Конденсаторы и с чем их кушают коты )

[com332]

добрый вечер присутствующим.
я все еще по поводу дозарядки конденсатора.
сколько потратит источник питания при дозаряде конденсатора 10 мкФ с, например, 15 вольт до 20? разжуйте пожалуйста, тупой я.

[COKPOWEHEU]

Чтобы ток не шел, напряжение на конденсаторе должно равняться напряжению на батарейке и компенсировать его. Но до подключения конденсатор был не заряжен и напряжение на нем было нулевым. Как думаете, может ли оно измениться мгновенно? За счет чего оно будет меняться?

[keltkelt]

Мгновенно...ну в этом случае как же иначе оно может измениться? Просто должны уравняться потенциалы.

За счет чего меняется - на батарейке минус, на конденсаторе ноль. Есть напряжение (разность потенциалов). И в этой половинке цепи количество электронов уравнивается и конденсатор заряжается.
Однако я уже так думал, но в статьях пишут как-то по-другому. Например, что электрическое поле проходит через диэлектрик и возбуждает движение тока с другой стороны.

вот цитата:

Мы подключаем источник ЭДС к пластинам конденсатора. В металле, из которого эти пластины состоят, электроны смещаются к поверхности пластины, удаленной от полюса источника, образуя электрическое поле, которое проходит через изолятор к другой металлической пластине, вызывая смещение ее электронов к другому полюсу источника питания. Вот эти-то перемещения (или смещения), как любое направленное движение зарядов, и образуют кратковременный ток, при этом конденсатор заряжается от источника питания.

Стало быть дело начинается именно из-за напряжения между пластиной конденсатора и минусом батарейки?
А почему электрическое поле вызывает смещение электронов другой пластины к другому полюсу источника питания? Если причина в том что на плюсе батарейки нехватка электронов, то, опять же, поле там может возникнуть само собой из-за разности потенциалов.

Нарыл еще такую штуку - на обкладках конденсатора заряды всегда равны и противоположны по знаку. Уже лучше, у электронов с другой стороны, получается есть повод уходить.

И, теперь про электростатическую индукцию нашел. Видимо, совокупность этих вещей.

[com332]

например, энергия конденсатора 2 дж, значит источник потратил 4 дж. при дозаряде так же? или сколько ушло столько и пришло? ответтье, плиииз, кто ни будь.

[COKPOWEHEU]

Попробуйте представить на модели гидравлической системы. Батарейка - насос, конденсатор - расширение трубы, перегороженное упругой мембраной. Подключаем "батарейку", вода давит на одну сторону мембраны и откачивается с другой. Таким образом постоянный поток воды невозможен, но на время выравнивания давлений - почему бы и нет.
В реальном конденсаторе роль мембраны играют электростатические силы.

[keltkelt]

Уже намного понятнее, спасибо.

[COKPOWEHEU]

Могу добавить аналогий для сопротивления (впрочем, это и так очевидно), индуктивности и даже полевого транзистора.

[B@R5uk]

keltkelt, заряд на конденсаторе не может меняться мгновенно. Вспомните, что такое электрический ток. Это упорядоченное движение зарядов. Ток переносит заряд: при постоянном токе 1 А за 1 секунду через сечение проводника переносится заряд 1 Кл. Так вот конденсатор эти заряды накапливает (или расходует, в зависимости от ситуации). Если это всё выразить математически, то получим дифференциальное уравнение:

I = dQ/dt

где I -- ток через конденсатор, Q -- заряд на конденсаторе, а dQ / dt -- производная заряда по времени. Если это уравнение объединить с выражением, связывающим заряд конденсатора и напряжение на нём

Q = C * U,

то получим (учитывая, что ёмкость конденсатора не меняется со временем и/или с напряжением) дифференциальное уравнение:

I = C * dU/dt

где dU/dt -- это производная уже напряжения на конденсаторе по времени.

Из этого уравнения видно, что любое изменение напряжения на конденсаторе вызывается током через него. Конденсатор не может изменить напряжение мгновенно, это будет соответствовать бесконечному току, чего не может быть на практике. В действительности, при подключении конденсатора напрямую к батарейке, ток будет ограничен внутренним сопротивлением источника и сопротивлением проводов.

Можно рассмотреть процесс зарядки конденсатора честно, составив эквивалентную схему из идеальной батарейки с напряжением U0, ключа, замыкаемого в момент времени t=0, резистора сопротивлением R и конденсатора, который изначально не заряжен. Все элементы включены последовательно. Для этой системы, после замыкания ключа получаем уравнение:

U0 = R * I + U,

где I -- ток в цепи, а U -- напряжение на конденсаторе. Обе эти величины меняются со временем. Подставляя сюда связь тока и напряжения конденсатора получаем дифференциальное уравнение:

U0 = R * С * dU/dt + U

Решая это уравнение с начальным условием U( t=0 ) = 0, получим следующее:

U(t) = U0 * ( 1 - exp( - t / ( R * C ) ) )
I(t) = U0 / R * exp( - t / ( R * C ) )

Содержание этих формул, выраженное словами, заключается в следующем. В момент включения цепи, так как конденсатор не заряжен, всё напряжение батарейки оказывается приложенным к сопротивлению. Возникает электрический ток, который начинает заряжать конденсатор. Напряжение на конденсаторе растёт, напряжение на резисторе падает, ток через резистор и конденсатор, соответственно, тоже падает, скорость заряда конденсатора аналогично падает. Заряд происходит по экспоненте, плавно выходя к горизонтальной асимптоте графика напряжения на конденсаторе, равной напряжению батарейки. Формально заряд конденсатора будет длится вечно. Реально, временем заряда можно считать момент, в который мы уже не сможем различать напряжение батарейки и конденсатора. Ток же в цепи максимален в момент замыкания ключа и равен, очевидно U0 / R. В процессе заряда ток спадает по экспоненте.

И да, никаких трубно-канализационных аналогий!!! Не знаете матчасть, не беритесь отвечать.

...в статьях пишут как-то по-другому. Например, что электрическое поле проходит через диэлектрик и возбуждает движение тока с другой стороны...

Бред сивой кобылы. Возбуждение тока в цепи -- это весьма сложный электромагнитный процесс. Возбудителем тока (так же как и переносчиком энергии) является электромагнитное поле ВНЕ проводников. Чтобы это всё хорошо понимать, надо учить матчасть, диффуры, уравнения Максвелла. Реально, до тех пор, пока скорость света, делить на размер системы много меньше рабочей частоты, этим всем можно не заморачиться.

сколько потратит источник питания при дозаряде конденсатора 10 мкФ с, например, 15 вольт до 20? разжуйте пожалуйста, тупой я.

Посчитай заряд, который протечёт в цепи при этой дозарядке, умножь его на напряжение источника. Это и будет работа, совершённая источником. Если всё правильно посчитаешь, то работа будет в два раза больше увеличения энергии конденсатора как раз по причине наличия в цепи зарядки активного сопротивления, на котором выделится половина потраченной источником энергии.

[YS]

Я уже не раз говорил, что я далеко не фанат "трубопроводных" аналогий и понимаю всю их ущербность, но имейте совесть, а. С нуля объяснять человеку процесс заряда конденсатора путем расписывания диффура - это как-то слишком. Тем не менее, многие преподы (особенно женского пола) любят так делать. Это приводит к тому, что зачатки интереса к теме в учащихся убиваются на корню первой же лекцией. К слову, такой стиль подачи обычно говорит о том, они сами не понимают физику процессов, о которых рассуждают. Скажу сразу, что к вам, B@R5uk, я уверен, это не относится; просто скорее всего вы забыли, кому и где отвечаете.

Любая теория имеет границы применимости, и водопроводная - не исключение. Разумеется, она перестает работать сразу же, как только мы покидаем пределы детсада, но пока большего-то и не требуется. А то мы так дойдем и до расписывания полей между обкладками и интегралов по объему. Ну да, мы это на втором курсе делали. Правда не помню, чтобы мне это пригодилось с тех пор, как я успешно закрыл ту сессию...

Так что не. Для начала можно и гидравлически объяснить:



А потом, если пойдем дальше, то окажется, что ток - это, мягко говоря, не совсем вода, а поле между пластинами - совсем не мембрана, и вообще, там происходят интересные штуки с энергией и все такое. Но пока трубы с мембраной вполне достаточно. А надо будет - и до дифуров дойдем.

[B@R5uk]

С нуля объяснять человеку процесс заряда конденсатора путем расписывания диффура - это как-то слишком.

Щито, поделать?! Производные и интегралы -- это то, чем описывается подавляющее большинство окружающих нас явлений. Да хоть та же машина на дороге. Скорость -- это производная её положения по времени, положение -- это интеграл скорости по времени. И так везде. Стесняться говорить о производных и интегралах, это как стесняться говорить о том, что живые существа дышат воздухом и хотят кушать.

Я сторонник того, чтобы сразу рубить с плеча правду-матку. Пусть сначала человек будет в шоке, за то сразу поймёт, куда попал. Это лучше, чем случать сказки, а потом ВНЕЗАПНО узнать обман.

[YS]

Если рубить правду с плеча, есть риск зарубить ее окончательно вместе со слушателем.

Зачем же внезапно? Просто надо понимать, что любая теория применима при соответствующих оговорках. Пока мы не вышли за границы применимости - смысла усложнять нет.

Одиозность трубопроводной теории проистекает оттого, что многим людям она в силу своей простоты нравится до такой степени, что они начинают применять ее и там, где она работать никак не может, при этом упорствуя в своей ереси. Конечно, от трубопроводных аналогий надо уходить сразу после того, как у человека появляется базовое понимание, но на начальных этапах они бывают полезны.

К некоторым вещам вообще невозможно подступиться совершенно строго, потому что уравнения там получаются совершенно крышесносные и нерешаемые. Простой пример - бестрансформаторные преобразователи. Если начать плутать в преобразованиях Лапласа и прочем материале, годящемся в основном для развлечения теоретиков, есть шанс так ни к чему и не прийти (но по дороге защитить диссертацию). Тем не менее, если упростить дело, то результат получается быстро и просто, причем подтверждается практикой с точностью около 10%. Хотя да, если расписывать совсем все, можно будет, например, рассчитать период начальных осцилляций. Но оно надо?

[Loveток]

Эл. сопротивление емкости.

Дайте определение, формулу хоть что-нибудь очень долго искал в интернете ну не нашел может тут кто-нибудь знает?



Сюда перенес.
В интернете это ищется моментально.
Нужно просто набрать в гугле конденсатор в цепи переменного тока
Первая попавшаяся ссылка.
http://tz-5133.narod.ru/electronics/capacitor-ac.htm
Xc = 1 /ωC = 1 / 2πfC
aen

[B@R5uk]

Эл. сопротивление емкости.

Дайте определение, формулу, хоть что-нибудь...

Приложим к конденсатору напряжение, меняющееся по синусоидальному закону:

U(t) = U0 * sin ( ѡ * t )

Здесь U0 -- это амплитуда напряжения, ѡ -- круговая частота, а t -- время. Круговая частота ѡ связана с обычной частотой f выражением

ѡ = 2 * π * f

Тогда, согласно дифференциальному уравнению, уже не раз приведённом выше:

I = C * dU/dt

получим выражение для зависимости тока от времени:

I(t) = C * ѡ * U0 * cos ( ѡ * t ) = I0 * cos ( ѡ * t )

Где I0 = C * ѡ * U0 -- амплитуда тока через конденсатор в этих условиях. Формально можно ввести величину

X_C = U0 / I0 = 1 / ( C * ѡ ) = 1 / ( 2 * π * C * f ),

которая имеет размерность сопротивления, и назвать её сопротивлением конденсатора на частоте ѡ (так как она зависит от частоты). Но надо понимать, что это не настоящее сопротивление, а всего лишь отношение амплитуды напряжения к амплитуде тока синусоидальных сигналов. Причём ток и напряжение сдвинуты по фазе на π/2. А для несинусоидальных сигналов отношение амплитуд будет совсем другим.

В частности, поскольку фазы тока и напряжения сдвинуты на π/2, то коэффициент деления k RC-цепочки будет не

k (ѡ) = X_C / ( X_C + R )

как можно неверно предположить, а таким:

k (ѡ) = X_C / sqrt( X_C^2 + R^2 ) = 1 / sqrt( 1+ ( R * C * ѡ )^2 )

[YS]

B@R5uk, жжоте.

[Виктор_Сергеевич]

Почему конденсатор увеличивает ёмкость при неисправности?

[Maykill]

давышо!

ещё скажите- дырявое ведро ёмче целого

[Виктор_Сергеевич]

Сам видел. Конденсатор на 50 Микрофарад, а тестер показывает 65-67 Микрофарад. Конденсатору примерно 20 лет, был в использовании.

[AlekseyEnergo]

Так это тестер врет. Или У конденсатора +-20% +погрешность тестера.

[Света]

У отечественных электролитических конденсаторов вообще было +50%, -20%...

[diesel170]

У советских конденсаторов допуск в бОльшую сторону до 80%.