İçerik:

Elektronik ve elektrik mühendisliğindeki ana cihazlardan biri bir kapasitördür. Elektrik devresi kapatıldıktan sonra şarj başlar, bundan sonra hemen bir akım ve voltaj kaynağı haline gelir, içinde bir elektromotor kuvveti ortaya çıkar - EMF. Bir kapasitörün ana özelliklerinden biri, kapasitans formülüne çok doğru bir şekilde yansıtılır. Bu fenomen, şarj için kullanılan akım kaynağına yönelik EMF'nin karşı etkisinin bir sonucu olarak ortaya çıkar. Akım kaynağı, kapasitansın üstesinden ancak kapasitörün elektrik alanının enerjisi haline gelen kendi enerjisinin önemli bir miktarını harcayarak gelebilir.

Cihaz deşarj olduğunda tüm bu enerji devreye geri dönerek elektrik akımı enerjisine dönüşür. Bu nedenle, kapasitif direnç, geri dönüşü olmayan enerji kayıplarına neden olmayan reaktiflere bağlanabilir. Kondansatör, güç kaynağı tarafından verilen voltaj seviyesine kadar şarj edilir.

kapasitör kapasitansı

Kondansatörler, çeşitli elektronik devrelerde kullanılan en yaygın elemanlar arasındadır. Karakteristik özelliklere, parametrelere ve bireysel özelliklere sahip türlere ayrılırlar. En basit kapasitör, bir dielektrik katmanla ayrılmış elektrotlar olan iki metal plakadan oluşur. Her birinin elektrik devresine bağlantının yapıldığı kendi çıkışı vardır.

Kapasitörlere özgü nitelikler vardır. Örneğin, ondan şarj olmalarına rağmen, kendilerinden doğru akımı hiç geçirmezler. Kapasitans tamamen şarj olduktan sonra akım akışı tamamen durur ve cihazın iç direnci sonsuz yüksek bir değer alır.

Tamamen farklı bir şekilde, kapasitör etkilenir, kapasitanstan tamamen serbestçe akar. Bu durum, elemanın sürekli şarj ve deşarj süreçleri ile açıklanmaktadır. Bu durumda, sadece iletkenlerin aktif direnci değil, aynı zamanda sürekli şarj ve deşarj sonucu ortaya çıkan kapasitörün kendisinin kapasitansı da etki eder.

Kondansatörlerin elektriksel parametreleri ve özellikleri çeşitli faktörlere bağlı olarak değişebilir. Her şeyden önce, ürünün boyutuna ve şekline ve ayrıca dielektrik tipine bağlıdırlar. Kağıt, hava, plastik, cam, mika, seramik ve diğer malzemeler farklı tip cihazlarda hizmet verebilmektedir. Elektrolitik kapasitörler, daha fazla kapasitans sağlayan alüminyum elektrolit ve tantal elektrolit kullanır.

Diğer elementlerin adları, sıradan dielektriklerin malzemeleri ile belirlenir. Bu nedenle kağıt, seramik, cam vb. kategorisine girerler. Her biri, özelliklerine ve özelliklerine göre, farklı elektrik akımı parametreleriyle belirli elektronik devrelerde kullanılır.

Bu bakımdan yüksek frekanslı gürültü filtrelemenin gerekli olduğu devrelerde seramik kondansatörlerin kullanılması gereklidir. Elektrolitik cihazlar ise düşük frekanslarda gürültüyü filtreler. Her iki kapasitör tipini de paralel bağlarsanız, tüm devrelerde yaygın olarak kullanılan evrensel bir filtre elde edersiniz. Kapasitanslarının sabit bir değer olmasına rağmen, plakaların karşılıklı üst üste binmesini değiştirerek ayarlamalarla elde edilen değişken kapasitanslı cihazlar vardır. Tipik bir örnek, elektronik ekipmanın ayarlanmasında kullanılan trim kapasitörleridir.

AC devresindeki kapasitans

Bir DC devresine bir kondansatör bağlandığında, kısa bir süre için bir şarj akımı akışı gözlenecektir. Şarj sonunda kapasitörün voltajı akım kaynağının voltajına denk geldiğinde devredeki kısa süreli akım akışı duracaktır. Böylece, tamamen doğru akımda, sonsuz büyük bir değere sahip bir tür açık devre veya direnç olacaktır. Alternatif akım ile kapasitör tamamen farklı davranacaktır. Böyle bir devrede şarjı, dönüşümlü olarak farklı yönlerde gerçekleştirilecektir. Devredeki alternatif akımın akışı bu sırada kesilmez.

Bu işlemin daha ayrıntılı bir değerlendirmesi, kondansatörün açıldığı anda sıfır voltaj değerini gösterir. AC voltajı verildikten sonra şarj başlayacaktır. Bu sırada, devrenin ilk çeyreğinde şebeke gerilimi artacaktır. Plakalar üzerinde yükler biriktikçe, kapasitörün voltajı da artar. Periyodun ilk çeyreği sonunda şebeke gerilimi maksimum değerine ulaştıktan sonra şarj durur ve devredeki akım sıfır olur.

Bir kapasitör devresindeki akımı belirlemek için bir formül vardır: I = ∆q/∆t, burada q, t süresi boyunca devreden geçen elektrik miktarıdır. Elektrostatik yasalarına göre, cihazdaki elektrik miktarı şöyle olacaktır: q \u003d C x Uc \u003d C x U. Bu formülde C, kapasitörün kapasitansı, U - şebeke voltajı, Uc olacaktır. - eleman plakalarındaki voltaj. Son biçimde, devredeki akımın formülü şöyle görünecektir: i = C x (∆Uc/∆t) = C x (∆U/∆t).

Periyodun ikinci çeyreğinin başlangıcında şebeke gerilimi düşecek ve kondansatör boşalmaya başlayacaktır. Devredeki akım yönünü değiştirecek ve ters yönde akacaktır. Periyodun sonraki yarısında şebeke geriliminin yönü değişecek, eleman yeniden şarj olacak ve ardından tekrar boşalmaya başlayacaktır. Kondansatör devresinde mevcut olan akım, plakalardaki voltajı faz olarak 90 derece yönlendirecektir.

Kondansatör akımındaki değişikliklerin açısal frekans ω ile orantılı bir oranda meydana geldiği tespit edilmiştir. Bu nedenle, i \u003d C x (∆U / ∆t) devresindeki akım için zaten bilinen formüle göre, benzer şekilde akımın etkin değerinin de değişim oranı arasındaki orantı olacağı ortaya çıkıyor. gerilim ve açısal frekans ω: I = 2π xfx C x U .

Ayrıca, kapasitans değerini veya kapasitansın reaktansını ayarlamak zor değildir: xc = 1/2π x f x C = 1/ ω x C. Bu parametre, kapasitif kapasitans AC devresine dahil edildiğinde hesaplanır. Bu nedenle, Ohm yasasına göre, kapasitör açık bir alternatif akım devresinde, akım gücü aşağıdaki gibi olacaktır: I = U / xc ve plakalar üzerindeki voltaj: Uc = Ic x xc olacaktır.

Şebeke geriliminin kapasitör üzerine düşen kısmına kapasitif gerilim düşümü denir. Uc sembolü ile gösterilen voltajın reaktif bileşeni olarak da bilinir. Kapasitans xs'nin değeri ve ayrıca endüktif reaktans xi'nin değeri, doğrudan alternatif akımın frekansı ile ilgilidir.

Kondansatör, voltajın AC ve DC bileşenlerini ayırmak için devrelerde kullanılırken, yüksek frekanslı bir sinyali iyi ve zayıf - düşük frekanslı bir sinyal iletir. Bir DC devresinde olduğu için empedansının sonsuz büyük olduğu varsayılır. Alternatif akım için bir kapasitörün kapasitansı sabit bir değere sahip değildir. Bu nedenle çeşitli elektronik cihazların tasarımında bu değerin hesaplanması son derece önemlidir.

Genel açıklama

Fiziksel olarak, bir elektronik cihaz - bir kapasitör - arasında bir dielektrik tabaka bulunan iletken bir malzemeden yapılmış iki plakadan oluşur. Bir elektrik devresine bağlanmak üzere tasarlanmış plakaların yüzeyinden iki elektrot çıkarılır. Yapısal olarak, cihaz çeşitli boyut ve şekillerde olabilir, ancak yapısı değişmeden kalır, yani iletken ve dielektrik katmanların her zaman bir değişimi vardır.

"Kapasitör" kelimesi Latince "yoğuşma" - "birikim" kelimesinden gelir. Bilimsel tanım, bir depolama elektrikli cihazının, sabit ve değişken kapasitans değerleri ve yüksek direnç ile karakterize edilen iki terminalli bir ağ olduğunu söylüyor. Enerji depolamak ve şarj etmek için tasarlanmıştır. Kapasitans birimi faraddır (F).

Diyagramlarda, kondansatör, cihazın iletken plakalarına karşılık gelen ve çizilen segmentlerle orta noktalarına dik olan iki düz çizgi şeklinde gösterilmiştir - cihazın sonuçları.

Bir kondansatörün çalışma prensibi aşağıdaki gibidir.: cihaz bir elektrik devresine bağlandığında içindeki gerilim sıfır değerinde olacaktır. Bu noktada cihaz bir şarj almaya ve biriktirmeye başlar. Devreye sağlanan elektrik akımı mümkün olan maksimum olacaktır. Bir süre sonra, cihazın elektrotlarından birinde pozitif yükler, diğerinde negatif yükler birikmeye başlayacaktır.

Bu işlemin süresi cihazın kapasitansına ve aktif dirence bağlıdır. Terminaller arasında bulunan dielektrik, partiküllerin plakalar arasında hareketini engeller. Ancak bu, yalnızca güç kaynağının potansiyel farkının ve kapasitörün terminallerindeki voltajın eşit olduğu ana kadar olacaktır. Şu anda, kapasite mümkün olan maksimum ve elektrik akımı minimum olacaktır.

Elemana artık voltaj uygulanmıyorsa, yük bağlandığında, kapasitör birikmiş yükünden vazgeçmeye başlar. Kapasitansı azalır ve devredeki voltaj ve akım seviyeleri düşer. Başka bir deyişle, depolama aygıtının kendisi bir güç kaynağına dönüşür. Bu nedenle, kapasitör alternatif akıma bağlıysa, periyodik olarak yeniden şarj olmaya başlayacak, yani devrede belirli bir direnç oluşturacaktır.

Bir depolama cihazının en önemli özelliği kapasitesidir. Şarj süresi, cihaz bir güç kaynağına bağlandığında buna bağlıdır. Boşalma süresi, yük direncinin değeri ile doğrudan ilişkilidir: ne kadar yüksekse, biriken enerjiyi geri döndürme süreci o kadar hızlı olur. Bu kapasite aşağıdaki ifade ile belirlenir:

C = E*Eo*S / d, burada E, ortamın bağıl geçirgenliğidir (referans değer), S, plakaların alanıdır, d, aralarındaki mesafedir.

Bir kapasitörün (empedans) alternatif bir sinyale toplam direnci üç bileşenden oluşur: kapasitif, dirençli ve endüktif direnç. Bir depolama elemanı içeren devreler tasarlanırken tüm bu miktarlar dikkate alınmalıdır. Aksi takdirde, uygun borulara sahip bir elektrik devresinde, kondansatör bir jikle gibi davranabilir ve rezonans halindedir. Her üç nicelikten en önemlisi kapasitörün kapasitansıdır, ancak belirli koşullar altında endüktifin de bir etkisi vardır.

eleman empedansı Z = (R2 + (Xl-Xc) 2) ½ formülünde ifade edilir, burada

• Xl - endüktans;
• Xc - kapasite;
• R - aktif bileşen.

İkincisi, kendi kendine indüksiyonun bir elektromotor kuvvetinin (EMF) ortaya çıkması nedeniyle ortaya çıkar. Akımın tutarsızlığı, kendi kendine endüksiyonlu EMF sabitinin akımını koruyan manyetik akıda bir değişikliğe yol açar. Bu değer endüktans L ve akan yüklerin frekansı W tarafından belirlenir. Xl = wL = 2*p*f*L. Xc - kapasite, depolama kapasitesi C'ye ve mevcut frekans f'ye bağlı olarak. Xc = 1/wC = ½*p*f*C burada w dairesel frekanstır.

Kapasitif ve endüktif değerler arasındaki farka kapasitörün reaktansı denir: X = Xl-Xc. Formüllere göre, sinyalin f frekansındaki bir artışla, endüktif değerin, bir azalma ile kapasitif değerin hakim olmaya başladığı görülebilir. Yani:

• X > 0, elemanda endüktif özellikler görünür;
• X = 0, tankta sadece aktif değer bulunur;
• x< 0, в элементе проявляется ёмкостное сопротивление.

Aktif direnç R, güç kayıplarıyla, elektrik enerjisinin ısıya dönüştürülmesiyle ilişkilidir. Reaktif - alternatif akım ve elektromanyetik alan arasındaki enerji alışverişi ile. Böylece empedans, j'nin sanal birim olduğu Z = R + j*X formülü kullanılarak bulunabilir.

kapasitans

Süreci anlamak için, içinden alternatif bir akımın geçtiği bir elektrik devresinde bir kapasitör hayal edilmelidir. Üstelik bu zincirde başka bir unsur da yok. Kondansatörden geçen akımın değeri ve plakalarına uygulanan voltaj zamanla değişir. Bu değerlerden herhangi birini bilerek, başka bir tane bulabilirsiniz.

Akımın sinüzoidal bir bağımlılığa göre değişmesine izin verin I (t) \u003d Im * sin (w * t + f 0). Daha sonra voltaj U (t) = (Im/C*w) *sin (w*t+ f 0 -p/2) olarak tanımlanabilir. Formül, sinyaller arasında meydana gelen 90 derecelik faz kaymasını hesaba kattığında, sanal birim adı verilen karmaşık bir j değeri verilir. Bu nedenle, akımı bulma formülü I \u003d U / (1 / j * w * C) gibi görünecektir. Ancak karmaşık sayının yalnızca akıma göre voltaj sapmasını gösterdiği ve genlik değerlerini etkilemediği göz önüne alındığında, formülden çıkarılabilir, böylece büyük ölçüde basitleştirilir.

Ohm yasasına göre direnç, devre bölümündeki voltajla doğru orantılı ve akımla ters orantılı olduğundan, formülleri dönüştürmek, aşağıdaki ifadeyi alabilirsiniz:

• Xc = 1/w*C = ½*p*f*C. Ölçü birimi ohm'dur.

Kapasitansın sadece kapasitansa değil, aynı zamanda frekansa da bağlı olduğu ortaya çıkıyor. Ayrıca, bu frekans ne kadar yüksek olursa, kondansatörün içinden geçen akıma sağladığı direnç o kadar az olur. Kapasite ile ilgili olarak, bu ifade tam tersi olacaktır. Bu nedenle frekansı sıfır olan doğru akım için depolama direnci sonsuz büyük olacaktır.

endüktif bileşen

Sürücüden alternatif bir sinyal geçtiğinde, güç kaynağına seri bağlanmış bir indüktör olarak gösterilebilir. Bu bobin, AC sinyal devresinde DC olandan daha fazla direnç ile karakterize edilir. Belirli bir zaman noktasındaki mevcut gücün değeri I \u003d I 0 * sinw olarak bulunur.

U 0 geriliminin anlık değerinin, kendi kendine indüksiyon EMF E 0'ın anlık değerine işaret olarak zıt olduğunu dikkate alarak ve ayrıca Lenz kuralını kullanarak, L'nin olduğu yerde E = L * I ifadesini elde edebiliriz. endüktans.

Bu nedenle: U \u003d L * w * I 0 * cosw * t \u003d U 0 * sin (wt + p / 2) ve akım voltajın p / 2 gerisinde kalıyor. Ohm yasasını kullanarak ve bobin direncinin w * L'ye eşit olduğunu varsayarak, elektrik devresinin yalnızca endüktif bileşeni olan bir bölümü için bir formül elde ederiz: U 0 \u003d I 0 / w * L.

Böylece, endüktif reaktans Xl \u003d w * L'ye eşit olacaktır, ayrıca ohm olarak da ölçülür. Ortaya çıkan ifadeden, sinyalin frekansı ne kadar yüksek olursa, akımın geçişine karşı direncin o kadar güçlü olduğu görülebilir.

Hesaplama örneği

Kapasitif ve endüktif dirençler reaktif yani güç tüketmeyenlerdir. Bu nedenle, Ohm'un kapasitanslı bir devre bölümü için yasası, akım ve voltajın etkin değerleri gösterdiği I \u003d U / Xc formuna sahiptir. Bu nedenle devrelerde sadece doğru ve alternatif akımları değil, aynı zamanda düşük ve yüksek frekansları da ayırmak için kapasitörler kullanılır. Ayrıca, kapasitans ne kadar düşükse, akımın geçebileceği frekans o kadar yüksek olur. Aktif direnç kapasitöre seri bağlanırsa, devrenin toplam empedansı Z \u003d (R 2 + Xc 2) ½ olarak bulunur.

Bir problem çözülürken formüllerin pratik uygulaması düşünülebilir. C = 1 μF kapasitans ve R = 5 kOhm dirençten oluşan bir RC devresi olsun. Sinyal frekansı f = 50 Hz ve genlik U = 50 V ise bu bölümün empedansını ve devre akımını bulmak gerekir.

Her şeyden önce, belirli bir frekans için AC devresindeki kapasitörün direncini belirlemeniz gerekir. Verileri formülde değiştirerek, 50 Hz'lik bir frekans için direncin olacağını elde ederiz.

Xc \u003d 1 / (2 * p * F * C) \u003d 1 / (2 * 3.14 * 50 * 1 * 10 -6) \u003d 3,2 kOhm.

Ohm yasasına göre akımı bulabilirsiniz: I \u003d U / Xc \u003d 50 / 3200 \u003d 15,7 mA.

Voltaj sinüs yasasına göre değişken olarak alınır, bu nedenle: U (t) \u003d U * sin (2 * p * f * t) \u003d 50 * sin (314 * t). Buna göre akım I (t) \u003d 15.7 * 10 -3 + günah (314 * t + p / 2) olacaktır. Sonuçları kullanarak, bu frekanstaki akımı ve voltajı çizebilirsiniz. Devre bölümünün toplam direncini Z \u003d (5000 2 +3200 2) ½ \u003d 5 936 Ohm \u003d 5,9 kOhm olarak buluyoruz.

Böylece devrenin herhangi bir bölümündeki empedansı hesaplamak zor değildir. Bu durumda, frekans ve kapasite gibi ilk verileri girdiğiniz ve tüm hesaplamaların otomatik olarak yapıldığı sözde çevrimiçi hesaplayıcıları da kullanabilirsiniz. Bu uygundur, çünkü formülleri ezberlemeye gerek yoktur ve hata olasılığı sıfırdır.

Z = r + ix , nerede Z- iç direnç, r- aktif direncin değeri, x- reaktansın değeri, i hayali birimdir.

boyutuna bağlı olarak x elektrik devresinin herhangi bir elemanı, üç durumdan bahseder:

• x > 0 - eleman endüktans özelliklerini sergiler.
• x = 0 - eleman tamamen aktif bir dirence sahiptir.
• x < 0 - eleman kapasitif özellikler sergiler.

Reaktansın değeri, endüktif ve kapasitif direnç değerleri cinsinden ifade edilebilir:

Endüktif reaktans (XL) kendi kendine endüksiyonlu EMF'nin ortaya çıkmasından kaynaklanmaktadır. Elektrik akımı bir manyetik alan oluşturur. Akımdaki bir değişiklik ve bunun bir sonucu olarak manyetik alandaki bir değişiklik, akımda bir değişikliği önleyen bir kendi kendine indüksiyon EMF'sine neden olur. Endüktif reaktansın değeri, elemanın endüktansına ve akan akımın frekansına bağlıdır:

kapasitans (XC). Kapasitans değeri, elemanın kapasitansına bağlıdır. İTİBAREN ve ayrıca akan akımın frekansları:

Ayrıca bakınız

aktif direnç

Wikimedia Vakfı. 2010 .

Diğer sözlüklerde "kapasite" nin ne olduğunu görün:

Bir devrenin (veya bölümünün) elektrik kapasitansı tarafından alternatif akıma sağlanan direnci karakterize eden bir değer. Sinüzoidal akıma karşı kapasitif direnç Xc = 1/ωС, burada ω açısal frekans, С kapasitanstır. Ohm cinsinden ölçülür. * * * KAPASİTİF… … ansiklopedik sözlük

kapasite- — [Ya.N. Luginsky, M.S. Fezi Zhilinskaya, Yu.S. Kabirov. İngilizce Rusça Elektrik Mühendisliği ve Güç Endüstrisi Sözlüğü, Moskova, 1999] Elektrik mühendisliği konuları, EN reaktans kapasitesinin temel kavramları ... ...

kapasite- talpinė varža durumları T sritis fizika atitikmenys: angl. kapasitans; kapasite yanıtı; kapasitif reaktans vok. kapazitivr Widerstand, m rus. kapasitans, npranc. kapasitans, f; reaktans kapasitif, f … Fizikos terminų žodynas

Kapasitif direnci görün ...

Kapasitif direnci görün ... Büyük ansiklopedik politeknik sözlük

Fizik alternatif akım elektrik tarafından uygulanan direnci karakterize eden bir değer. devrenin (veya bölümünün) kapasitansı. Y.s. sinüzoidal akım Xc \u003d 1 / w C, burada w açısal frekanstır, C kapasitanstır. Ohm cinsinden ölçülür... Doğal bilim. ansiklopedik sözlük

şarj kapasitesi- — [Ya.N. Luginsky, M.S. Fezi Zhilinskaya, Yu.S. Kabirov. İngilizce Rusça Elektrik Mühendisliği ve Enerji Endüstrisi Sözlüğü, Moskova, 1999] Elektrik mühendisliği konuları, temel kavramlar EN şarj kapasitansı ... Teknik Çevirmenin El Kitabı

DİRENÇ- (1) gazın içinde hareket eden gövdeye etki ettiği aerodinamik (ön) kuvvet. Daima vücudun hızına ters yönde yönlendirilir ve aerodinamik kuvvetin bileşenlerinden biridir; (2) C. hidrolik… … Büyük Politeknik Ansiklopedisi

kapasitif reaktans- — Konular petrol ve gaz endüstrisi EN kapasitif reaktans … Teknik Çevirmenin El Kitabı

Elektrik, elektrik kapasitansı (Bkz. Elektrik kapasitansı) ve devrenin endüktansı (bölümü) ile alternatif akıma sağlanan direnci karakterize eden bir değer; ohm cinsinden ölçülür (Bkz. Omaha). Sinüzoidal bir akım durumunda ... ... Büyük Sovyet Ansiklopedisi

1 Gerçek ve ideal e-posta kaynakları. enerji. eşdeğer şemalar. Herhangi bir elektrik enerjisi kaynağı, diğer enerji türlerini (mekanik, ışık, kimyasal vb.) elektrik enerjisine dönüştürür. Elektrik enerjisi kaynağındaki akım yönlendirilir olumsuzdan olumluya kaynağın elektrik enerjisine dönüştürdüğü enerji türünden dolayı dış kuvvetler nedeniyle. Elektrik devrelerinin analizinde gerçek elektrik enerjisi kaynağı, bir voltaj kaynağı veya bir akım kaynağı olarak temsil edilebilir. Aşağıda sıradan bir pil örneği verilmiştir.

Pirinç. 14. Gerilim kaynağı veya akım kaynağı şeklinde gerçek bir elektrik enerjisi kaynağının temsili

Gerçek bir elektrik enerjisi kaynağı sunma yolları, eşdeğer devrelerle (tasarım şemaları) birbirinden farklıdır. Şek. 15 gerçek kaynak, bir voltaj kaynağı devresi ile temsil edilir (değiştirilir) ve şek. Şekil 16'da gerçek kaynak, mevcut kaynak devresi tarafından temsil edilir (değiştirilir).

Şekildeki diyagramlardan da görüleceği üzere. Şekil 15 ve 16'da, devrelerin her birinin ideal bir kaynağı (voltaj veya akım) ve kendi iç direnci r HV vardır. Gerilim kaynağının iç direnci sıfır ise (r HV = 0), o zaman çıkıyor ideal voltaj kaynağı(emf kaynağı). Akım kaynağının iç direnci sonsuz büyükse (r HV = ), o zaman ortaya çıkıyor ideal akım kaynağı(sürüş akımının kaynağı). İdeal bir voltaj kaynağının ve ideal bir akım kaynağının şemaları, Şek. 17 ve 18. İdeal akım kaynağını harf ile göstereceğimizi özellikle belirtelim. J. 2. AC devreleri. Tek fazlı alternatif akım. Temel karakteristikler, faz frekansları, başlangıç ​​fazı.AC TEK FAZ AKIM. Değeri ve yönü zamanla değişen akıma değişken denir. Uygulamada periyodik olarak kullanılır. itibaren sinüzoidal yasaya göre değişen alternatif akım (Şekil 1) Sinüzoidal büyüklükler aşağıdaki ana parametrelerle karakterize edilir: periyot, frekans, genlik, başlangıç ​​fazı veya faz kayması.

Dönem(T) - değişkenin tam bir salınım yaptığı süre (ler). Sıklık saniyedeki döngü sayısıdır. Frekans birimi Hertz'dir (kısaltılmış Hz), 1 Hz, saniyede bir osilasyona eşittir. Periyot ve sıklık ilişkilidir T=1/f. Zamanla değişen sinüzoidal değer (gerilim, akım, EMF) farklı değerler alır. Belirli bir zamanda bir miktarın değerine anlık denir. Genlik- sinüzoidal değerin en büyük değeri. Akım, voltaj ve EMF genlikleri, indeksli büyük harflerle belirtilir: I m, U m, E m ve anlık değerleri - küçük harflerle i, sen, e. Sinüzoidal bir niceliğin anlık değeri, örneğin akım, i = I m sin(ωt + ψ) formülüyle belirlenir; burada ωt + ψ, belirli bir zamanda sinüzoidal miktarın değerini belirleyen faz açısıdır; ψ başlangıç ​​aşamasıdır, yani zamanın ilk anında miktarın değerini belirleyen açıdır. Aynı frekansa ancak farklı başlangıç ​​fazlarına sahip sinüsoidal niceliklere faz kaymalı denir.

3 Şek. 2 fazda kaydırılan sinüzoidal büyüklüklerin (akım, voltaj) grafiklerini gösterir. İki niceliğin ilk fazları ψ i = ψ u 'ye eşit olduğunda, fark ψ i − ψ u = 0 olur ve bu nedenle φ = 0 faz kayması olmaz (Şekil 3). Alternatif akımın mekanik ve termal etkisinin etkinliği, mevcut değeri ile tahmin edilir. Alternatif akımın etkin değeri, alternatif akımın bir periyoduna eşit bir sürede, alternatif akımla aynı miktarda ısıyı aynı dirençte serbest bırakacak olan doğru akımın böyle bir değerine eşittir. Geçerli değer, indeks olmadan büyük harflerle gösterilir: ben, u, e. Pirinç. 2 Sinüzoidal akım ve fazda kaydırılan gerilim grafikleri. Pirinç. 3 Fazda çakışan sinüzoidal akım ve gerilim grafikleri

Sinüzoidal değerler için efektif ve genlik değerleri ilişkilerle ilişkilidir:

ben=IM /√2; U=U M /√2; E=E M √2. Akım ve voltajın etkin değerleri, alternatif akımın ampermetre ve voltmetreleri ile ölçülür ve ortalama güç değeri wattmetre ile ölçülür.

4 .Geçerli (etkili) değerkuvvetalternatif akım eylemi, bir periyot boyunca kabul edilen alternatif akım ile aynı işi (termal veya elektrodinamik etki) üretecek olan doğru akım miktarı olarak adlandırılır. Modern literatürde, bu miktarın matematiksel tanımı daha sık kullanılır - alternatif akım gücünün ortalama kare değeri. Başka bir deyişle, akımın etkin değeri aşağıdaki formülle belirlenebilir:

.

Harmonik akım salınımları için

5Endüktif reaktans formülü:

burada L endüktanstır.

Kapasitans formülü:

burada C kapasitanstır.

Bir aktif direnç içeren alternatif bir akım devresini düşünmeyi ve onu defterlere çizmeyi öneriyoruz. Resmi kontrol ettikten sonra, elektrik devresinde (Şekil 1, a) alternatif bir voltajın etkisi altında, değişimi voltajdaki değişime bağlı olan alternatif bir akımın aktığını söylüyorum. Voltaj artarsa ​​devredeki akım artar, voltaj sıfır olduğunda devrede akım olmaz. Yönündeki bir değişiklik, voltajın yönündeki bir değişiklikle de çakışacaktır.

(Şekil 1, c).

Şekil 1. Aktif dirençli AC devresi: a - diyagramı; b - vektör diyagramı; c - dalga diyagramı

Fazdaki akım ve gerilim sinüzoidlerini kart üzerinde grafiksel olarak gösteriyorum, salınımların periyodu ve frekansı ile maksimum ve etkin değerlerin sinüzoidden belirlenebilmesine rağmen yine de bir sinüzoid inşa etmenin oldukça zor olduğunu açıklıyorum. . Akım ve gerilim değerlerini temsil etmenin daha basit bir yolu vektördür. Bunun için gerilim vektörü (ölçeklendirmek için) keyfi olarak seçilen bir noktadan sağa doğru çizilmelidir. Öğretmen, gerilim ve akımın aynı fazda olduğunu hatırlatarak öğrencileri akım vektörünü kendi başlarına ertelemeye davet eder. Bir vektör diyagramı oluşturduktan sonra (Şekil 1, b), gerilim ve akım vektörleri arasındaki açının sıfıra eşit olduğu gösterilmelidir, yani ? = 0. Böyle bir devredeki akım gücü, Ohm yasası ile belirlenecektir: soru 2. Endüktif dirençli AC devresi Endüktif direnç içeren bir AC devresini (Şekil 2, a) düşünün. Böyle bir direnç, aktif direncin 0 olduğu kabul edilen az sayıda büyük tel dönüşü olan bir bobindir.

Pirinç. 2. Endüktif dirençli AC devresi

Bobinin dönüşleri etrafında, akımın geçişi sırasında, kendi kendine indüksiyon emf'nin dönüşlerinde indüklenen alternatif bir manyetik alan oluşturulacaktır. Lenz'in kuralına göre, tümevarımın ede'si her zaman ona neden olan nedeni ortadan kaldırır. Ve bu kendi kendine indüksiyon, alternatif akımdaki değişikliklerden kaynaklandığı için geçişini engeller. Bu kendi kendine endüksiyonun neden olduğu dirence endüktif denir ve x L harfi ile gösterilir. Bobinin endüktif direnci, bobindeki akımın değişim hızına ve endüktans L'ye bağlıdır: burada X L endüktif dirençtir, Ohm; alternatif akımın açısal frekansıdır, rad/s; L, bobinin endüktansıdır, G.

Açısal frekans == ,

Sonuç olarak, .

Alternatif akım devresinde kapasitans. Açıklamaya başlamadan önce, elektrik devrelerinde aktif ve endüktif dirençlerin yanı sıra kapasitif direncin de olduğu bir takım durumlar olduğunu hatırlamak gerekir. Elektrik yüklerini depolamak için tasarlanmış bir cihaza kapasitör denir. En basit kapasitör, bir yalıtım katmanıyla ayrılmış iki teldir. Bu nedenle örgülü teller, kablolar, motor sargıları vb. kapasitif dirence sahiptir. Açıklamaya, bir elektrik devresine bağlantılarıyla birlikte çeşitli tip ve kapasitanslarda bir kondansatör gösteriliyor. Elektrik devresinde bir kapasitif direncin hakim olduğu ve aktif ve endüktif olanların küçük değerleri nedeniyle ihmal edilebileceği durumu düşünmeyi öneriyorum (Şekil 6, a). Kondansatör bir DC devresine bağlıysa, kapasitör plakaları arasında bir dielektrik olduğundan devreden akım geçmez. Kapasitans bir alternatif akım devresine bağlıysa, kapasitörün yeniden şarj edilmesinden dolayı devreden bir akım / akacaktır. Şarj etme, alternatif voltajın yönünü değiştirmesi nedeniyle gerçekleşir ve bu nedenle, bu devreye bir ampermetre bağlarsak, kapasitörün şarj ve deşarj akımını gösterecektir. Kondansatörden akım geçmez. Kapasitanslı bir devreden geçen akımın gücü, Xc kondansatörünün kapasitansına bağlıdır ve Ohm yasası ile belirlenir.

burada U, emf kaynağının voltajıdır, V; Xs - kapasitif direnç, Ohm; / - mevcut güç, A.

Pirinç. 3. Kapasitanslı AC devresi

Kapasitans, sırayla, formülle belirlenir.

burada C, kapasitörün kapasitansı, F. Öğrencilerin kapasitanslı bir devrede akım ve gerilim vektör diyagramı oluşturmasını öneriyorum. Kapasitif dirençli bir elektrik devresindeki süreçleri incelerken, akımın voltajı φ = 90 ° açıyla yönlendirdiğinin bulunduğunu hatırlatırım. Akım ve gerilimin bu faz kayması dalga diyagramında gösterilmelidir. Tahtada bir voltaj sinüzoidini grafiksel olarak gösteriyorum (Şekil 3, b) ve öğrencilere çizim üzerinde bağımsız olarak gerilimi 90 ° 'lik bir açıyla yönlendiren bir akım sinüzoidi çizmelerini söylüyorum.

Dirençler gibi kapasitörler, radyo mühendisliği cihazlarının en çok sayıda öğesi arasındadır. Kondansatörlerin ana özelliği, elektrik yükünü depolama yeteneği . Bir kapasitörün ana parametresi, kapasite .

Kondansatörün kapasitansı, plakalarının alanı ne kadar büyük olursa ve aralarındaki dielektrik tabaka o kadar ince olursa, o kadar büyük olacaktır. Elektrik kapasitansın temel birimi, İngiliz fizikçi M. Faraday'ın adını taşıyan faraddır (kısaltılmış F). Ancak, 1 F çok büyük bir kapasitanstır. Örneğin, kürenin kapasitansı 1 F'den azdır. Elektrik ve radyo mühendisliğinde, bir faradın milyonda birine eşit bir kapasitans birimi kullanırlar, buna denir. mikrofarad (mikrofarad olarak kısaltılır) .

Bir kapasitörün alternatif akıma karşı kapasitansı, kapasitansına ve akımın frekansına bağlıdır: kapasitörün kapasitansı ve akımın frekansı ne kadar büyük olursa, kapasitansı o kadar düşük olur.

Seramik kapasitörler nispeten küçük kapasitanslara sahiptir - birkaç bin pikofarada kadar. Aralarında iletişim için yüksek frekanslı akımın (anten devresi, salınım devresi) aktığı devrelere yerleştirilirler.

En basit kapasitör iki elektrik akımı iletkeninden oluşur, örneğin: - bir dielektrik ile ayrılmış kapasitör plakaları adı verilen iki metal plaka, örneğin: - hava veya kağıt. Kondansatör plakalarının alanı ne kadar büyükse ve birbirlerine ne kadar yakın bulunurlarsa, bu cihazın elektrik kapasitansı o kadar büyük olur. Kondansatör plakalarına bir doğru akım kaynağı bağlanırsa, ortaya çıkan devrede kısa süreli bir akım görünecek ve kapasitör, akım kaynağının voltajına eşit bir voltajda şarj edilecektir. Dielektrik olan bir devrede neden akım görünür diye sorabilirsiniz. Kondansatöre bir akım kaynağı bağladığımızda, ortaya çıkan devrenin iletkenlerindeki elektronlar, akım kaynağının pozitif kutbuna doğru hareket etmeye başlar ve devre boyunca kısa süreli bir elektron akışı oluşturur. Sonuç olarak, akım kaynağının pozitif kutbuna bağlı olan kapasitör plakası serbest elektronlar bakımından tükenir ve pozitif olarak yüklenir, diğer plaka ise serbest elektronlarla zenginleşir ve dolayısıyla negatif olarak yüklenir. Kondansatör şarj olur olmaz devrede kondansatör şarj akımı denilen kısa süreli akım duracaktır.

Akım kaynağı kondansatörden ayrılırsa, kondansatör şarj olur. Fazla elektronların bir plakadan diğerine transferi bir dielektrik tarafından engellenir. Kondansatörün plakaları arasında akım olmayacak ve onun tarafından biriken elektrik enerjisi dielektrik elektrik alanında yoğunlaşacaktır. Ancak yüklü bir kapasitörün plakaları bir iletken tarafından bağlanır bağlanmaz, negatif yüklü plakanın “fazla” elektronları bu iletkenden eksik oldukları başka bir plakaya geçecek ve kapasitör boşalacaktır. Bu durumda ortaya çıkan devrede kapasitör deşarj akımı adı verilen kısa süreli bir akım da oluşur. Kapasitörün kapasitansı büyükse ve önemli bir voltajla şarj edilirse, boşalma anına önemli bir kıvılcım ve çatırtı görünümü eşlik eder. Bir kapasitörün elektrik yüklerini biriktirme ve kendisine bağlı iletkenler aracılığıyla deşarj olma özelliği, bir radyo alıcısının salınım devresinde kullanılır.

kondansatör(lat. kondens- “mühürleme”, “kalınlaştırma”) - belirli bir kapasitans değerine ve düşük iletkenliğe sahip iki terminalli bir ağ; bir elektrik alanının yükünü ve enerjisini biriktirmek için bir cihaz. Kondansatör pasif bir elektronik bileşendir. En basit haliyle, tasarım iki plaka şeklinde elektrottan oluşur. yüzler), kalınlığı plakaların boyutlarına kıyasla küçük olan bir dielektrik ile ayrılır (bkz. Şekil). Pratik olarak kullanılan kapasitörler, birçok dielektrik katmana ve çok katmanlı elektrotlara veya bir silindire sarılmış veya yuvarlatılmış dört kenarlı (sarım nedeniyle) paralel borulu alternatif dielektrik ve elektrot şeritlerine sahiptir. DC devresindeki bir kondansatör, devreye bağlandığı anda (kapasitör şarj edilir veya yeniden şarj edilir) akım iletebilir, geçici sürecin sonunda plakaları ayrıldığı için akım kapasitörden geçmez. bir dielektrik tarafından. Bir alternatif akım devresinde, kapasitörün döngüsel olarak yeniden şarj edilmesiyle alternatif akım salınımları iletir ve ön akım olarak adlandırılan akımla kapanır.

Karmaşık genlikler yöntemi açısından, kapasitör karmaşık bir empedansa sahiptir.

,

Neresi J - hayali birim, ω - döngüsel frekans ( rad/s) akan sinüzoidal akım, F - frekans Hz., C - kapasitörün kapasitansı ( farad). Ayrıca, kapasitörün reaktansının şu şekilde olduğunu takip eder: DC için frekans sıfırdır, dolayısıyla bir kapasitörün reaktansı sonsuzdur (ideal olarak).

Kondansatörün rezonans frekansı

saat f > f P AC devresindeki bir kapasitör, bir indüktör gibi davranır. Bu nedenle, kondansatörün sadece frekanslarda kullanılması tavsiye edilir. F< f P direncinin kapasitif olduğu yerde. Tipik olarak, kapasitörün maksimum çalışma frekansı, rezonant olandan yaklaşık 2-3 kat daha düşüktür.

Bir kapasitör elektrik enerjisini depolayabilir. Yüklü bir kapasitörün enerjisi:

nerede sen - kapasitörün şarj edildiği voltaj (potansiyel fark).