Конденсатор

Конденсатором (емкостным элементом) называется элемент, для которого протекающий ток пропорционален скорости изменения заряда или напряжения (производной по времени).

Конденсатор является элементом электрической цепи, имеющим две проводящие обкладки, между которыми находится слой диэлектрика (рис. 4.5, а). Если к зажимам конденсатора подключить источник синусоидального напряжения то на его обкладках возникнет изменяющийся во времени электрический заряд q(t), т.е. через конденсатор будет протекать электрический ток:

(4.4)

а	б	в
Рис. 4.5. Конденсатор

В (4.4) С = dq/dU_c – емкость конденсатора, которая определяет зависимость изменения величины заряда на обкладках конденсатора от изменения напряжения, приложенного к его обкладкам. х_с = 1/(ωС) – реактивное емкостное сопротивление. Емкость конденсатора измеряется в Фарадах (Ф).

Из соотношения (4.4) видно, что ток через конденсатор i(t) опережает напряжение на угол (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Диаграммы тока и напряжения для конденсатора

Основной особенностью конденсатора является его способность запасать энергию в электрическом поле W_c = CU_c²/2. Кроме того, в конденсаторе имеют место тепловые потери энергии в диэлектрике и обкладках, а также происходит запас энергии в магнитном поле. На рис. 4.5, б показана низкочастотная схема замещения конденсатора, состоящая из параллельного соединения емкости C и активного сопротивления с проводимостью G_П, учитывающей потери в диэлектрике и обкладках. Если потерями можно пренебречь, то конденсатор будет представлять собой идеальную емкость (рис. 4.5, в).

Из (4.4) следует, что напряжение при заданном токе можно найти по формуле:

(4.5)

Для установившегося режима работы при гармоническом токе в (4.5) напряжение на конденсаторе имеет вид:

(4.6)