До какого напряжения нужно зарядить конденсатор

Заряд и разряд конденсатора

Заряд и разряд конденсатора — это процессы, при которых конденсатор накапливает или отдает электрический заряд на своих обкладках. Заряд и разряд конденсатора происходят при подключении его к источнику напряжения или к сопротивлению соответственно.

При зарядке конденсатора по цепи течет ток, который уменьшается по экспоненциальному закону, пока напряжение на конденсаторе не сравняется с напряжением источника. При этом заряд на обкладках конденсатора увеличивается по тому же закону, пока не достигнет максимального значения, равного произведению емкости конденсатора и напряжения источника.

При разрядке конденсатора по цепи течет ток в противоположном направлении, который также уменьшается по экспоненциальному закону, пока напряжение на конденсаторе не станет равным нулю. При этом заряд на обкладках конденсатора уменьшается по тому же закону, пока не станет равным нулю.

Подробно про заряд и разряд конденсаторы читайте дальше в статье.

Конденсаторы представляют собой пассивные электрические компоненты с двумя выводами, которые накапливают потенциальную энергию в электрическом поле. В простейшей форме они состоят из двух проводящих пластин, разделенных изолятором.

Они характеризуются емкостью. Единицей емкости является фарад (Ф), определяемый как один кулон на вольт (1 Кл/В).

Конденсаторы широко используются в различных электронных и электротехнических приложениях.

В электронных схемах они используются для блокировки постоянного тока и пропускания переменного тока. В сетях аналоговых фильтров они используются для сглаживания выходных сигналов источников питания. В резонансных схемах они используются для настройки радиоприемников на заданные частоты.

Конденсатор в электронной схеме

Для того чтобы зарядить конденсатор, необходимо включить его в цепь постоянного тока. На рис. 1 показана схема заряда конденсатора. Конденсатор С присоединен к зажимам генератора. При помощи ключа можно замкнуть или разомкнуть цепь. Рассмотрим подробно процесс заряда конденсатора.

Генератор обладает внутренним сопротивлением. При замыкании ключа конденсатор зарядится до напряжения между обкладками, равного э. д. с. генератора: Uс = Е.

При этом обкладка, соединенная с положительным зажимом генератора, получает положительный заряд (+ q ), а вторая обкладка получает равный по величине отрицательный заряд ( -q ).

Величина заряда q прямо пропорциональна емкости конденсатора С и напряжению на его обкладках: q = CUc

P ис. 1 . Схема заряда конденсатора

Для того чтобы обкладки конденсатора зарядились, необходимо, чтобы одна из них приобрела, а другая потеряла некоторое количество электронов.

Перенос электронов от одной обкладки к другой совершается по внешней цепи электродвижущей силой генератора, а сам процесс перемещения зарядов по цепи есть не что иное, как электрический ток, называемый зарядным емкостным током I зар.

Зарядный ток в цепи протекает обычно тысячные доли секунды до тех пор, пока напряжение на конденсаторе достигнет величины, равной э. д. с. генератора.

График нарастания напряжения на обкладках конденсатора в процессе его заряда представлен на рис. 2,а, из которого видно, что напряжение Uc плавно увеличивается, сначала быстро, а затем все медленнее, пока не станет равным э. д. с. генератора Е. После этого напряжение на конденсаторе остается неизменным.

Рис. 2. Графики напряжения и тока при заряде конденсатора

Пока конденсатор заряжается, по цепи проходит зарядный ток. График зарядного тока показан на рис. 2,б. В начальный момент зарядный ток имеет наибольшую величину, потому что напряжение на конденсаторе еще равно нулю, и по закону Ома io зар = E/ R i , так как вся э. д. с. генератора приложена к сопротивлению R i.

По мере того как конденсатор заряжается, т. е. возрастает напряженно на нем, для зарядного тока уменьшается. Когда напряженно на конденсаторе уже имеется, падение напряжения на сопротивление будет равно разности между э. д. с. генератора и напряжением на конденсаторе, т. е. равно Е — U с. Поэтому i зар = (E-Uс)/R i

Отсюда видно, что с увеличением Uс уменьшается i зар и при Uс = E зарядный ток становится равным нулю.

Про закон Ома подробнее смотрите здесь: закон Ома для участка цепи

Продолжительность процесса заряда конденсатора зависит от двух величин:

1) от внутреннего сопротивления генератора R i ,

2) от емкости конденсатора С.

На рис. 2 показаны графики нарядных токов для конденсатора емкостью 10 мкф: кривая 1 соответствует процессу заряда от генератора с э. д. с. Е = 100 В и с внутренним сопротивлением R i = 10 Ом, кривая 2 соответствует процессу заряда от генератора с такой же э. д. с, но с меньшим внутренним сопротивлением: R i = 5 Ом.

Из сравнения этих кривых видно, что при меньшем внутреннем сопротивлении генератора сила нарядного тока в начальный момент больше, и поэтому процесс заряда происходит быстрее.

Рис. 2. Графики зарядных токов при разных сопротивлениях

На рис. 3 дается сравнение графиков зарядных токов при заряде от одного и того же генератора с э. д. с. Е = 100 В и внутренним сопротивлением R i = 10 ом двух конденсаторов разной емкости: 10 мкф (кривая 1) и 20 мкф (кривая 2).

Величина начального зарядного тока io зар = Е/ Ri = 100/10 = 10 А одинакова для обоих конденсаторов, по так как конденсатор большей емкости накапливает большее количество электричества, то зарядный его ток должен проходить дольше, и процесс заряда получается более длительным.

Рис. 3. Графики зарядных токов при разных емкостях

Отключим заряженный конденсатор от генератора и присоединим к его обкладкам сопротивление.

На обкладках конденсатора имеется напряжение U с, поэтому в замкнутой электрической цепи потечет ток, называемый разрядным емкостным током i разр.

Ток идет от положительной обкладки конденсатора через сопротивление к отрицательной обкладке. Это соответствует переходу избыточных электронов с отрицательной обкладки на положительную, где их недостает. Процесс рам ряда происходит до тех пор, пока потенциалы обеих обкладок не сравняются, т. е. разность потенциалов между ними станет равной нулю: Uc=0 .

На рис. 4, а показан график уменьшения напряжения на конденсаторе при разряде от величины Uc о =100 В до нуля, причем напряжение уменьшается сначала быстро, а затем медленнее.

На рис. 4,б показан график изменения разрядного тока. Сила разрядного тока зависит от величины сопротивления R и по закону Ома i разр = Uc / R

Рис. 4. Графики напряжения и токов при разряде конденсатора

В начальный момент, когда напряжение па обкладках конденсатора наибольшее, сила разрядного тока также наибольшая, а с уменьшением Uc в процессе разряда уменьшается и разрядный ток. При Uc=0 разрядный ток прекращается.

Продолжительность разряда зависит:

1) от емкости конденсатора С

2) от величины сопротивления R , на которое конденсатор разряжается.

Чем больше сопротивление R , тем медленнее будет происходить разряд. Это объясняется тем, что при большом сопротивлении сила разрядного тока невелика и величина заряда на обкладках конденсатора уменьшается медленно.

Это можно показать на графиках разрядного тока одного и того же конденсатора, имеющего емкость 10 мкф и заряженного до напряжения 100 В, при двух разных величинах сопротивления (рис. 5): кривая 1 — при R = 40 Ом, i оразр = Uc о/ R = 100/40 = 2,5 А и кривая 2 — при 20 Ом i оразр = 100/20 = 5 А.

Рис. 5. Графики разрядных токов при разных сопротивлениях

Разряд происходит медленнее также тогда, когда емкость конденсатора велика. Получается это потому, что при большей емкости на обкладках конденсатора имеется большее количество электричества (больший заряд) и для стекания заряда потребуется больший промежуток времени.

Это наглядно показывают графики разрядных токов для двух конденсаторов раиной емкости, заряженных до одного и того же напряжения 100 В и разряжающихся на сопротивление R =40 Ом (рис. 6 : кривая 1 — для конденсатора емкостью 10 мкф и кривая 2 — для конденсатора емкостью 20 мкф).

Рис. 6. Графики разрядных токов при разных емкостях

Из рассмотренных процессов можно сделать вывод, что в цепи с конденсатором ток проходит только в моменты заряда и разряда, когда напряжение на обкладках меняется.

Объясняется это тем, что при изменении напряжения изменяется величина заряда на обкладках, а для этого требуется перемещение зарядов по цепи, т. е. по цепи должен проходить электрический ток.

Заряженный конденсатор не пропускает постоянный ток, так как диэлектрик между его обкладками размыкает цепь.

Однако конденсатор может пропускать переменный ток, так как при изменении полярности напряжения на источнике меняется и направление тока в цепи. При этом конденсатор постоянно заряжается и разряжается, создавая в цепи переменное напряжение и ток.

Чем выше частота переменного тока, тем быстрее происходят процессы зарядки и разрядки конденсатора, и тем больше ток, который он пропускает. Это свойство конденсатора называется емкостным сопротивлением, которое обратно пропорционально частоте тока и емкости конденсатора.

В процессе заряда конденсатор накапливает энергию, получая ее от генератора. При разряде конденсатора вся энергия электрического поля переходит в тепловую энергию, т. е. идет на нагрев сопротивления, через которое разряжается конденсатор.

Энергия конденсатора зависит от емкости конденсатора и напряжения между его обкладками. Чем больше емкость конденсатора и напряжение на его обкладках, тем больше будет энергия электрического поля конденсатора. Величина энергии, которой обладает конденсатор емкостью С, заряженный до напряжения U, равна: W = W с = С U 2 /2

Пример. Конденсатор С=10 мкф заряжен до напряжения U в = 500 В. Необходимо определить энергию, которая выделится в виде тепла на сопротивлении, через которое разряжается конденсатор.

Решение. Пpи разряде вся энергия, запасенная конденсатором, перейдет в тепловую. Поэтому W = W с = С U 2 /2 = (10 х 10 -6 х 500)/2 = 1,25 дж.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

До какого напряжения нужно зарядить конденсатор емкостью 4 мкФ, чтобы ему передать заряд 4,4*10^(-4) Кл?

Из формулы электроёмкости:
C =q / U. ( C — ёмкость конденсатора=4*10^(-6)Ф, q — заряд, U -напряжение) . выразим напряжение
U=q / C.
U=4,4*10^(-4) / 4*10^(-6)=1,1*10^2B. (110B).

Остальные ответы

Похожие вопросы

Ваш браузер устарел

Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.

Схемы, платы, компоненты

В обоих случаях нужно зарядить конденсатор, от которого потом сработает передатчик. Т.е. ты хочешь сказать, мол конденсатор выгодней заряжать через резистор большего номинала, тогда меньше потери энергии? t ~= RC. Увеличивая R мы уменьшаем ток (который в квадрате) и увеличиваем и время, и сопротивление. По моему то на то и выходит. Интегрирование я не осилил.

• • Бл#! Я вроде русским языком сказал — через дроссель. PS о, боже, с кем я общаюсь!? — argus98 (13.08.2020 19:44 )
    • Дроссель понадобится конских размеров. Каждый импульс потребления будет приводить к затухающему колебательному процессу. Нет в мире совершенства. — Yurasvs (14.08.2020 11:27 )
  • На самом деле, как ни парадоксально, при зарядке конденсатора через резистор от источника ЭДС на резисторе всегда теряется ровно половина энергии, независимо от его сопротивления. При прямой зарядке резистором служит внутреннее сопротивление батареи, импульсный ток большой, но короткий. С дополнительным резистором ток меньше, время больше. так что резистор имеет смысл. В некоторых телевизионных пультах накопительный электролит таки подключен к батарейке через резисторYurasvs (13 знак., 13.08.2020 17:05 )
    • ровно половина это от края до края — зарядка от нуля до полной и разрядка в ноль от максимума, если не доводить до 0, то теряться будет меньше. — Nikolay801_ (13.08.2020 17:21 )
    • Так, определись, «всегда теряется половина» или «резистор имеет смысл». Ибо если «всегда половина» (да, действительно так), то смысла добавлять резистор же нет. Какое-то паразитное ненулевое сопротивление есть у батарейки и конденсатора — и ладно. Резистор имеет смысл чтоб не устроить КЗ (не превысить максимальный ток для батерейки, например). Но тогда вдвойне имеет смысл заряд конденсатора питающего трансивер не напрямую от батарейки, а с ноги МК: на ногу включаетсяfk0 (208 знак., 13.08.2020 17:20 )
      • Вон тут проинтегрировали:fk0 (796 знак., 13.08.2020 17:34 , ссылка, картинка)
        • Смысл резистора уменьшить пиковый ток. При больших токах отдаваемая емкость батареи уменьшается. — Yurasvs (14.08.2020 11:10 )
          • Опять пошли по кругу. Где подтверждение, что ёмкость уменьшается? Я выше показал уже, что это не ёмкость уменьшается, это следствие закона ома: при бОльших токах и заданном внутреннем сопротивлении батереи падение напряжения быстрей доходит до неприемлемого уровня. То же самое происходит с обычным конденсатором с высоким ESR, или с конденсатором включенным последовательно с резистором. Именно этим эффектом обусловлено «падение ёмкости» по методике измерения приведённой вfk0 (221 знак., 14.08.2020 11:51 )
          • Так нахера ещё резистор, если есть Rвн? Просто запараллелить гальванический элемент и конденсатор. — ToчкaOпopы (14.08.2020 11:12 , )
            • Ток разрядки влияет на общую отдаваемую емкость. Модель из источника ЭДС плюс внутреннее сопротивление многого не учитывает. — Yurasvs (14.08.2020 11:23 )
              • 1) ссылка на источник? 2) количественная оценка? А то договоримся, что солнечный ветер тоже влияет. — fk0 (14.08.2020 11:54 )
        • Спасибо. — ToчкaOпopы (13.08.2020 17:41 , )

Лето 7532 от сотворения мира. При использовании материалов сайта ссылка на caxapу обязательна. Вебмастер
MMI © MMXXIV

От какого напряжения нужно зарядить конденсатор емкостью 4 мкФ, чтобы ему сообщить заряд 0,44 мКл

Теми проектів для розділу «Механіка» 1. Вивчення фізичних характеристик власного тіла. 2. Резонанс: прояви і застосування. 3. Паски безпеки в транспор … ті. Допоможіть будь ласка терміново потрібно ❤️❤️❤️​

На графіку показано залежність активності радіоактивного джерела від часу. Визнач період піврозпаду цього радіоактивного елемента. ​

чому радіаційний фон в кабінеті фізики відрізняється від фону на вулиці​

Автомобиль имеет массу 1,5 т и стоит горизонтально дороге что это за машина, на что она рассчитана?: Графически изобразите вес автомобиля. масштаб: 1 … см на 5000 Н: