Емкостное реактивное сопротивление конденсаторной сети, переменный ток и переменное напряжение
Электрический конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин, разделенных изолятором, и накапливает электрическую энергию в виде электрического поля. Емкостное реактивное сопротивление не вызывает потерь энергии, поскольку конденсатор сохраняет электрическую энергию в виде электрического поля. .
Подключение конденсатора к источнику постоянного тока
Когда конденсатор подключен к батарее, где пластина (A) подключена к положительному полюсу, а пластина (B) подключена к отрицательному полюсу, тогда:
Отрицательный заряд (свободные электроны) переходит от отрицательного полюса к пластине (B), понижая ее потенциал. Этот отрицательный заряд на пластине (B) толкает отрицательные свободные заряды в пластине (A) к положительному полюсу батареи, заряжающей аккумулятор. пластина (A) с положительным зарядом и повышение ее потенциала создает разность потенциалов между двумя пластинами.
Таким образом, разность потенциалов между пластинами увеличивается с течением времени, пока не станет равной разности потенциалов между полюсами батареи, которая останавливает поток зарядов, и говорят, что конденсатор заряжается.
Это означает, что мгновенный ток, проходящий в цепи, максимален в момент подключения и постепенно уменьшается, пока не исчезнет, в то время как конденсатор заряжается.
Емкость
Когда конденсатор заряжается, одна из его пластин становится положительно заряженной, а другая — отрицательно заряженной, создавая между ними разность потенциалов (V).
Емкость — это отношение электрического заряда на одной из двух пластин конденсатора к разности потенциалов между ними . Емкость (C) определяется соотношением: C = Q / V, где: (Q) — накопленный электрический ток. заряд на любой из пластин конденсатора, (V) — это разность потенциалов между его пластинами.
Емкость измеряется в Фарадах (Ф) и эквивалентна (К / В). Фарад — это емкость конденсатора, заряженного зарядом 1 Кл, когда разность потенциалов между его пластинами становится равной 1 В.
Когда емкость конденсатора = 5 мкФ, это означает, что отношение электрического заряда на одной из двух пластин конденсатора к разности потенциалов между ними = 5 × 10 -6 Кл / В.
Подключение конденсатора к источнику переменного тока
В 1- м полуцикле
В 1- й четверти: Конденсатор заряжается до тех пор, пока разность потенциалов между его пластинами не станет максимальным значением, равным максимальному значению ЭДС источника питания.
Во 2- м квартале: по мере того, как ЭДС источника питания падает, большее напряжение на конденсаторе позволяет ему разрядиться в источник питания. Когда ЭДС источника питания достигает нуля, напряжение конденсатора также достигает нуля в конце первой половины. цикл.
Во 2- м полуцикле
В 3- й четверти: Конденсатор заряжается, но с противоположной полярностью, пока напряжение между его пластинами не достигнет максимального значения ЭДС источника питания.
В 4- м квартале: он перезапускается для разряда, когда ЭДС источника питания падает до тех пор, пока оба напряжения не достигнут нуля в конце второго полупериода.
Эта последовательность зарядки и разрядки постоянно повторяется каждый цикл . Мгновенная сила тока, протекающего в цепи, может быть рассчитана следующим образом:
I = ΔQ / Δt, Q = CV
∴ I = C ΔV / Δt
Разность фаз между током и разностью потенциалов
Разность потенциалов изменяется в зависимости от фазового угла в виде синусоидальной кривой, ΔV / Δt представляет собой наклон касательной, проведенной к кривой, где:
- Наклон достигает своего пикового значения, когда фазовый угол равен нулю, и, таким образом, сила тока (I) достигает максимального значения.
- Наклон постепенно уменьшается по мере увеличения разности потенциалов, пока не станет равным нулю, когда разность потенциалов достигнет своего пикового значения, и, таким образом, сила тока станет нулевой.
- Наклон касательной становится отрицательным, когда разность потенциалов уменьшается, а мгновенная сила тока становится отрицательной величиной.
Очевидно, что напряжение отстает от тока на фазовый угол 90 ° или четверть цикла из-за емкости конденсатора.
Емкостное реактивное сопротивление (X c ) является противодействием протеканию переменного тока в конденсаторе из-за его емкости . Емкостное реактивное сопротивление измеряется в Ом (Ом). Емкостное реактивное сопротивление (X c ) определяется соотношением:
Х с = 1 / 2πfC
X c = 1 / ωC
Где: (C) емкость, (f) частота тока, (ω) угловая скорость, Когда емкостное реактивное сопротивление конденсатора = 10 Ом, Это означает, что сопротивление потоку переменного тока в конденсаторе из-за его емкости = 10 Ω.
Факторы, влияющие на емкостное сопротивление конденсатора
- Частота тока (f), (обратно пропорциональна).
- Емкость (C), (обратно пропорциональна).
Напряженность электрического поля, проходящего в цепи, содержащей конденсатор, определяется из соотношения:
I = разность потенциалов на конденсаторе (V c ) / емкостное сопротивление конденсатора (X c )
На высоких частотах цепь становится как бы замкнутой, потому что емкостное реактивное сопротивление становится очень маленьким, так что X c ∝ 1 / f, таким образом, сила электрического тока в цепи увеличивается , так что I ∝ 1 / X c .
Емкостное реактивное сопротивление конденсаторов сети
При соединении большого количества конденсаторов:
Если конденсаторы соединены последовательно, они заряжаются равными зарядами (Q).
В = В 1 + В 2 + В 3
Q / C = Q / C 1 + Q / C 2 + Q / C 3
1 / C = 1 / C 1 + 1 / C 2 + 1 / C 3
Если емкости для всех конденсаторов равны и их количество (n)
С = С 1 / п
Если конденсаторы подключены параллельно, они будут иметь одинаковое напряжение (В).
Q = Q 1 + Q 2 + Q 3
ВК = ВК 1 + ВК 2 + ВК 3
С = С 1 + С 2 + С 3
Если емкости у всех конденсаторов равны и их количество (n)
С = п С