Практически каждый радиотехник использует в своих конструкциях конденсаторы. Ну и, конечно, каждый знает принцип его работы: элемент проводит переменный ток, но не проводит постоянный. Во всяком случае, так считает подавляющее большинство начинающих радиолюбителей и даже некоторые опытные. В этой статье мы поговорим о конденсаторе и выясним, действительно ли через него течет ток. Ну а если течет, то от чего его сила зависит.
Конструкция и принцип работы
Конструктивно конденсатор представляет собой две пластины из токопроводящего материала, разделенные слоем диэлектрика. К токопроводящим пластинам, которые называют обкладками, подключены контакты, при помощи которых прибор подсоединяется к внешним цепям.
На рисунке цифрами обозначены:
- 1 — обкладки;
- 2 — диэлектрик;
- 3 — выводы конденсатора.
Обкладки, как было замечено выше, могут быть изготовлены из любого токопроводящего материала. Чаще всего это алюминий, но используются и другие металлы, к примеру, медь, серебро, тантал и др. В качестве диэлектрика могут выступать слюда, керамика, синтетические полимеры, бумага и даже воздух.
Важно! Очень часто в качестве диэлектрика используются оксиды материала самих обкладок, который является хорошим диэлектриком с достаточно высокой электрической прочностью. Еще один вариант — металлизация того или иного диэлектрика, которая и выступает в качестве обкладок.
Как работает такая конструкция? Подадим на ее электроды напряжение определенной полярности и посмотрим, что произойдет. Из-за разности потенциалов на электродах начнется разделение электрических зарядов — отрицательный будет перетекать на одну обкладку, положительный на другую. Начнется так называемая зарядка конденсатора.
Поскольку между обкладками находится диэлектрик, заряды не могут «смешаться» и начинают накапливаться каждый на своей. Но разделение зарядов требует энергии, которая берется в нашем случае из батареи. При этом по цепи питания конденсатора начнет течь ток. По мере накопления зарядов напряжение на обкладках будет увеличиваться, а ток, согласно закону Ома для полной цепи, будет уменьшаться. В конце концов, места на обкладках не останется, напряжение на конденсаторе станет равным напряжению источника питания и ток в цепи прекратится.
Если теперь отключить батарею и замкнуть выводы конденсатора, то накопленная им энергия тоже вызовет ток в цепи, но в обратном направлении.
При этом напряжение на обкладках начнет уменьшаться вмести с этим током. Как только все заряды будут израсходованы, ток и напряжение исчезнут.
Протекает ли ток через конденсатор?
Итак, мы выяснили, что в цепи, к которой подключен конденсатор, может течь ток. Если напряжение постоянное, то ток будет наблюдаться только во время зарядки и разрядки прибора.
Полезно! В этом легко убедиться, включив в цепь прибор или даже простую лампочку, соответствующей мощности. Во время зарядки и разрядки конденсатора лампа будет вспыхивать на короткое время.
Но мы говорим не о токе в цепи, а о токе в конденсаторе. Разобравшись в принципе работы этого простого прибора, можно с уверенностью сказать, что тока через сам конденсатор нет. Да и откуда ему взяться, если между обкладками находится диэлектрик?
Переменный ток
С постоянным током мы разобрались. Теперь проведем еще один опыт. Подключим конденсатор и лампочку в цепь переменного тока и с удивлением видим, что лампочка горит! Впрочем, удивление этот факт вызовет далеко не у всех. Не вызовет и у нас, если мы немного подумаем.
Итак, мы замыкаем цепь, начинается зарядка конденсатора, положительной полуволной, ток есть. Постепенно он уменьшается до нуля, но на смену положительной приходит отрицательная полуволна, которая начинает перезаряжать конденсатор в обратном направлении. На это снова нужна энергия, и снова ток есть, но он сменил направление.
Важно! И опять имеется в виду ток в цепи, а не ток ЧЕРЕЗ конденсатор. Второй и в этом случае будет равен нулю.
От чего зависит сила тока
Проведем еще один эксперимент, увеличив частоту питающего тока. Теперь лампочка горит ярче. Почему? Ответ прост. При положительном полупериоде начинается зарядка конденсатора — об этом мы уже говорили. Если место для зарядов на обкладках кончится раньше, чем закончится полупериод, то ток прекратится и не появится до тех пор, пока полуволна не сменится на отрицательную.
Если частота низкая, то ток в цепи будет течь только часть времени, необходимую для полной зарядки конденсатора. Все остальное время до смены полярности тока не будет. Схема будет простаивать в буквальном смысле слова, а значит, средний ток через лампочку (его называют действующим) будет невысоким.
Увеличим частоту до значения, когда конденсатор не будет успевать заряжаться за время действия полуволны, и картина изменится. Действующий ток через лампочку будет максимальным, и зависеть он будет от сопротивления цепи и напряжения источника питания.
Важно! Действующий ток будет зависеть и от емкости конденсатора. То есть от того, какое количество заряда могут накопить его обкладки. Чем выше емкость, тем больше энергии сможет накопить конденсатор и тем больше будет действующий ток. Емкость же конденсатора зависит от размера его обкладок, расстояния между ними и типа диэлектрика.
Вот мы разобрались с вопросом, течет ли ток через конденсатор, и можем с уверенностью сказать, что ток через конденсатор не течет. Но при определенных условиях он будет присутствовать в цепи, в которую этот конденсатор включении.
Автор статьи — Владимир Остапенко.