Ano ang Isang Puro na Sirkwito ng Kapasitor?

Pangkat na Circuit ng Capacitor

Ang isang circuit na binubuo lamang ng isang puro na capacitor na may kapasidad C (na sinusukat sa farads) ay tinatawag na Pangkat na Circuit ng Capacitor. Ang mga capacitor ay nagsisilbing imbakan ng enerhiyang elektriko sa loob ng isang electric field, isang katangian na kilala bilang kapasidad (o minsan ay tinatawag na "condenser"). Sa estruktura, ang isang capacitor ay binubuo ng dalawang conductive plates na nahahati ng isang dielectric medium—kabilang sa karaniwang dielectric materials ang glass, paper, mica, at oxide layers. Sa isang ideal na AC capacitor circuit, ang current ay nakakalampas sa voltage ng phase angle na 90 degrees.

Kapag inilapat ang voltage sa isang capacitor, itinatayo ang isang electric field sa pagitan ng kanyang mga plate, ngunit walang current ang lumilipad sa dielectric. Sa isang nagbabago na AC voltage source, ang patuloy na paglipad ng current ay nangyayari dahil sa cyclic charging at discharging processes ng capacitor.

Paliwanag at Deribasyon ng Circuit ng Capacitor

Ang isang capacitor ay binubuo ng dalawang insulate na plates na nahahati ng isang dielectric medium, na gumagamit bilang isang imbakan ng enerhiya para sa electrical charge. Ito ay nag-charging kapag konektado sa isang power source at nag-discharge kapag hindi konektado. Kapag nakakonekta sa DC supply, ito ay nag-charging hanggang sa abot ng applied potential, na ipinapakita ang kanyang papel bilang isang passive electrical component na sumusunod sa pagbabago ng voltage.

Hayaang ang alternating voltage na inilapat sa circuit ay ibinigay ng ekwasyon:

Ang charge ng capacitor sa anumang oras ay ibinigay bilang:

Ang current na lumilipad sa circuit ay ibinigay ng ekwasyon:

Paglagay ng halaga ng q mula sa ekwasyon (2) sa ekwasyon (3) makakakuha tayo ng

Ngayon, paglagay ng halaga ng v mula sa ekwasyon (1) sa ekwasyon (3) makakakuha tayo ng

Kung saan Xc = 1/ωC ang nagpapahiwatig ng oposisyon sa paglipad ng alternating current ng isang puro na capacitor, na kilala bilang capacitive reactance. Ang current ay umabot sa kanyang maximum value kapag sin(ωt + π/2) = 1. Kaya, ang maximum current I_m ay ipinapakita bilang:

Pagpapalit ng halaga ng I_m sa ekwasyon (4) makakakuha tayo ng:

Phasor Diagram at Power Curve

Sa isang puro na circuit ng capacitor, ang current sa pamamagitan ng capacitor ay nakakalampas sa voltage ng 90-degree phase angle. Ang phasor diagram at waveforms para sa voltage, current, at power ay ipinapakita sa ibaba:

Sa waveform sa itaas, ang red curve ay kinakatawan ang current, ang blue curve ay nagpapahiwatig ng voltage, at ang pink curve ay nagpapahiwatig ng power. Kapag ang voltage ay tumataas, ang capacitor ay nag-charging hanggang sa kanyang maximum value, na nagpapabuo ng positive half-cycle; habang ang voltage ay bumababa, ang capacitor ay nag-discharge, na nagpapabuo ng negative half-cycle. Ang masusing pagtingin sa curve ay nagpapakita na kapag ang voltage ay umabot sa kanyang peak, ang current ay bumababa hanggang zero, na nangangahulugan na walang current ang lumilipad sa iyon. Habang ang voltage ay bumababa hanggang π at naging negatibo, ang current ay umabot sa peak, na nag-trigger ng capacitor na mag-discharge—and this charging-discharging cycle continues.

Ang voltage at current ay hindi kailanman umabot sa kanilang maxima nang parehong oras dahil sa kanilang 90° phase difference, tulad ng ipinapakita sa phasor diagram kung saan ang current (Im) ay nakakalampas sa voltage (Vm) ng π/2. Ang instantaneous power sa puro na circuit ng capacitor na ito ay inilalarawan ng p = vi.

Kaya, maaaring matuklasan mula sa itaas na ekwasyon na ang average power sa capacitive circuit ay zero. Ang average power sa isang half-cycle ay zero dahil sa symmetry ng waveform, kung saan ang positive at negative loop areas ay kapareho.

Sa unang quarter-cycle, ang power na ibinibigay ng source ay iminumulan sa electric field na itinatayo sa pagitan ng mga plate ng capacitor. Sa susunod na quarter-cycle, habang ang electric field ay nawawala, ang iminumulang enerhiya ay ibinabalik sa source. Ang cyclic process na ito ng energy storage at return ay nangyayari nang patuloy, na nagresulta sa walang net power consumption ng circuit ng capacitor.