Ємність в ланцюзі змінного струму

Розглянемо електричну ланцюг, що містить резистор з активним опором R і конденсатор ємності C, підключену до джерела змінної ЕРС (Мал. 248).

Конденсатор, підключений до джерела постійної ЕРС повністю перешкоджає проходження струму – за деякий проміжок часу конденсатор заряджається, напруга між його обкладками стає рівним ЕРС джерела, після чого струм в ланцюзі припиняється. Якщо ж конденсатор включений в ланцюг змінного струму, то струм в ланцюзі не припиняється – фактично конденсатор періодично перезаряджається, заряди на його обкладках періодично змінюються як за величиною, так і за знаком. Звичайно, ніякі заряди не протікають між обкладинками, електричного струму строгому визначенні між ними немає. Але, часто не вдаючись у деталі і не занадто коректно, говорять про струмі через конденсатор, маючи на увазі під цим струм в ланцюзі, до якої підключений конденсатор. Такий же термінологією будемо користуватися і ми.

Як і раніше, для миттєвих значень справедливий закон Ома для повного кола: ЕРС джерела дорівнює сумі напруг на всіх ділянках ланцюга. Застосування цього закону до розглянутої ланцюга приводить до рівняння

При вивченні закону Ома для ланцюгів постійного струму, ми вказували, що електричне поле змушує упорядоченно рухатися заряджені частинки всередині провідника, тобто створює електричний струм. Іншими словами, «напруга є причиною виникнення струму». В даному випадку ситуація зворотна – завдяки електричному струму на обкладках виникають електричні заряди, що створюють електричне поле, тому можна сказати, що в даному випадку «сила струму є причиною виникнення напруги». Хоча, до даних міркувань слід ставитися дещо скептично, так рух зарядів (електричний струм) і електричне поле “підлаштовуються” один до одного, поки між ними не встановлюється певне співвідношення, відповідне сталому режиму. Так при постійному струмі умовою стаціонарності є умова сталості струму. У ланцюзі змінного струму в сталому режимі узгоджуються не тільки амплітудні значення струмів і напруг, але різниця фаз між ними. Іншими словами, обговорюваний тут причинно-наслідковий питання подібне питання про те, «що з’явилося раніше, курка чи яйце?»

Заливкою виділені проміжки часу, протягом яких конденсатор накопичує енергія – в цих проміжках сила струму і напруга мають один знак.

Зменшення ємнісного опору при зростанні частоти очевидна – чим вище частота струму, тим менший заряд на конденсаторі встигає накопичитися на обкладинках конденсатора за половину періоду (поки струм йде в одному напрямку), тим менше напруга на ньому, тим менше він перешкоджає проходженню струму в ланцюзі. Аналогічні міркування справедливі і для пояснення залежності цього опору від ємності конденсатора.

Так як амплітудні і діючі значення сил струмів і напруг пропорційні один одному, то довжини векторів векторних діаграм можна вважати пропорційними чинним (а не амплітудним) значень. При такому визначенні середнє добуток двох гармонійних функцій одно скалярному добутку векторів, що зображують ці функції.

Посилання на основну публікацію