condensador de CA

Armamos el circuito con condensador, donde el alternador genera un voltaje sinusoidal. Analicemos secuencialmente lo que sucederá en el circuito cuando cerremos el interruptor. Consideraremos el momento inicial cuando el voltaje del generador es igual a cero.

Durante el primer cuarto del período, el voltaje a través de las terminales del generador aumentará, comenzando desde cero, y el capacitor comenzará a cargarse. Aparecerá una corriente en el circuito, sin embargo, en el primer momento de cargar el capacitor, a pesar de que el voltaje en sus placas acaba de aparecer y aún es muy pequeño, la corriente en el circuito (corriente de carga) será la mayor. . A medida que aumenta la carga del capacitor, la corriente en el circuito disminuye y llega a cero en el momento en que el capacitor está completamente cargado. En este caso, el voltaje en las placas del capacitor, siguiendo estrictamente el voltaje del generador, se convierte en este momento en máximo, pero con el signo opuesto, es decir, se dirige al voltaje del generador.

Arroz. 1. Cambio de corriente y voltaje en un circuito con capacitancia

De esta manera, la corriente se precipita con la mayor fuerza en un capacitor de forma gratuita, pero inmediatamente comienza a disminuir cuando las placas del capacitor se llenan de carga y caen a cero, cargándolo por completo.

Comparemos este fenómeno con lo que sucede con el flujo de agua en una tubería que conecta dos vasos comunicantes (Fig. 2), uno de los cuales está lleno y el otro vacío. Uno solo tiene que presionar la válvula que bloquea el paso del agua, ya que el agua se precipita inmediatamente desde el recipiente izquierdo bajo una gran presión a través de la tubería hacia el recipiente derecho vacío. Inmediatamente, sin embargo, la presión del agua en la tubería comenzará a debilitarse gradualmente debido a la igualación de los niveles en los recipientes y caerá a cero. El flujo de agua se detendrá.

Arroz. 2. El cambio en la presión del agua en la tubería que conecta los vasos de comunicación es similar al cambio en la corriente en el circuito durante la carga del capacitor.

De manera similar, la corriente primero se precipita hacia un capacitor descargado y luego se debilita gradualmente a medida que se carga.

A medida que comienza el segundo cuarto del período, cuando el voltaje del generador comienza lentamente y luego disminuye más y más rápidamente, el capacitor cargado se descargará al generador, provocando una corriente de descarga en el circuito. A medida que disminuye el voltaje del generador, el capacitor se descarga cada vez más y aumenta la corriente de descarga en el circuito. La dirección de la corriente de descarga en este trimestre del período es opuesta a la dirección de la corriente de carga en el primer trimestre del período. En consecuencia, la curva actual que ha pasado el valor cero ahora se encuentra debajo del eje del tiempo.

Al final del primer medio ciclo, el voltaje del generador, así como el voltaje del capacitor, se aproxima rápidamente a cero y la corriente del circuito alcanza lentamente su valor máximo. Dado que el valor de la corriente en el circuito es mayor, cuanto mayor sea el valor de la carga transportada en el circuito, quedará claro por qué la corriente alcanza su máximo cuando el voltaje en las placas del capacitor, y por lo tanto la carga en condensador, disminuye rápidamente.

Con el comienzo del tercer cuarto del período, el capacitor comienza a cargarse nuevamente, pero la polaridad de sus placas, así como la polaridad del generador, cambia "y viceversa, y la corriente, continúa fluyendo en el mismo dirección, comienza a disminuir a medida que el capacitor se carga. Al final del tercer cuarto del período, cuando los voltajes del generador y del capacitor alcanzan su máximo, la corriente se vuelve cero.

Durante el último cuarto del período, el voltaje, al disminuir, cae a cero, y la corriente, habiendo cambiado su dirección en el circuito, alcanza su valor máximo. Aquí termina el período, después del cual comienza el siguiente, repitiendo exactamente el anterior, y así sucesivamente.

Así, bajo la acción de la tensión alterna del generador, el condensador se carga dos veces durante el período (el primer y tercer trimestre del período) y se descarga dos veces (el segundo y cuarto trimestre del período). Pero como se alternan uno por uno cargas y descargas de capacitores acompañado cada vez por el paso de la corriente de carga y descarga a través del circuito, entonces podemos concluir que corriente alterna.

Puedes verificar esto en el siguiente experimento simple. Conecte un condensador de 4-6 microfaradios a la red eléctrica a través de una bombilla de 25 W.La luz se encenderá y no se apagará hasta que se interrumpa el circuito. Esto sugiere que una corriente alterna ha pasado por el circuito con la capacitancia. Por supuesto, no pasa a través del dieléctrico del capacitor, pero en cualquier momento representa una corriente de carga o una corriente de descarga del capacitor.

Como sabemos, el dieléctrico se polariza bajo la acción de un campo eléctrico que surge en él cuando se carga el capacitor, y su polarización desaparece cuando se descarga el capacitor.

En este caso, el dieléctrico con la corriente de desplazamiento que surge sirve para la corriente alterna como una especie de continuación del circuito, y para la constante rompe el circuito. Pero la corriente de desplazamiento se forma solo dentro del dieléctrico del capacitor y, por lo tanto, no se produce la transferencia de cargas a lo largo del circuito.

La resistencia que ofrece un capacitor de CA depende del valor de la capacitancia del capacitor y de la frecuencia de la corriente.

Cuanto mayor sea la capacidad del condensador, mayor será la carga en el circuito durante la carga y descarga del condensador y, en consecuencia, mayor será la corriente en el circuito. Un aumento en la corriente en el circuito indica que su resistencia ha disminuido.

Por lo tanto, a medida que aumenta la capacitancia, disminuye la resistencia del circuito a la corriente alterna.

Está creciendo frecuencia actual aumenta la cantidad de carga transportada en el circuito porque la carga (así como la descarga) del capacitor debe ocurrir más rápido que a baja frecuencia. Al mismo tiempo, un aumento en la cantidad de carga transferida por unidad de tiempo equivale a un aumento en la corriente en el circuito y, por lo tanto, a una disminución en su resistencia.

Si de alguna manera reducimos gradualmente la frecuencia de la corriente alterna y reducimos la corriente a corriente continua, entonces la resistencia del capacitor incluido en el circuito aumentará gradualmente y se volverá infinitamente grande (rompiendo el circuito) hasta que aparezca en circuito de corriente constante.

Por tanto, a medida que aumenta la frecuencia, disminuye la resistencia del condensador a la corriente alterna.

Así como la resistencia de una bobina a una corriente alterna se llama inductiva, la resistencia de un capacitor se llama capacitiva.

Por tanto, la resistencia capacitiva es mayor cuanto menor es la capacidad del circuito y la frecuencia de la corriente que lo alimenta.

La resistencia capacitiva se denota como Xc y se mide en ohmios.

La dependencia de la resistencia capacitiva de la frecuencia de la corriente y la capacidad del circuito está determinada por la fórmula Xc = 1 /ωC, donde ω es una frecuencia circular igual al producto de 2πe, C es la capacidad del circuito en faradios

La resistencia capacitiva, al igual que la resistencia inductiva, tiene naturaleza reactiva, ya que el capacitor no consume la energía de la fuente de corriente.

fórmula Ley de Ohm para un circuito capacitivo tiene la forma I = U / Xc, donde I y U — valores efectivos de corriente y voltaje; Xc es la resistencia capacitiva del circuito.

La propiedad de los capacitores de brindar alta resistencia a las corrientes de baja frecuencia y de pasar fácilmente las corrientes de alta frecuencia se usa ampliamente en los circuitos de equipos de comunicación.

Con la ayuda de condensadores, por ejemplo, se logra la separación de corrientes constantes y corrientes de baja frecuencia de corrientes de alta frecuencia, necesarias para el funcionamiento de los circuitos.

Si es necesario bloquear el camino de la corriente de baja frecuencia en la parte de alta frecuencia del circuito, se conecta un pequeño capacitor en serie. Ofrece una gran resistencia a la corriente de baja frecuencia y al mismo tiempo pasa fácilmente la corriente de alta frecuencia.

Si es necesario evitar la corriente de alta frecuencia, por ejemplo, en el circuito de alimentación de la estación de radio, se utiliza un condensador de gran capacidad, conectado en paralelo con la fuente de corriente. En este caso, la corriente de alta frecuencia pasa a través del capacitor, sin pasar por el circuito de suministro de energía de la estación de radio.

Resistencia activa y condensador en el circuito de CA.

En la práctica, a menudo se observan casos cuando en un circuito en serie con una capacitancia Se incluye resistencia activa. La resistencia total del circuito en este caso está determinada por la fórmula

Por lo tanto, la resistencia total de un circuito que consta de resistencia CA activa y capacitiva es igual a la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de la resistencia activa y capacitiva de este circuito.

La ley de Ohm también sigue siendo válida para este circuito I = U / Z.

En la Fig. 3 muestra las curvas que caracterizan la relación de fase entre corriente y voltaje en un circuito que contiene resistencia capacitiva y activa.

Arroz. 3. Corriente, tensión y potencia en un circuito con condensador y resistencia activa

Como se puede ver en la figura, la corriente en este caso aumenta el voltaje no en un cuarto de período, sino en menos, ya que la resistencia activa viola la naturaleza puramente capacitiva (reactiva) del circuito, como lo demuestra la fase reducida cambio. Ahora la tensión en los terminales del circuito se define como la suma de dos componentes: la componente reactiva de la tensión tiva, superará la resistencia capacitiva del circuito y la componente activa de la tensión, superando su resistencia activa.

Cuanto mayor sea la resistencia activa del circuito, menor será el cambio de fase entre la corriente y el voltaje.

La curva de cambio de potencia en el circuito (ver Fig. 3) dos veces durante el período adquirió signo negativo, lo que, como ya sabemos, es consecuencia de la naturaleza reactiva del circuito. Cuanto menos reactivo sea el circuito, menor será el cambio de fase entre la corriente y el voltaje, y más energía de fuente de corriente consumirá ese circuito.

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