Ми використовували конденсатори в блоці живлення У цьому випадку конденсатор виконує функцію накопичувача зарядів (а електричний струм, нагадаю, це спрямований рух електричних зарядів) Проведемо експеримент з підключенням конденсатора до джерела постійного струму

Рис 41 Заряд конденсатора від джерела струму

Верхня пряма на екрані віртуального осцилографа – це позитивний імпульс напруги від джерела V1 Напруга встановлюється величиною 5 В і зберігається у перебігу 1 секунди Нижня крива показує, як за цей час на конденсаторі змінюється, зростаючи, напруга, поки воно не досягне значення напруги джерела струму Вхідний опір віртуального осцилографа дуже велике, конденсатор через нього не розряджається, тобто, накопичені заряди залишаються на обкладках конденсатора

Але ми можемо додати паралельно конденсатору резистор, через який потече струм, розряджаючи конденсатор Якщо процес включення і виключення напруги повторювати, то можна спостерігати таку картину:

Рис 42 Дія конденсатора на імпульси напруги

Завдяки резистору R2 конденсатор отримав можливість розряджатися, і тепер процес складається з двох фаз: при встановленні імпульсу 5 В конденсатор заряджається, при зникненні напруги від джерела V1 конденсатор розряджається На малюнку відзначена величина змін

напруги на конденсаторі Вона залежить від ємності конденсатора Збільшивши її в 10 разів, ми можемо спостерігати наступне:

Рис 43 Зміна напруги «пульсацій» на конденсаторі із збільшенням ємності Таким чином, ємність конденсатора впливає на процеси, що відбуваються з його участю

Конденсатор у найпростішому випадку являє собою дві металеві пластини, між якими знаходиться діелектрик (ізолятор) Зрозуміло, що конденсатор не проводитиме електричний струм через наявність діелектрика Чи це не так

Видозмінимо перший експеримент, помінявши місцями резистор і конденсатор

Рис 44 Видозміна першого експерименту

Що можна сказати про те, що показує осцилограф По-перше, електричний ланцюг залишилася без змін: послідовно зєднані конденсатор і резистор По-друге, у першому досліді ми спостерігали за напругою на конденсаторі, а в другому досвіді спостерігаємо за напругою на резисторі (цікавить нас область виділена) І, нарешті, ми точно знаємо із закону Ома, що напруга на резистори повязано з струмом, що протікає через резистор Таким

чином, протягом деякого часу через резистор протікає струм Правда, це не постійний струм, оскільки, хоча він і не змінюється за напрямком, струм змінюється за величиною

Чи можемо ми зробити висновок, що конденсатор не пропускає постійний струм, але пропускає змінний струм Визначимо це, видозмінивши попередній експеримент – замінимо імпульсний джерело напруги джерелом змінної напруги

Рис 45 Конденсатор і джерело змінної напруги

Дійсно, судячи по картинці, змінну напругу джерела і напруга на резисторі R1 нічим, практично, не відрізняються Отже, через резистор R1 протікає струм з частотою 1 кГц Конденсатор не пропускає постійний струм, але пропускає змінний струм

На «накопичувальні» властивості конденсатора впливала ємність конденсатора, чи буде вона впливати на властивість конденсатора проводити змінний електричний струм Зменшимо ємність конденсатора в 10 разів

Рис 46 Напруга на резисторі при зміні ємності конденсатора

І справді, напруга на резисторі змінилося, хоча характер напруги залишився незмінним У даному випадку конденсатор поводиться подібно резистору Ми можемо перевірити, замінивши конденсатор відповідним за опору резистором

Ми починали з розгляду реакції конденсатора на напругу (на зміну напруги) Тому резистивні властивості конденсатора в ланцюзі змінного струму носять назву реактивного опору

Ми вже зясували, що на величину реактивного опору конденсатора впливає величина його ємності Але є ще один параметр, що відноситься до джерела змінної напруги – частота В останньому досвіді ми зменшили в 10 разів ємність конденсатора Повернемо колишнє значення ємності, але зменшимо частоту джерела напруги в 10 разів

Рис 47 Характер впливу частоти змінної напруги на струм через конденсатор

Чи не правда, дві останні картинки важко розрізнити І дійсно, реактивний опір конденсатора залежить від його ємності і частоти змінної напруги Записується це простою формулою:

Xc = 1/2πfC, де f – частота напруги в герцах, С – ємність конденсатора у Фарада

Отримане опір, відповідно, в Омасі, як у звичайного резистора Хоча є й відмінність дільника напруги з конденсатора і резистора, від дільника напруги з двох резисторів Це відмінність не кидається в очі, але постараємося його виділити Я поєднуючи обидва канали віртуального осцилографа на попередньому малюнку

Рис 48 Співвідношення величини напруги і струму в часі

На малюнку видно, що струм через конденсатор і напруга на ньому не збігаються у своїй зміні за часом – коли напруга досягає максимальної величини, струм вже не максимальний У цьому випадку говорять, що струм через конденсатор випереджає по фазі напругу на конденсаторі

Ви можете повторити цей досвід, замінивши конденсатор звичайним резистором з еквівалентним опором, струм і напруга будуть синфазних

Джерело: Гололобов ВН, – Самовчитель гри на паяльнику (Про електроніці для школярів і не тільки), – Москва 2012