mozok.click » Фізика » Використання конденсаторів у техніці
Інформація про новину
  • Переглядів: 2153
  • Автор: admin
  • Дата: 12-02-2018, 19:03
12-02-2018, 19:03

Використання конденсаторів у техніці

Категорія: Фізика

Види конденсаторів. Конденсатори широко використовуються в електро-і радіотехніці. Залежно від технічних вимог виготовляють конденсатори різного типу. За призначенням їх поділяють на чотири види: а) нерегульовані, або постійної ємності; б) регульовані, або змінної ємності; в) електролітичні; г) ва-ріконди, в яких електроємність залежить від напруги.

За будовою конденсатори бувають паперові, слюдяні, керамічні, електролітичні та ін. (мал. 28).

У паперових конденсаторах обкладками слугують дві довгі пластини тонкої металевої фольги, а діелектриком між ними є трохи ширша паперова стрічка, просочена парафіном. їх туго згортають в рулон і вкладають у спеціальний корпус. За розміром паперові конденсатори приблизно такі, як сірникова коробка. Ємність паперових конденсаторів порядку 10 мкФ.

У слюдяних конденсаторах листи станіолю прокладають слюдою і сполучають так, що всі непарні листи, з’єднані разом, утворюють одну обкладку конденсатора, а парні - другу. Такі конденсатори можуть працювати під напругою від сотень до тисяч вольт. їх ємність від 10 до 100 000 пФ.

У керамічних конденсаторах діелектриком є спеціальна кераміка. Обкладки керамічних конденсаторів виготовляють у вигляді шару срібла, нанесеного на поверхню кераміки і захищеного шаром лаку. Керамічні конденсатори виготовляються з електроємностями від одиниць до сотень пікофарад і розраховані на напруги від сотень до тисяч вольт.

В електролітичних конденсаторах діелектриком є дуже тонкий оксидний шар на поверхні алюмінію або танталу, що перебуває в контакті зі спеціальним електролітом. Ці конденсатори мають значну ємність (до

кількох тисяч мікрофарад).

У радіотехніці часто використовують конденсатори змінної ємності. За допомогою таких конденсаторів можна регулювати настройку радіоприймача на відповідну частоту.



З’єднання конденсаторів. У багатьох випадках, щоб отримати потрібну електроємність, конденсатори з’єднують у групу, яка називається батареєю.

Послідовним називається таке з’єднання конденсаторів, за якого негативно заряджена обкладка попереднього конденсатора з’єд-

нана з позитивно зарядженою обкладкою наступного (мал. 29). У разі послідовного з’єднання на всіх обкладках конденсаторів будуть однакові за модулем заряди, відповідно однаковими будуть і потенціали обкладок, з’єднаних між собою провідниками.

Урахувавши це, виведемо формулу для обчислення електроємності батареї послідовно з’єднаних конденсаторів. Напруга на батареї U6 дорівнює сумі напруг на послідовно з’єднаних конденсаторах, дійсно

або

Використавши співвідношення

дістанемо

Скоротивши на q, матимемо

Отже, для послідовного з’єднання електроємність батареї менша за найменшу з електроємностей окремих конденсаторів.

Паралельним називається з’єднання конденсаторів, за якого всі позитивно заряджені обкладки приєднані до одного дроту, а негативно заряджені -до другого (мал. ЗО).


 

У цьому разі напруги на всіх конденсаторах однакові і дорівнюють U, а заряд на батареї дорівнює сумі зарядів на окремих конденсаторах,

звідки

Після

скорочення, отримуємо формулу для обчислення електроємності батареї паралельно з’єднаних конденсаторів:

Для паралельного з’єднання електроємність батареї більша, ніж найбільша з електроємностей окремих конденсаторів.

Виготовляючи конденсатори великої ємності, користуються паралельним з’єднанням, як це зображено на мал. 31. Такий спосіб з’єднання дає економію в матеріалі, оскільки заряди розміщуються з обох боків обкладок конденсаторів (крім двох крайніх обкладок). Кількість конденсаторів у такому з’єднанні на один менша, ніж пластин. Тому для розрахунку електроємності такого конденсатора користуються формулами

де С - електроємність конденсатора з двох пластин, п - загальна кількість пластин.

Дайте відповіді на запитання

1. Які існують види конденсаторів?

2. Для чого конденсатори з’єднують у батареї?

3. Чого досягають, з’єднуючи конденсатори паралельно? послідовно?


Приклади розв’язування задач

Задача. Три конденсатори ємностями Сj = 0,2 мкФ, С2 =С3 = 0,4 мкФ з’єднані між собою, як показано на мал. 32, і приєднані до джерела постійного струму Uлв = 250 В. Визначити загальний електричний заряд, заряд і різницю потенціалів на кожному з конденсаторів.

Розв’язання

Загальний заряд визначимо за формулою q = CUАВ, де С - ємність батареї конденсаторів, яку визначимо з формули змішаного з’єднання,

Заряд, накопичений батареєю

Підставимо числові значення:

Заряд першого конденсатора такий же, як і загальний заряд, q} =q, а заряди на двох інших конденсаторах q2 = q3 = q/2. Отже, заряди на окремих конденсаторах: = 4-Ю 5 Кл, <?2 = <73 = 2-Ю 5 Кл.

Знаючи ємність і заряд кожного конденсатора, можемо визначити різницю потенціалів на їх обкладках.

Вправа 6

1. Дві кулі, електроємності яких Сх = 2 пФ і С2 = 3 пФ, а відповідні заряди qY = 2-10 7Кл і<72 = 1 • 10 ‘ Кл, з’єднали між собою. Визначити заряди на кулях після їх з’єднання.

2. Три конденсатори ємностями 1, 2 і 3 мкФ з’єднані послідовно і під’єднані до джерела струму напругою 220 В. Які заряди і напруги на кожному конденсаторі?

3. Визначити ємність системи конденсаторів (мал. 33).

4. Конденсатор ємністю С, зарядили до напруги Ux - 500 В. Коли цей конденсатор паралельно приєднали до незарядженого конденсатора ємністю С2 = 4 мкФ, вольтметр показав U2 = 100 В. Визначити ємністьС,.

5. До повітряного конденсатора, зарядженого до напруги 210 В, приєднали паралельно такий самий незаряджений конденсатор, але із скляним діелектриком. Яку діелектричну проникність має скло, якщо на затискачах батареї встановилася напруга ЗО В?

6. В яких межах може змінюватись ємність системи, що складається з двох конденсаторів, якщо ємність одного з них постійна і дорівнює 3,33 нФ, а ємність другого змінюється від 22,2 до 555,5 пФ?






^