Kondenzátor – co to je, definice a odpověď

Ток – tento režírovaný pohyb zpoplatněno částice. Proud ve vodičích vzniká pohybem elektronů, protože se mohou volně pohybovat v materiálu, na rozdíl od fixace v uzlech atomových mřížek.

Force proud rovná množství náboje procházejícího za jednotku času vodičem (I = frac), kde:

(I) – síla proudu, (lbrack Arbrack);

(q) – náboj procházející vodičem (lbrack Klrbrack);

(t) — doba pohybu náboje, (lbrack сrbrack);

Vodič, kterým prochází náboj, má jistou odpor pohyb tohoto náboje. Vztah mezi potenciálovým rozdílem na koncích vodiče (napětí), proudovou silou v části obvodu a odporem obvodu se nazývá Ohmův zákon.

Ohmův zákon pro část obvodu vypadá jako

(I) – síla proudu (lbrack Arbrack);

(U) – napětí (rozdíl potenciálů) (lbrack Brbrack);

(R) – odpor (lbrack Omrbrack);

Odpor vodiče – to je jeho fyzikální charakteristika nezávislá na proudu v obvodu nebo napětí a závisí pouze na velikosti vodiče a materiálu, ze kterého je vyroben.

Odpor vodiče je roven (R = frac>), kde

(R) – odpor (lbrack Omrbrack);

(I) — délka vodiče (lbrack mrbrack);

(rho) – odpor vodiče (lbrack Ohm cdot mrbrack);

(S) – plocha průřezu vodiče (lbrack m^rbrack)

Paralelní a sériové připojení vodičů.

na sekvenční spojení celkový odpor je roven součtu odporů všech zdrojů odporu (R = R_ + R_ + R_ + ldots + R_ + R_), kde

R – celkový odpor všech zdrojů odporu, (lbrack Omrbrack)

odpor každého zdroje odporu v obvodu (lbrack Omrbrack)

(n) je počet všech zdrojů odporu v obvodu.

Force proud na každém ze zdrojů odporu v sériovém zapojení a celková intenzita proudu v části obvodu je stejná (I = I_ = I_ = I_ = ldots = I_ = I_), kde

(I) – síla proudu v části obvodu, (lbrack Arbrack)

(I_,I_,I_,ldots,I_,I_ -) proudová síla u každého zdroje odporu v obvodu, (lbrack Arbrack)

Stres v části obvodu se rovná součtu napětí na každém zdroji odporu

(U = U_ + U_ + U_ + ldots + U_ + U_), kde

(U) – napětí na části obvodu, (lbrack Brbrack)

(U_,U_,U_,ldots,U_,U_ -) napětí na každém zdroji odporu v obvodu, (lbrack Brbrack)

na paralelní spojení celkový odpor odporových zdrojů se vypočítá jako (frac = frac + frac> + frac> + ldots + frac> + frac>) .

Celkový odpor dvou paralelně zapojených rezistorů je roven

Proud v obvodu v paralelním zapojení je roven (I = I_ + I_ + I_ + ldots + I_ + I_).

Napětí v obvodu a na každém ze zdrojů odporu jsou stejné (U = U_ = U_ = U_ = ldots = U_ = U_).

Nabité částice v řetězci mají vždy tendenci se pohybovat na cesty nejméně odpor. Pokud alespoň jedna z větví obvodu není zatížena odporem, bude jím procházet veškerý proud. Obrázek ukazuje příklad obvodu, ve kterém jedna z větví – horní – nemá žádný odpor. Je to přes to, že veškerý proud projde a celkový odpor obvodu bude nulový.

Kondenzátor

Hlavní charakteristikou kondenzátoru je elektrická kapacita nebo jenom емкость С, definovaný jako poměr náboje jedné z desek kondenzátoru k rozdílu potenciálů, tzn. napětí mezi deskami:

kde (C) je kapacita kondenzátoru (lbrack Фrbrack);

(q) – nabití jedné z desek kondenzátoru (lbrack Clrbrack);

(U) – napětí mezi deskami (lbrack Brbrack).

Kapacita kondenzátoru navíc nezávisí na jeho náboji a je určena pouze jeho geometrickými parametry (tvar, velikost a vzdálenost mezi deskami) a vlastnostmi materiálu, který vyplňuje prostor mezi deskami kondenzátoru. Napětí (potenciální rozdíl) mezi deskami bude nastaveno v závislosti na náboji přenášeném na kondenzátor.

Jednotky kapacita. V SI se bere jednotka elektrické kapacity farad (F). Kondenzátor má kapacitu 1 F, mezi jehož deskami se vytvoří napětí 1 V, když je na něj přenesen náboj 1 C:

V praxi se obvykle musíme vypořádat s kondenzátory, jejichž kapacita je výrazně menší než 1 F, proto se používají zlomky této jednotky – mikrofarad (μF), pikofarad (pF): 1 μF = 10 -6 F, 1 pF = 10 – 6 μF = 10-12 F .

Kapacita byt конденсатора.

Nejjednodušší kondenzátor je systém dvou plochých vodivých desek umístěných paralelně k sobě v malé vzdálenosti ve srovnání s velikostí desek a oddělených dielektrickou vrstvou. Takový kondenzátor se nazývá plochý kondenzátor.

Jeho kapacita se vypočítá podle následujícího vzorce:

kde (C) je kapacita kondenzátoru (leftlbrack Ф rightrbrack);

(varepsilon ₀) – elektrická konstanta, (( přibližně 8,85 střela 10^fracA^> Kg>))

(varepsilon) – dielektrická konstanta;

(S) – oblast obložení (lbrack m^rbrack);

d) — vzdálenost mezi deskami (lbrack mrbrack).

Prostor mezi deskami kondenzátoru lze vyplnit libovolným dielektrikem (látkou, která nevede elektrický proud). Dielektrika se vyznačují veličinou tzv dielektrikum propustnost.

Dielektrická konstanta (varepsilon) je bezrozměrná veličina, která ukazuje, kolikrát je intenzita elektrického pole (nebo napětí mezi jeho deskami) v kondenzátoru naplněném dielektrikem menší než v nepřítomnosti dielektrika se stejným nábojem kondenzátoru. Jinými slovy, dielektrická konstanta ukazuje, kolikrát se kapacita kondenzátoru zvýší, když je naplněn dielektrikem.

Pro pevná dielektrika se hodnota ε pohybuje od 4 do 7 a pro kapalná dielektrika – od 2 do 81.

Kondenzátorové baterie

Při použití kondenzátorů se někdy zapojují do baterií. Když je n kondenzátorů zapojeno paralelně, napětí U na nich jsou stejná a celkový náboj q baterie se rovná součtu nábojů kondenzátorů q_i, pro každý z nich samozřejmě platí (q_ = C_U).

Uvažujeme-li baterii jako jeden kondenzátor, dostaneme q = CU, na druhé straně q = q₁ +q₂+ … + q_n = (C₁ + C₂ +… + C._n)U.

Chápeme to емкость baterie paralelní připojeno kondenzátory rovná se součtu kapacit těchto kondenzátorů: C = C₁ + C₂ +… + C._n.

Argumentovat podobně pro konzistentní připojení kondenzátory, zjistíme, že kapacitu takové banky kondenzátorů lze vypočítat pomocí vzorce:

Při sériovém zapojení je kapacita baterie menší než nejmenší z kapacit připojených kondenzátorů.

Pole ven и uvnitř конденсатора. Elektrické pole kondenzátoru s paralelními deskami je převážně lokalizováno mezi deskami a mimo kondenzátor je nulové. Pole uvnitř kondenzátoru lze vyjádřit napětím takto:

Energie byt конденсатора. Nabitý kondenzátor má energii, která je vyjádřena následovně v C, q a U:

Je velmi důležité pochopit, který vzorec je vhodnější použít v každém konkrétním úkolu. Pokud se například změní náboj kondenzátoru v problému, měl by se použít vzorec (W = frac>), ale pokud se náboj změní, pak

Transformace energie v kondenzátorech

Uvažujme plochý kondenzátor se vzduchovou mezerou připojený ke zdroji konstantního napětí U. Desky kondenzátoru od sebe oddálíme na vzdálenost d₁ do vzdálenosti d₂ ve dvou případech: nejprve odpojením kondenzátoru od zdroje energie a bez odpojení kondenzátoru od zdroje energie.

V prvním případě účtovat na obložení конденсатора vše čas zbytky beze změny q = CU = konst, i když se kapacita a napětí mění s pohybem desek. Když známe napětí na kondenzátoru v počátečním okamžiku, zjistíme hodnotu tohoto náboje (q = C_U_ = frac U_). Podívejme se, jak se v tomto případě změní energie kondenzátoru. Protože náboj na kondenzátoru zůstává nezměněn, použijeme vzorec (W = frac>) a dostaneme:

Ve druhém případě, když je kondenzátor připojen ke zdroji energie, vytrvat vůle Napětí, a změnu energie kondenzátoru lze vypočítat pomocí následujícího vzorce: