КОНДЕНСАТОР В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Постоянный ток не может существовать в цепи, содержащей конденсатор. Ведь фактически при этом цепь оказывается разомкнутой, так как обкладки конденсатора разделены диэлектриком. Переменный же ток способен течь в цепи, содержащей конденсатор. В этом можно убедиться с помощью простого опыта. Пусть у нас имеются источники постоянного и переменного напряжений, причем постоянное напряжение на зажимах источника равно действующему значению переменного напряжения. Цепь состоит из конденсатора и лампы накаливания (рис. 83), соединенных последовательно. При включении постоянного напряжения (переключатель повернут влево) лампа не светится. Но при включении переменного напряжения (переключатель повернут вправо) лампа загорается, если емкость конденсатора достаточно велика. Как же переменный ток может течь по цепи, если она фактически разомкнута (между пластинами конденсатора заряды перемещаться не могут)? Здесь происходит периодическая зарядка и разрядка конденсатора под действием переменного напряжения. Ток, текущий в цепи при перезарядке конденсатора, нагревает нить лампы. Найдем, как меняется со временем сила тока в цепи, содержащей только и = и cosco/ конденсатор, если сопротивлением ~ тѰà проводов и обкладок конденсатора можно пренебречь (рис. 84). -1 Напряжение на конденсаторе будет равно напряжению на концах цепи. Следовательно, Заряд конденсатора меняется по гармоническому закону: Сила тока, представляющая собой рис 85 производную заряда по времени, равна: i=q'=—UmCa) sin (0t=UmC(0 cos (co/+¦-). (4.28) Следовательно, колебания силы тока опережают колебания напряжения на конденсаторе на -у (рис. 85). Это означает, что в момент, когда конденсатор начинает заряжаться, сила тока максимальна, а напряжение равно нулю. После того как напряжение достигает максимума, сила тока становится равной нулю и т. д. Амплитуда силы тока равна: Если ввести обозначение и вместо амплитуд силы тока и напряжения использовать их действующие значения, то получим Величину Хс, обратную произведению циклической частоты на электрическую емкость конденсатора, называют емкостным сопротивлением. Роль этой величины аналогична роли активного сопротивления R в законе Ома (4.17). Действующее значение силы тока связано с действующим значением напряжения на конденсаторе точно так же, как связаны согласно закону Ома сила тока и напряжение для участка цепи постоянного тока. Это и позволяет рассматривать величину Хс как сопротивление конденсатора переменному току (емкостное сопротивление). Чем больше емкость конденсатора, тем больше ток перезарядки. Это легко обнаружить по увеличению накала лампы при увеличении емкости конденсатора. В то время как сопротивление конденсатора постоянному току бесконечно велико, его сопротивление переменному току имеет конечное значение Хс. С увеличением емкости оно уменьшается. Уменьшается оно и с увеличением частоты. Это можно увидеть, если для питания цепи, изображенной на рисунке 83, использовать генератор переменного тока регулируемой частоты. Плавно увеличивая частоту переменного тока, можно обнаружить увеличение накала лампы. Оно вызвано увеличением силы тока за счет уменьшения емкостного сопротивления Хс конденсатора. В заключение отметим, что на протяжении четверти периода, когда конденсатор заряжается до максимального напряжения, энергия поступает. в цепь и запасается в конденсаторе в форме энергии электрического поля. В следующую четверть периода, при разрядке конденсатора, эта энергия возвращается в сеть. Сопротивление цепи с конденсатором обратно пропорционально произведению частоты на электроемкость. Колебания силы тока опережают колебания напряжения на . 1. Как связаны между собой действующие значения силы тока и напряжения на конденсаторе в цепи переменного тока! 2. Выделяется ли энергия в цепи, содержащей только конденсатор, если активным сопротивлением цепи можно пренебречь! 3. Выключатель цепи представляет собой своего рода конденсатор. Почему же выключатель надежно размыкает цепь!