Емкостной элемент

Емкость учитывает изменение энергии электрического поля. Напряжение и ток емкостного элемента связаны уравнением:

.

Если напряжение на емкостном элементе u_C возрастает, то ток положителен. То есть в данный момент времени ток имеет направление, совпадающее с условно положительным направлением напряжения u_C. Заряд и энергия электрического поля между обкладками конденсатора

,

при этом возрастают. Энергия от источника передается электрическому полю. Когда напряжение u_C убывает, уменьшается и заряд, энергия запасенная в электрическом поле возвращается обратно в источник. Следовательно, емкостной элемент схемы замещения отражает обмен энергией между источником и электрическим полем. Обозначение емкостного элемента приведено на рисунке 2.4, в.

Если напряжение между выводами емкостного элемента изменяется синусоидально:

,

то ток через емкостной элемент:

,

где амплитуды напряжения и тока связаны соотношением

,

действующие значения тока и напряжения соответственно

,

а их начальные фазы

.

Величина называется емкостным сопротивлением, единица ее измерения – [Ом]. Комплексные значения синусоидального тока и напряжения емкостного элемента:

и .

Закон Ома в комплексной форме для емкостного элемента:

График мгновенных значений напряжения и тока на емкостном элементе показан на рисунке 3.7 а. Соответствующая векторная диаграмма приведена на рисунке 3.7 б, из которой видно, что вектор напряжения отстает от вектора тока на угол p/2.

Рисунок 3.7 - График изменения мгновенных значений (а) и векторная диаграмма (б) тока и напряжения на емкостном элементе