Mengecas dan menyahcas kapasitor

Cas kapasitor

Untuk mengecas kapasitor, anda perlu menyambungkannya ke litar DC. Dalam rajah. 1 menunjukkan litar pengecasan kapasitor. Kapasitor C disambungkan ke terminal penjana. Kekunci boleh digunakan untuk menutup atau membuka litar. Mari kita lihat secara terperinci proses mengecas kapasitor.

Penjana mempunyai rintangan dalaman. Apabila suis ditutup, kapasitor akan mengecas kepada voltan antara plat sama dengan e. dan lain-lain. v. penjana: Uc = E. Dalam kes ini, plat yang disambungkan ke terminal positif penjana menerima caj positif (+q), dan plat kedua menerima caj negatif yang sama (-q). Saiz cas q adalah berkadar terus dengan kapasiti kapasitor C dan voltan pada platnya: q = CUc

Pe. 1… Litar pengecasan kapasitor

Untuk mengecas plat kapasitor, adalah perlu untuk salah seorang daripada mereka mendapat dan yang lain kehilangan sejumlah elektron.Pemindahan elektron dari satu plat ke plat lain dilakukan di sepanjang litar luar oleh daya gerak elektrik penjana, dan proses menggerakkan cas sepanjang litar tidak lebih daripada arus elektrik, yang dipanggil arus kapasitif pengecasan A cas.

Nilai arus pengecasan biasanya mengalir dalam seperseribu saat sehingga voltan merentasi kapasitor mencapai nilai yang sama dengan e. dan lain-lain. v. penjana. Graf kenaikan voltan pada plat kapasitor semasa pengecasannya ditunjukkan dalam rajah. 2, a, dari mana ia dapat dilihat bahawa voltan Uc meningkat dengan lancar, pertama dengan cepat, dan kemudian semakin perlahan, sehingga ia menjadi sama dengan e. dan lain-lain. v. penjana E. Selepas itu, voltan merentasi kapasitor kekal tidak berubah.

nasi. 2. Graf voltan dan arus semasa mengecas kapasitor

Semasa kapasitor mengecas, arus pengecasan mengalir melalui litar. Graf semasa cas ditunjukkan dalam Rajah. 2, b. Pada saat awal, arus pengecasan mempunyai nilai terbesar, kerana voltan dalam kapasitor masih sifar, dan mengikut hukum Ohm iotax = E / Ri, kerana semua e., dll. penjana c digunakan pada rintangan Ri.

Apabila kapasitor mengecas, iaitu, meningkatkan voltan merentasinya, ia berkurangan untuk arus pengecasan. Apabila sudah ada voltan merentasi kapasitor, penurunan voltan merentasi rintangan akan sama dengan perbezaan antara e. dan lain-lain. v. voltan penjana dan kapasitor, iaitu sama dengan E — U s. Oleh itu itax = (E-Us) / Ri

Dari sini dapat dilihat bahawa apabila Uc meningkat, icharge dan pada Uc = E arus pengecasan menjadi sifar.

Baca lebih lanjut mengenai Hukum Ohm di sini: Hukum Ohm untuk keratan litar

Tempoh proses pengecasan kapasitor bergantung kepada dua kuantiti:

1) dari rintangan dalaman penjana Ri,

2) daripada kemuatan kapasitor C.

Dalam rajah. 2 menunjukkan graf arus elegan untuk kapasitor dengan kapasiti 10 mikrofarad: lengkung 1 sepadan dengan proses pengecasan daripada penjana dengan e. dan lain-lain. dengan E = 100 V dan dengan rintangan dalaman Ri= 10 Ohm, lengkung 2 sepadan dengan proses pengecasan daripada penjana dengan e yang sama. pr. dengan, tetapi dengan rintangan dalaman yang lebih rendah: Ri = 5 ohm.

Daripada perbandingan lengkung ini, dapat dilihat bahawa dengan rintangan dalaman penjana yang lebih rendah, kekuatan arus elegan pada saat awal adalah lebih besar dan oleh itu proses pengecasan lebih cepat.

nasi. 2. Graf pengecasan arus pada rintangan yang berbeza

Dalam rajah. 3 membandingkan graf arus pengecasan apabila mengecas daripada penjana yang sama dengan e. dan lain-lain. dengan E = 100 V dan rintangan dalaman Ri= 10 ohm dua kapasitor dengan kapasiti berbeza: 10 mikrofarad (lengkung 1) dan 20 mikrofarad (lengkung 2).

Arus pengecasan awal iotax = E /Ri = 100/10 = 10 Kedua-dua kapasitor adalah sama, kerana kapasitor dengan kapasiti yang lebih besar menyimpan lebih banyak elektrik, maka arus pengecasannya akan mengambil masa yang lebih lama, dan proses pengecasan lebih lama.

nasi. 3. Jadual pengecasan arus dengan kapasiti yang berbeza

Nyahcas kapasitor

Putuskan sambungan kapasitor yang dicas daripada penjana dan pasangkan rintangan pada platnya.

Terdapat voltan pada plat kapasitor Us, oleh itu, dalam litar tertutup, arus yang dipanggil ires arus kapasitif nyahcas akan mengalir.

Arus mengalir dari plat positif kapasitor melalui rintangan kepada plat negatif. Ini sepadan dengan peralihan elektron berlebihan dari plat negatif ke positif, di mana ia tidak hadir.Proses bingkai baris berlaku sehingga potensi kedua-dua plat adalah sama, iaitu beza keupayaan antara mereka menjadi sifar: Uc = 0.

Dalam rajah. 4a menunjukkan graf penurunan voltan dalam kapasitor semasa nyahcas dari nilai Uco = 100 V kepada sifar, dan voltan mula-mula berkurangan dengan cepat, dan kemudian lebih perlahan.

Dalam rajah. 4, b menunjukkan graf perubahan dalam arus nyahcas. Kekuatan arus nyahcas bergantung kepada nilai rintangan R dan mengikut hukum Ohm ires = Uc/R

nasi. 4. Graf voltan dan arus semasa nyahcas kapasitor

Pada saat awal, apabila voltan pada plat kapasitor adalah yang paling besar, arus nyahcas juga paling besar, dan dengan penurunan dalam Uc semasa nyahcas, arus nyahcas juga berkurangan. Pada Uc = 0, arus nyahcas berhenti.

Tempoh pelupusan bergantung kepada:

1) daripada kemuatan kapasitor C

2) pada nilai rintangan R yang mana kapasitor dinyahcas.

Semakin besar rintangan R, semakin perlahan pelepasan akan berlaku. Ini disebabkan oleh fakta bahawa dengan rintangan yang besar, kekuatan arus nyahcas adalah kecil dan jumlah cas pada plat kapasitor berkurangan dengan perlahan.

Ini boleh ditunjukkan dalam graf arus nyahcas bagi kapasitor yang sama, dengan kapasiti 10 μF dan dicas pada voltan 100 V, pada dua nilai rintangan yang berbeza (Rajah 5): lengkung 1 — pada R =40 ohm, ioresr = UcО/ R = 100/40 = 2.5 A dan lengkung 2 — pada 20 Ohm ioresr = 100/20 = 5 A.

nasi. 5. Graf arus nyahcas pada rintangan yang berbeza

Nyahcas juga lebih perlahan apabila kapasitansi kapasitor besar.Ini kerana dengan lebih banyak kapasitansi pada plat kapasitor, terdapat lebih banyak elektrik (lebih cas) dan ia akan mengambil masa yang lebih lama untuk cas mengalir. Ini ditunjukkan dengan jelas oleh graf arus nyahcas untuk dua kapasitor dengan kapasiti yang sama, dicas pada voltan yang sama 100 V dan dilepaskan ke rintangan R= 40 ohm (Rajah 6: lengkung 1 — untuk kapasitor dengan kapasiti daripada 10 mikrofarad dan lengkung 2 — untuk kapasitor dengan kapasiti 20 mikrofarad).

nasi. 6. Graf arus nyahcas pada kuasa yang berbeza

Daripada proses yang dipertimbangkan, dapat disimpulkan bahawa dalam litar dengan kapasitor, arus mengalir hanya pada saat-saat pengecasan dan pelepasan, apabila voltan pada plat berubah.

Ini dijelaskan oleh fakta bahawa apabila voltan berubah, jumlah cas pada plat berubah, dan ini memerlukan pergerakan cas di sepanjang litar, iaitu, arus elektrik mesti melalui litar. Kapasitor bercas tidak mengalirkan arus terus kerana dielektrik antara platnya membuka litar.

Tenaga kapasitor

Semasa proses pengecasan, kapasitor menyimpan tenaga dengan menerimanya daripada penjana. Apabila kapasitor dinyahcas, semua tenaga medan elektrik ditukar kepada tenaga haba, iaitu, ia pergi untuk memanaskan rintangan yang melaluinya kapasitor dinyahcas. Semakin besar kapasitansi kapasitor dan voltan merentasi platnya, semakin besar tenaga medan elektrik kapasitor. Jumlah tenaga yang dimiliki oleh kapasitor berkapasiti C yang dicaskan kepada voltan U adalah sama dengan: W = Wc = CU2/2

Satu contoh. Kapasitor C = 10 μF dicas kepada voltan Uc = 500 V.Tentukan tenaga yang akan dibebaskan dalam daya haba pada rintangan yang melaluinya kapasitor dinyahcas.

Jawab. Semasa nyahcas, semua tenaga yang disimpan oleh kapasitor akan ditukar kepada haba. Oleh itu W = Wc = CU2/2 = (10 x 10-6 x 500) / 2 = 1.25 J.