Kapasitörün şarj edilmesi ve boşaltılması

kapasitör şarjı

Kondansatörü şarj etmek için DC devresine bağlamanız gerekir. İncirde. Şekil 1 kapasitör şarj devresini göstermektedir. Kondansatör C, jeneratörün terminallerine bağlanır. Anahtar, devreyi kapatmak veya açmak için kullanılabilir. Bir kondansatörü şarj etme sürecine ayrıntılı bir göz atalım.

Jeneratörün iç direnci vardır. Anahtar kapatıldığında, kapasitör plakalar arasında e'ye eşit bir voltaja şarj olur. vesaire. v. jeneratör: Uc = E. Bu durumda, jeneratörün artı kutbuna bağlı levha pozitif yük (+q) alır ve ikinci levha eşit negatif yük (-q) alır. Yük q'nun boyutu, kapasitör C'nin kapasitesi ve plakalarındaki voltaj ile doğru orantılıdır: q = CUc

Pe. 1… Kondansatör şarj devresi

Kondansatör plakalarını şarj edebilmek için birinin belirli miktarda elektron kazanması, diğerinin ise belli miktarda elektron kaybetmesi gerekir.Elektronların bir plakadan diğerine transferi, jeneratörün elektromotor kuvveti tarafından dış devre boyunca gerçekleştirilir ve yüklerin devre boyunca hareket ettirilmesi işlemi, şarj kapasitif akımı olarak adlandırılan bir elektrik akımından başka bir şey değildir.

Değer olarak şarj akımı, kapasitördeki voltaj e'ye eşit bir değere ulaşana kadar genellikle saniyenin binde biri cinsinden akar. vesaire. jeneratör. Şarjı sırasında kondansatörün plakaları üzerindeki voltaj artışının grafiği, Şek. Şekil 2, a'dan, Uc voltajının, e'ye eşit olana kadar düzgün bir şekilde, önce hızla, sonra giderek daha yavaş arttığı görülebilmektedir. vesaire. v. jeneratör E. Bundan sonra, kapasitör üzerindeki voltaj değişmeden kalır.

Pirinç. 2. Bir kondansatörü şarj ederken voltaj ve akım grafikleri

Kondansatör şarj olurken, devreden bir şarj akımı akar. Şarj akımı grafiği Şekil 1'de gösterilmektedir. 2, b. İlk anda, şarj akımı en büyük değere sahiptir, çünkü kapasitördeki voltaj hala sıfırdır ve Ohm yasasına göre iotax = E /Ri, çünkü tüm e., vb. c jeneratörü Ri direncine uygulanır.

Kondansatör şarj olurken, yani üzerindeki voltaj arttıkça, şarj akımı için azalır. Kondansatör üzerinde zaten bir voltaj olduğunda, direnç üzerindeki voltaj düşüşü e arasındaki farka eşit olacaktır. vesaire. v. jeneratör ve kondansatör voltajı, yani E — U s'ye eşittir. Bu nedenle itax = (E-Us) / Ri

Buradan, Uc arttıkça şarj olduğu ve Uc = E'de şarj akımının sıfır olduğu görülebilir.

Ohm Yasası hakkında daha fazla bilgiyi burada bulabilirsiniz: Devrenin bir bölümü için Ohm yasası

Kapasitör şarj işleminin süresi iki büyüklüğe bağlıdır:

1) Ri jeneratörünün iç direncinden,

2) kapasitör C'nin kapasitansından.

İncirde. Şekil 2, 10 mikrofarad kapasiteli bir kapasitör için zarif akımların grafiklerini gösterir: eğri 1, e ile bir jeneratörden şarj işlemine karşılık gelir. vesaire. E = 100 V ve dahili direnç Ri= 10 Ohm ile eğri 2, aynı e değerine sahip bir jeneratörden şarj işlemine karşılık gelir. ile, ancak daha düşük bir iç dirence sahip: Ri = 5 ohm.

Bu eğrilerin karşılaştırılmasından, jeneratörün iç direncinin daha düşük olması durumunda, zarif akımın ilk andaki gücünün daha yüksek olduğu ve bu nedenle şarj işleminin daha hızlı olduğu görülebilir.

Pirinç. 2. Farklı dirençlerdeki şarj akımlarının grafikleri

İncirde. 3, e ile aynı jeneratörden şarj olurken şarj akımlarının grafiklerini karşılaştırır. vesaire. farklı kapasitelere sahip iki kondansatörün E = 100 V ve iç direnci Ri= 10 ohm ile: 10 mikrofarad (eğri 1) ve 20 mikrofarad (eğri 2).

İlk şarj akımı iotax = E /Ri = 100/10 = 10 Her iki kapasitör de aynıdır, çünkü daha büyük kapasiteli bir kapasitör daha fazla elektrik depolar, bu durumda şarj akımı daha uzun sürer ve şarj işlemi daha uzun sürer.

Pirinç. 3. Farklı kapasitelerde şarj akımları tablosu

kapasitör deşarjı

Yüklü kondansatörü jeneratörden ayırın ve plakalarına bir direnç takın.

Us kondansatörünün plakaları üzerinde bir voltaj vardır, bu nedenle kapalı bir devrede deşarj kapasitif akımı adı verilen bir akım akacaktır.

Akım, kapasitörün pozitif plakasından negatif plakaya direnç yoluyla akar. Bu, fazla elektronların negatif plakadan, olmadıkları yerde pozitif plakaya geçişine karşılık gelir.Sıra çerçevelerin işlemi, iki plakanın potansiyelleri eşit olana, yani aralarındaki potansiyel fark sıfır olana kadar gerçekleşir: Uc = 0.

İncirde. Şekil 4a, deşarj sırasında kondansatördeki voltajın Uco = 100 V değerinden sıfıra düşüşünün grafiğini gösterir ve voltaj önce hızlı, sonra daha yavaş düşer.

İncirde. Şekil 4, b deşarj akımındaki değişimlerin grafiğini göstermektedir. Deşarj akımının gücü direncin değerine bağlıdır R ve Ohm yasasına göre ires = Uc/R

Pirinç. 4. Kapasitör deşarjı sırasındaki gerilim ve akım grafikleri

İlk anda, kondansatörün plakalarındaki voltajın en yüksek olduğu zaman, deşarj akımı da en büyüktür ve deşarj sırasında Uc'nin azalmasıyla deşarj akımı da azalır. Uc = 0'da deşarj akımı durur.

İmha süresi şunlara bağlıdır:

1) kapasitör C'nin kapasitansından

2) kapasitörün boşaldığı R direncinin değerine göre.

Direnç R ne kadar büyük olursa, deşarj o kadar yavaş gerçekleşir. Bunun nedeni, büyük bir dirençle deşarj akımının gücünün küçük olması ve kapasitörün plakalarındaki yük miktarının yavaş yavaş azalmasıdır.

Bu, aynı kapasitörün 10 μF kapasiteli ve iki farklı direnç değerinde 100 V'luk bir voltaja yüklenen deşarj akımının grafiklerinde gösterilebilir (Şekil 5): eğri 1 - R'de =40 ohm, ioresr = UcО/ R = 100/40 = 2,5 A ve eğri 2 — 20 Ohm'da ioresr = 100/20 = 5 A.

Pirinç. 5. Farklı dirençlerdeki deşarj akımlarının grafikleri

Kapasitörün kapasitansı büyük olduğunda deşarj da daha yavaştır.Bunun nedeni, kondansatör plakalarında daha fazla kapasitans olduğu için daha fazla elektrik (daha fazla şarj) olması ve şarjın boşalmasının daha uzun zaman almasıdır. Bu, aynı kapasiteye sahip, 100 V'luk aynı voltajda şarj edilen ve R= 40 ohm'luk bir dirence deşarj edilen iki kondansatör için deşarj akımlarının grafikleriyle açıkça gösterilmiştir (Şekil 6: eğri 1 - kapasiteli bir kondansatör için) 10 mikrofarad ve eğri 2 - 20 mikrofarad kapasiteli kapasitör için).

Pirinç. 6. Farklı güçlerdeki deşarj akımlarının grafikleri

Ele alınan süreçlerden, kapasitörlü bir devrede akımın yalnızca plakalardaki voltaj değiştiğinde şarj ve deşarj anlarında aktığı sonucuna varılabilir.

Bu, voltaj değiştiğinde plakalardaki yük miktarının değişmesi ve bunun devre boyunca yüklerin hareketini gerektirmesi, yani devreden bir elektrik akımının geçmesi gerektiği ile açıklanmaktadır. Yüklü bir kondansatör doğru akımı geçemez çünkü plakaları arasındaki dielektrik devreyi açar.

kapasitör enerjisi

Şarj işlemi sırasında kondansatör enerjiyi jeneratörden alarak depolar. Bir kondansatör boşaldığında, elektrik alanının tüm enerjisi ısı enerjisine dönüştürülür, yani kondansatörün deşarj olduğu direnci ısıtmaya gider. Kapasitörün kapasitansı ve plakaları arasındaki voltaj ne kadar büyükse, kapasitörün elektrik alanının enerjisi de o kadar büyük olur. U voltajına yüklenen C kapasiteli bir kondansatörün sahip olduğu enerji miktarı şuna eşittir: W = Wc = CU2/2

Bir örnek. Kondansatör C = 10 μF, Uc = 500 V gerilime şarj edildi.Kondansatörün boşaldığı dirençte ısı kuvvetiyle salınacak enerjiyi belirleyin.

Cevap. Deşarj sırasında, kapasitör tarafından depolanan tüm enerji ısıya dönüştürülecektir. Bu nedenle W = Wc = CU2/2 = (10 x 10-6 x 500) / 2 = 1,25 J.