Когда конденсатор подключен к цепи постоянного тока, как показано на видео ниже, будет протекать большой ток, но только в течение короткого времени. Электроны начинают вытекать от отрицательной клеммы аккумулятора и, по сути, должны обтекать всю цепь.
Но, конечно, они не могут этого сделать, потому что конденсатор имеет слой изоляции между его пластинами, поэтому электроны с отрицательной клеммы аккумулятора скапливаются на правой пластине конденсатора, создавая все более сильный отрицательный заряд. Очень тонкий изолирующий (диэлектрический) слой между пластинами способен эффективно переносить этот отрицательный заряд от электронов, и этот заряд отталкивает такое же количество электронов от левой пластины конденсатора. Эти смещенные электроны с левой пластины притягиваются к положительному выводу батареи, создавая видимость тока, протекающего по всей цепи.
| Серия статей по конденсаторам |
Почему ток падает
Через короткое время на правой пластине конденсатора собирается большое количество электронов, создавая растущий отрицательный заряд, что затрудняет попадание электронов, вытекающих из отрицательной клеммы аккумулятора, на пластину конденсатора из-за отталкивания от растущего числа собранных там отрицательных электронов.
Полная зарядка
В конечном итоге отталкивание от электронов на правой пластине конденсатора приблизительно равно силе от отрицательной клеммы аккумулятора, и ток прекращается. Как только напряжения батареи и конденсатора сравняются, мы можем отметить, что конденсатор достиг своего максимального заряда.
Если аккумулятор отсоединен путем размыкания переключателя, конденсатор останется в заряженном состоянии с напряжением, равным напряжению батареи, и при условии, что ток не течет, он должен оставаться заряженным на неопределенный срок. На практике, через диэлектрик будет протекать очень небольшой ток утечки, и конденсатор в конечном итоге разрядится. Однако этот процесс может занять секунды, часы, дни, недели или месяцы, в зависимости от индивидуальных обстоятельств.
Разрядка конденсатора
Предположим, что при полностью заряженном конденсаторе переключатель теперь замкнут в положении B. Цепь снова замкнута, но на этот раз состоит из резистора и конденсатора. Теперь электроны будут течь по цепи через резистор, поскольку заряд на конденсаторе действует как источник тока.
Заряд на конденсаторе будет истощаться по мере протекания тока. Скорость, с которой напряжение на конденсаторе уменьшается до нуля, будет зависеть от величины протекающего тока и, следовательно, от значения сопротивления в цепи, как показано на видео выше, это сопротивление представлено лампой.
Контрольная лампа
Использование лампы в качестве нагрузочного сопротивления, подключенного последовательно с конденсатором, дает полезную индикацию работы схемы. Первоначально, когда конденсатор начинает заряжаться, большой ток заставляет лампу ярко светиться. Поскольку ток уменьшается из-за накопления заряда на конденсаторе, лампа тускнеет и гаснет, как только конденсатор полностью станет заряжен.
Когда переключатель находится в положении B и заряженный конденсатор начинает разряжаться, лампа снова ярко светится, тускнеет и гаснет, когда ток падает до нуля из-за уменьшения заряда на конденсаторе.
Обратите внимание, что во время разряда ток протекает через лампу в направлении, противоположном направлению тока во время периода зарядки.
В следующей статье мы поговорим о емкости конденсатора.
С Уважением, МониторБанк