Carga y descarga del condensador.
Carga del condensador
Para cargar el condensador, debe conectarlo al circuito de CC. En la Fig. 1 muestra el circuito de carga del condensador. El condensador C está conectado a los terminales del generador. La llave se puede utilizar para cerrar o abrir el circuito. Echemos un vistazo detallado al proceso de carga de un capacitor.
El generador tiene resistencia interna. Cuando se cierra el interruptor, el capacitor se cargará a un voltaje entre las placas igual a e. etc. v. generador: Uc = E. En este caso, la placa conectada al terminal positivo del generador recibe una carga positiva (+q), y la segunda placa recibe una carga negativa igual (-q). El tamaño de la carga q es directamente proporcional a la capacidad del capacitor C y el voltaje en sus placas: q = CUc
Educación física. 1… Circuito de carga de condensadores
Para cargar las placas de los condensadores es necesario que una de ellas gane y la otra pierda cierta cantidad de electrones.La transferencia de electrones de una placa a otra se lleva a cabo a lo largo del circuito externo por la fuerza electromotriz del generador, y el proceso de mover cargas a lo largo del circuito no es más que una corriente eléctrica, llamada corriente capacitiva de carga Una carga
El valor de la corriente de carga generalmente fluye en milésimas de segundo hasta que el voltaje a través del capacitor alcanza un valor igual a e. etc. v. generador. El gráfico del aumento de voltaje en las placas del capacitor durante su carga se muestra en la fig. 2, a, de donde se puede ver que el voltaje Uc aumenta suavemente, primero rápidamente y luego cada vez más lentamente, hasta que se vuelve igual a e. etc. v. generador E. Después de eso, el voltaje a través del capacitor permanece sin cambios.
Arroz. 2. Gráficos de voltaje y corriente al cargar un capacitor
A medida que se carga el capacitor, fluye una corriente de carga a través del circuito. El gráfico de corriente de carga se muestra en la Fig. 2, b. En el momento inicial, la corriente de carga tiene el mayor valor, ya que el voltaje en el capacitor todavía es cero, y de acuerdo con la ley de Ohm, iotax = E /Ri, ya que todos los e., etc. c generador se aplica a la resistencia Ri.
A medida que el capacitor se carga, es decir, aumenta el voltaje a través de él, disminuye la corriente de carga. Cuando ya hay un voltaje en el capacitor, la caída de voltaje en la resistencia será igual a la diferencia entre e. etc. v. tensión del generador y del condensador, es decir, igual a E — U s. Por lo tanto itax = (E-Us) / Ri
A partir de aquí se puede ver que a medida que aumenta Uc, icharge y en Uc = E la corriente de carga se vuelve cero.
Lea más sobre la Ley de Ohm aquí: Ley de Ohm para una sección de un circuito
La duración del proceso de carga del condensador depende de dos cantidades:
1) de la resistencia interna del generador Ri,
2) de la capacitancia del capacitor C.
En la Fig. 2 muestra las gráficas de las corrientes elegantes para un capacitor con una capacidad de 10 microfaradios: la curva 1 corresponde al proceso de carga de un generador con e. etc. con E = 100 V y con una resistencia interna Ri = 10 Ohm, la curva 2 corresponde al proceso de carga de un generador con la misma e. pr. con, pero con una resistencia interna más baja: Ri = 5 ohmios.
De una comparación de estas curvas, se puede ver que a menor resistencia interna del generador, la fuerza de la corriente elegante en el momento inicial es mayor y por lo tanto el proceso de carga es más rápido.
Arroz. 2. Gráficos de corrientes de carga a diferentes resistencias.
En la Fig. 3 compara los gráficos de las corrientes de carga cuando se carga desde el mismo generador con e. etc. con E = 100 V y resistencia interna Ri = 10 ohms de dos capacitores con diferentes capacidades: 10 microfaradios (curva 1) y 20 microfaradios (curva 2).
Corriente de carga inicial iotax = E /Ri = 100/10 = 10 Ambos condensadores son iguales, ya que un condensador con una mayor capacidad almacena más electricidad, entonces su corriente de carga debería llevar más tiempo y el proceso de carga es más largo.
Arroz. 3. Tablas de corrientes de carga con diferentes capacidades
Descarga del condensador
Desconecte el capacitor cargado del generador y conecte una resistencia a sus placas.
Hay un voltaje en las placas del capacitor Us, por lo tanto, en un circuito cerrado, fluirá una corriente llamada corriente capacitiva de descarga ires.
La corriente fluye desde la placa positiva del capacitor a través de la resistencia a la placa negativa. Esto corresponde a la transición del exceso de electrones de la placa negativa a la positiva, donde están ausentes.El proceso de los marcos de fila se lleva a cabo hasta que los potenciales de las dos placas sean iguales, es decir, la diferencia de potencial entre ellos se vuelve cero: Uc = 0.
En la Fig. 4a muestra el gráfico de la disminución del voltaje en el capacitor durante la descarga del valor Uco = 100 V a cero, y el voltaje primero disminuye rápidamente y luego más lentamente.
En la Fig. 4, b muestra el gráfico de los cambios en la corriente de descarga. La intensidad de la corriente de descarga depende del valor de la resistencia R y según las leyes de Ohm ires = Uc/R
Arroz. 4. Gráficos de tensión y corriente durante la descarga del condensador
En el momento inicial, cuando el voltaje en las placas del capacitor es mayor, la corriente de descarga también es mayor, y con una disminución de Uc durante la descarga, la corriente de descarga también disminuye. En Uc = 0, la corriente de descarga se detiene.
La duración de la disposición depende de:
1) de la capacitancia del capacitor C
2) sobre el valor de la resistencia R a la que se descarga el condensador.
Cuanto mayor sea la resistencia R, más lenta se producirá la descarga. Esto se debe al hecho de que con una gran resistencia, la fuerza de la corriente de descarga es pequeña y la cantidad de carga en las placas del capacitor disminuye lentamente.
Esto se puede mostrar en los gráficos de la corriente de descarga del mismo capacitor, con una capacidad de 10 μF y cargado a un voltaje de 100 V, en dos valores diferentes de resistencia (Fig. 5): curva 1 — en R =40 ohmios, ioresr = UcО/ R = 100/40 = 2,5 A y curva 2 — a 20 ohmios ioresr = 100/20 = 5 A.
Arroz. 5. Gráficos de las corrientes de descarga a diferentes resistencias
La descarga también es más lenta cuando la capacitancia del capacitor es grande.Esto se debe a que con más capacitancia en las placas del capacitor, hay más electricidad (más carga) y la carga tardará más en drenarse. Esto se muestra claramente en los gráficos de las corrientes de descarga para dos capacitores de la misma capacidad, cargados al mismo voltaje de 100 V y descargados a una resistencia R= 40 ohmios (Fig. 6: curva 1 — para un capacitor con una capacidad de 10 microfaradios y curva 2 — para capacitor con una capacidad de 20 microfaradios).
Arroz. 6. Gráficos de las corrientes de descarga a diferentes potencias
De los procesos considerados, se puede concluir que en un circuito con un capacitor, la corriente fluye solo en los momentos de carga y descarga, cuando cambia el voltaje en las placas.
Esto se explica por el hecho de que cuando cambia el voltaje, cambia la cantidad de carga en las placas, y esto requiere el movimiento de cargas a lo largo del circuito, es decir, debe pasar una corriente eléctrica a través del circuito. Un capacitor cargado no deja pasar corriente directa porque el dieléctrico entre sus placas abre el circuito.
Energía del condensador
Durante el proceso de carga, el capacitor almacena energía al recibirla del generador. Cuando se descarga un condensador, toda la energía del campo eléctrico se convierte en energía calorífica, es decir, se va a calentar la resistencia por la que se descarga el condensador. Cuanto mayor sea la capacitancia del capacitor y el voltaje a través de sus placas, mayor será la energía del campo eléctrico del capacitor. La cantidad de energía que posee un capacitor de capacidad C cargado a un voltaje U es igual a: W = Wc = CU2/2
Un ejemplo. Condensador C = 10 μF cargado a voltaje Uc = 500 V.Determine la energía que se liberará en forma de fuerza de calor en la resistencia a través de la cual se descarga el capacitor.
Respuesta. Durante la descarga, toda la energía almacenada por el condensador se convertirá en calor. Por lo tanto W = Wc = CU2/2 = (10 x 10-6 x 500) / 2 = 1,25 J.