Шрифт:
Глава 11. Емкость
ЦЕЛИ
После изучения этой главы студент должен быть в состоянии:
• Объяснить, что такое емкость.
• Знать, в каких единицах измеряется емкость.
• Знать различные типы конденсаторов.
• Уметь определить общую емкость последовательной и параллельной цепей.
• Дать объяснение постоянной времени RC и ее связи с емкостью.
Емкость позволяет сохранять энергию в электростатическом поле. Емкость существует всегда, когда два проводника разделены изолятором.
В этой главе рассматривается емкость и ее применения в цепях постоянного тока. Более подробно емкость рассмотрена в главе 15.
Емкость — это способность устройства хранить электрическую энергию в электростатическом поле. Конденсатор — это устройство, которое обладает определенной емкостью. Конденсатор состоит из двух проводников, разделенных изолятором (рис. 11-1).
Рис. 11-1. Конденсатор состоит из двух обкладок (проводников), разделенных диэлектриком (изолятором).
Проводники называются обкладками, а изолятор — диэлектриком. На рис. 11-2 даны схематические изображения конденсаторов.
Рис. 11-2. Схематическое обозначение конденсаторов.
Когда источник тока подсоединен к конденсатору, ток течет до тех пор пока конденсатор не зарядится. Конденсатор заряжается избытком электронов на одной обкладке (отрицательный заряд) и дефицитом электронов на другой обкладке (положительный заряд).
Диэлектрик предотвращает перемещение электронов между обкладками. Как только конденсатор зарядится, ток прекращается. Напряжение на конденсаторе равно напряжению источника тока.
Заряженный конденсатор может быть отключен от источника тока и использован как источник энергии. Однако как только конденсатор теряет энергию, напряжение на нем резко падает. В цепи постоянного тока конденсатор после начальной зарядки работает как разомкнутая цепь.
Разомкнутая цепь — это цепь с бесконечным сопротивлением.
Предупреждение: так как конденсатор при отключении от источника тока может удерживать потенциал источника тока достаточно долго, обращайтесь со всеми конденсаторами, как с заряженными. Никогда не касайтесь обоих выводов конденсатора рукой до тех пор, пока не разрядите его путем закорачивания выводов. Конденсатор в цепи может удерживать потенциал неопределенно долго, если у него нет пути для разряда.
Количество энергии, сохраняемой в конденсаторе, пропорционально размеру конденсатора. Конденсаторы, используемые в учебных лабораториях, обычно малы и наносят небольшой удар током при разряде через тело. Однако если конденсатор большой и заряжен высоким напряжением, его удар может быть смертельным. С заряженными конденсаторами следует обращаться так же, как и с любыми другими источниками тока.
Основной единицей измерения емкости является фарада (Ф). Фарада — это такая емкость, которая может сохранить 1 кулон заряда при напряжении на конденсаторе 1 вольт.
Фарада слишком большая единица для обычных целей, и поэтому обычно используются микрофарады (мкФ) и пикофарады (пФ). Для обозначения емкости используется буква С.
1 микрофарада = 0,000001 или 1/1000 000 фарады,
1 пикофарада = 0,000000000001 или 1/1000000000000 фарады
11-1. Вопросы
1. Что такое емкость?
2. Нарисуйте схематическое изображение емкости.
3. Какие предосторожности необходимо соблюдать при работе с конденсаторами?
4. В каких единицах измеряется емкость?
5. Какие единицы обычно используются для обозначения емкости конденсаторов?
На емкость конденсатора влияют четыре фактора:
1. Площадь обкладок
2. Расстояние между обкладками.
3. Тип диэлектрического материала.
4. Температура.
Конденсаторы бывают постоянные и переменные. Постоянный конденсатор имеет определенное значение емкости, которое не может быть изменено. Емкость переменного конденсатора можно изменять, изменяя либо расстояние между обкладками (подстроечный конденсатор), либо перекрытие между двумя наборами пластин (переменный конденсатор).