Как работает конденсатор?

1 2019-09-26 21:07:44

Ответов: 2

Тут скорее вопрос в том, ДЛЯ ЧЕГО служит конденсатор, потому что термин "работа" к нему вряд ли и применим. Ну какое в натуре "работает", если там по сути ничего, кроме появления или исчезновения заряда на обкладках, и не происходит...

Суть применения конденсатора состоит в том, что он способен накапливать энергию в виде электрического поля, причём скорость накопления, как и скорость отдачи накопленной энергии, зависит от ёмкости и от параметров внешней цепи. Из этого, в частности, вытекает ещё одно важное обстоятельство: скорость накопления энергии, или вообще "скорость энергии", - это мощность. А мощность не может быть бесконечно большой. А значит, энергия не может изменяться скачком. Ну а поскольку энергия конденсатора однозначно связана с его напряжением, то и напряжение на нём не может изменяться скачком. Именно с этим связано применение конденсатора во всякого рода сглаживающих фильтрах, для начала в выпрямителях. И чем больше ёмкость - тем эффективнее это сглаживание.

Второй момент, тоже вытекающей из выделенной фразы, - зависимость скорости разряда от параметров цепи. Это ключ для использования конденсатора в частотно- и времязадающих схемах. Подбирая ёмкость конденсатора и параметры цепи его разряда, можно получить вполне определённую скорость разряда, а значит - вполне определённое время этого разряда. Скажем, при разряде через сопротивление оный разряд проихсодит по экспоненциальному закону с постоянной времени, равной RC. И время прохождения между точками "2/3 Uнач." и "1/3 Uнач." жёстко определено, причём оно не зависит от Uнач. Именно так работает знаменитый и популярный таймер NE555, он же в миру К1006ВИ1.

Если же разряд происходит не через активное сопротивление, а через индуктивность, то вместо перехода энергии конденсаторв тепло у нас получается переход этой энергии в энергию магнитного поля (сосредоточенного в катушке). Это совсем другой случай - это обратимый переход энергии. В такой системе энергия электромагнитного поля переходит туда-сюда, из одной формы в другую, то есть возникают колебания. По счастью, они описываются простейшей функцией - гармонической (до некоторой степени это разновидность экспоненты... просто показатель мнимый). Именно так работают всякого рода резонансные схемы - генераторы, селективные и режекторные фильтры и т. д.

Отдельно можно рассмотреть конденсатор как реактивное частотно-зависимое сопротивление. Зависимость сопротивления конденсатора от частоты напрямую вытекает из его инерционности (напряжение не может изменяться скачком). Совершенно ясно, что чем медленнее мы пытаемся изменять напряжение, тем легче это нам будет удаваться. А "легче удаваться" означает - будет отбираться меньший ток. То есть "сопротивление" конденсатора, то, какой ток будет отбираться от источника при попытке изменить напряжение на нём, падает со снижением скорости изменения. Математически это выражается как "обратная пропорциональность частоте": реактивное сопротивление конденсатора (сиречь коэффициент пропорциональности между напряжением и током) равно 1/ωС. Это свойство конденсатора находит применение в активных фильтрах, а также и в том, что конденсатор используется как разделительный элемент в многокаскадных схемах: постоянный сигнал через него не проходит вообще, зато переменный - за милую душу.

Ну вот как-то так, примерно...

Очень просто. При подаче напряжения на конденсатор, на его обкладках накапливается заряд, соответствующий номиналу конденсатора. Если потом к контактам подключить какой-то отребитель, то заряд, перетекая с одной обкладки на другую через потребитель, создаст электрический ток.