которое будет приложено к конденсатору в момент времени t1 после включения ключа Sw1:
uC(t) = U = const
Если приложенное к конденсатору внешнее напряжение постоянно и изменения напряжения на конденсаторе не происходит: (duC(t) / dt = 0), то ток в установившемся режиме в цепи отсутствует. Он будет существовать только в переходных режимах (включения/отключения постоянного напряжения). При этом будут происходить переходные процессы заряда/разряда емкости.
Ток и напряжение при заряде конденсатора определяются из уравнения равновесия напряжений в контуре в соответствии со вторым законом Кирхгофа, согласно которому внешнее напряжение U уравновешивается текущим напряжением на заряжающемся конденсаторе uC(t) и падением напряжения на активном сопротивлении r (внутреннем сопротивлении источника электрического напряжения, сопротивлении утечки конденсатора, контактных сопротивлениях цепи):
iC(t)r + uC(t) = U или rCduC(t) / dt + uC(t) = U
Решением этого дифференциального уравнения относительно uC будет экспонента:
uC(t) = U(1 – e-t/t) и, соответственно, для тока: iC(t) = СduC(t) / dt = (U/r)e-t/t,
где t = rC - постоянная времени заряда емкости (при расчетах принимается, что переходные процессы в цепи завершаются через три постоянных времени).
Таким образом, в начальный момент времени при t = t1 = 0 напряжение на емкости uC(t0) = 0, а затем плавно (по экспоненте) нарастает до максимального установившегося значения UCm, равного напряжению внешнего источника: UCm = U.
Ток в начальный момент времени при t = t1 = 0скачком нарастает до своего максимального значения iC = ICm = U / r, величина которого ограничивается активным сопротивлением r, а затем плавно (по экспоненте) спадает до нуля.
При размыкании ключа Sw1 накопленный на конденсаторе заряд (и, соответственно, напряжение) может достаточно долго сохраняться в зависимости от качества его диэлектрика, расположенного между пластинами. Если же в момент времени t2 замкнуть ключ Sw2, то образуется другая замкнутая электрическая цепь и начнется переходный процесс разряда конденсатора.
Ток и напряжение при разряде конденсатора определяются из уравнения равновесия напряжений в контуре в соответствии со вторым законом Кирхгофа, но в случае, когда внешнее напряжение U = 0:
iC(t)r + uC(t) = 0 или rduC(t) / dt + uC(t) = 0
Решением этого дифференциального уравнения будут следующие выражения:
uC(t) = UC0 e-t/t и, соответственно, для тока: iC(t) = -(UC0 / r)e-t/t,
где UC0 - остаточное напряжение на конденсаторе, которое осталось на его пластинах после предыдущего заряда и возможного саморазряда за длительное время (в частности, возможно, что UC0 = U).
Таким образом, в момент времени t2 ток разряда конденсатора изменяет свой знак на противоположный (по сравнению с током заряда) и скачком нарастает до максимальной величины UC0 / r, а затем плавно (по экспоненте) спадает до нуля. Напряжение на конденсаторе по экспоненте уменьшается от UC0 до нуля.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Узлы ветви и контуры электрической цепи... Узел электрической цепи это точка разветвленной электрической цепи в... Ветвь электрической цепи это отрезок разветвленной электрической цепи заключенный между двумя ее узлами...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Определения
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов