Pag-charge at pagdiskarga ng kapasitor

Pagsingil ng kapasitor

Upang singilin ang kapasitor, kailangan mong ikonekta ito sa DC circuit. Sa fig. Ipinapakita ng 1 ang capacitor charging circuit. Ang Capacitor C ay konektado sa mga terminal ng generator. Maaaring gamitin ang susi upang isara o buksan ang circuit. Tingnan natin ang isang detalyadong pagtingin sa proseso ng pagsingil ng isang kapasitor.

Ang generator ay may panloob na pagtutol. Kapag ang switch ay sarado, ang kapasitor ay sisingilin sa isang boltahe sa pagitan ng mga plate na katumbas ng e. atbp. v. generator: Uc = E. Sa kasong ito, ang plate na konektado sa positive terminal ng generator ay tumatanggap ng positive charge (+q), at ang pangalawang plate ay tumatanggap ng katumbas na negative charge (-q). Ang laki ng singil q ay direktang proporsyonal sa kapasidad ng kapasitor C at ang boltahe sa mga plato nito: q = CUc

Sinabi ni Pe. 1… Circuit ng pag-charge ng kapasitor

Upang singilin ang mga plato ng kapasitor, kinakailangan para sa isa sa kanila na makakuha at ang isa ay mawalan ng isang tiyak na halaga ng mga electron.Ang paglipat ng mga electron mula sa isang plato patungo sa isa pa ay isinasagawa kasama ang panlabas na circuit sa pamamagitan ng electromotive force ng generator, at ang proseso ng paglipat ng mga singil sa kahabaan ng circuit ay walang iba kundi isang electric current, na tinatawag na charging capacitive current A charge

Ang charging current sa halaga ay kadalasang dumadaloy sa ikasanlibo ng isang segundo hanggang ang boltahe sa kabuuan ng kapasitor ay umabot sa halagang katumbas ng e. atbp. v. generator. Ang graph ng pagtaas ng boltahe sa mga plato ng kapasitor sa panahon ng pagsingil nito ay ipinapakita sa fig. 2, a, mula sa kung saan makikita na ang boltahe Uc ay tumataas nang maayos, una nang mabilis, at pagkatapos ay mas at mas mabagal, hanggang sa ito ay maging katumbas ng e. atbp. v. generator E. Pagkatapos nito, ang boltahe sa kapasitor ay nananatiling hindi nagbabago.

kanin. 2. Mga graph ng boltahe at kasalukuyang kapag nagcha-charge ng capacitor

Habang nagcha-charge ang capacitor, dumadaloy ang charging current sa circuit. Ang kasalukuyang graph ng singil ay ipinapakita sa Fig. 2, b. Sa paunang sandali, ang kasalukuyang singilin ay may pinakamalaking halaga, dahil ang boltahe sa kapasitor ay zero pa rin, at ayon sa batas ng Ohm iotax = E / Ri, dahil ang lahat ng e., atbp. c generator ay inilapat sa paglaban Ri.

Habang sinisingil ang kapasitor, iyon ay, pinapataas ang boltahe sa kabuuan nito, bumababa ito para sa kasalukuyang singilin. Kapag mayroon nang boltahe sa kapasitor, ang pagbaba ng boltahe sa paglaban ay magiging katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng e. atbp. v. generator at capacitor boltahe, ibig sabihin, katumbas ng E — U s. Samakatuwid itax = (E-Us) / Ri

Mula dito makikita na habang tumataas ang Uc, icharge at sa Uc = E nagiging zero ang charging current.

Magbasa pa tungkol sa Ohm's Law dito: Batas ng Ohm para sa isang seksyon ng isang circuit

Ang tagal ng proseso ng pagsingil ng kapasitor ay nakasalalay sa dalawang dami:

1) mula sa panloob na paglaban ng generator Ri,

2) mula sa kapasidad ng kapasitor C.

Sa fig. Ang 2 ay nagpapakita ng mga graph ng mga eleganteng alon para sa isang kapasitor na may kapasidad na 10 microfarads: ang curve 1 ay tumutugma sa proseso ng pagsingil mula sa isang generator na may e. atbp. na may E = 100 V at may panloob na pagtutol Ri= 10 Ohm, ang curve 2 ay tumutugma sa proseso ng pagsingil mula sa isang generator na may parehong e. pr. na may, ngunit may mas mababang panloob na pagtutol: Ri = 5 ohms.

Mula sa paghahambing ng mga kurba na ito, makikita na sa isang mas mababang panloob na pagtutol ng generator, ang lakas ng eleganteng kasalukuyang sa paunang sandali ay mas malaki at samakatuwid ang proseso ng pagsingil ay mas mabilis.

kanin. 2. Mga graph ng charging currents sa iba't ibang resistances

Sa fig. Inihahambing ng 3 ang mga graph ng charging currents kapag nagcha-charge mula sa parehong generator na may e. atbp. na may E = 100 V at panloob na pagtutol Ri= 10 ohms ng dalawang capacitor na may iba't ibang kapasidad: 10 microfarads (curve 1) at 20 microfarads (curve 2).

Ang paunang pagsingil ng kasalukuyang iotax = E / Ri = 100/10 = 10 Parehong magkapareho ang mga capacitor, dahil ang isang kapasitor na may mas malaking kapasidad ay nag-iimbak ng mas maraming kuryente, kung gayon ang kasalukuyang pag-charge nito ay dapat na mas matagal, at ang proseso ng pagsingil ay mas - mahaba.

kanin. 3. Mga talahanayan ng pag-charge ng mga alon na may iba't ibang kapasidad

Paglabas ng kapasitor

Idiskonekta ang sisingilin na kapasitor mula sa generator at ilakip ang isang pagtutol sa mga plato nito.

Mayroong boltahe sa mga plato ng capacitor Us, samakatuwid, sa isang closed circuit, ang isang kasalukuyang tinatawag na discharge capacitive current ires ay dadaloy.

Ang kasalukuyang daloy mula sa positibong plato ng kapasitor sa pamamagitan ng paglaban sa negatibong plato. Ito ay tumutugma sa paglipat ng labis na mga electron mula sa negatibong plato patungo sa positibo, kung saan wala sila.Ang proseso ng mga row frame ay nagaganap hanggang ang mga potensyal ng dalawang plate ay pantay, ibig sabihin, ang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga ito ay nagiging zero: Uc = 0.

Sa fig. Ipinapakita ng 4a ang graph ng pagbaba ng boltahe sa kapasitor sa panahon ng paglabas mula sa halaga ng Uco = 100 V hanggang zero, at ang boltahe ay unang bumababa nang mabilis, at pagkatapos ay mas mabagal.

Sa fig. 4, b ay nagpapakita ng graph ng mga pagbabago sa kasalukuyang naglalabas. Ang lakas ng kasalukuyang naglalabas ay nakasalalay sa halaga ng paglaban R at ayon sa batas ng Ohm ires = Uc/R

kanin. 4. Mga graph ng boltahe at agos sa panahon ng paglabas ng kapasitor

Sa paunang sandali, kapag ang boltahe sa mga plato ng kapasitor ay ang pinakadakilang, ang kasalukuyang naglalabas ay din ang pinakamalaking, at sa isang pagbawas sa Uc sa panahon ng paglabas, ang kasalukuyang naglalabas ay bumababa din. Sa Uc = 0, humihinto ang kasalukuyang naglalabas.

Ang tagal ng pagtatapon ay depende sa:

1) mula sa kapasidad ng kapasitor C

2) sa halaga ng paglaban R kung saan naglalabas ang kapasitor.

Kung mas malaki ang resistensya R, mas mabagal ang paglabas ay magaganap. Ito ay dahil sa ang katunayan na sa isang malaking pagtutol, ang lakas ng kasalukuyang naglalabas ay maliit at ang halaga ng singil sa mga plato ng kapasitor ay bumababa nang dahan-dahan.

Ito ay maaaring ipakita sa mga graph ng discharge current ng parehong kapasitor, na may kapasidad na 10 μF at sisingilin sa boltahe na 100 V, sa dalawang magkaibang halaga ng paglaban (Larawan 5): curve 1 — sa R =40 ohms, ioresr = UcО/ R = 100/40 = 2.5 A at curve 2 — sa 20 Ohm ioresr = 100/20 = 5 A.

kanin. 5. Mga graph ng discharge currents sa iba't ibang resistances

Mas mabagal din ang discharge kapag malaki ang capacitance ng capacitor.Ito ay dahil sa mas maraming capacitance sa capacitor plates, mas maraming kuryente (mas maraming charge) at mas matagal bago maubos ang charge. Ito ay malinaw na ipinapakita ng mga graph ng mga discharge currents para sa dalawang capacitor ng parehong kapasidad, na sinisingil sa parehong boltahe ng 100 V at discharged sa isang resistance R= 40 ohms (Larawan 6: curve 1 - para sa isang kapasitor na may kapasidad ng 10 microfarads at curve 2 - para sa kapasitor na may kapasidad na 20 microfarads).

kanin. 6. Mga graph ng discharge currents sa iba't ibang kapangyarihan

Mula sa isinasaalang-alang na mga proseso, maaari itong tapusin na sa isang circuit na may isang kapasitor, ang kasalukuyang dumadaloy lamang sa mga sandali ng pagsingil at paglabas, kapag nagbabago ang boltahe sa mga plato.

Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na kapag ang boltahe ay nagbabago, ang halaga ng singil sa mga plato ay nagbabago, at ito ay nangangailangan ng paggalaw ng mga singil sa kahabaan ng circuit, iyon ay, ang isang electric current ay dapat dumaan sa circuit. Ang isang sisingilin na kapasitor ay hindi pumasa sa direktang kasalukuyang dahil ang dielectric sa pagitan ng mga plato nito ay nagbubukas ng circuit.

Enerhiya ng kapasitor

Sa panahon ng proseso ng pagsingil, ang kapasitor ay nag-iimbak ng enerhiya sa pamamagitan ng pagtanggap nito mula sa generator. Kapag ang isang kapasitor ay pinalabas, ang lahat ng enerhiya ng electric field ay na-convert sa enerhiya ng init, iyon ay, ito ay napupunta sa init ng paglaban kung saan ang kapasitor ay pinalabas. Kung mas malaki ang kapasidad ng kapasitor at ang boltahe sa mga plato nito, mas malaki ang enerhiya ng electric field ng kapasitor. Ang dami ng enerhiyang taglay ng isang kapasitor ng kapasidad C na sisingilin sa isang boltahe U ay katumbas ng: W = Wc = CU2/2

Isang halimbawa. Capacitor C = 10 μF na na-charge sa boltahe Uc = 500 V.Tukuyin ang enerhiya na ilalabas sa lakas ng init sa paglaban kung saan ang kapasitor ay pinalabas.

Sagot. Sa panahon ng paglabas, ang lahat ng enerhiya na nakaimbak ng kapasitor ay gagawing init. Samakatuwid W = Wc = CU2/2 = (10 x 10-6 x 500) / 2 = 1.25 J.