Таза Конденсатордың Схемасы
Таза конденсатордан тұратын схема, оның емдігі C (фарадда өлшік) болса, Таза Конденсатордың Схемасы деп аталады. Конденсаторлар электр және магниттік өрістерде энергия сақтау қабілетін өзара қолданады, бұл қасиеті емдік (басқа атаулары - "конденсатор"). Негізгі түрінде, конденсатор екі металл пластина мен арасындағы диэлектрикалық материалдан тұрады - көбінесе стекло, қағаз, мика, оксид шеберлері. Идеалды AC конденсатор схемасында, ағым вольттың фазасынан 90 градусқа арттырылады.
Конденсаторға вольт қосылғанда, оның пластиндары арасында электр өрісі пайда болады, бірақ ағым диэлектриканың арқасында өтеуге болмайды. Айналмалы AC вольттың қатысуымен, конденсатордың циклдік зарядтау және зарядтану процесі арқылы незаңды ағым өтуі мүмкін.
Конденсатордың Схемасының Түсіндірмесі және Шығарылуы
Конденсатор екі изоляцияланған пластинадан және оларды бөліп туратын диэлектрикалық материалдан тұрады, электр зарядын сақтау үшін қолданылады. Ол энергия баржасына қосылғанда зарядталады, ал бөлек қойылғанда зарядтанады. DC баржасына қосылғанда, ол қосылған потенциалға тең вольтқа зарядталады, бұл оның вольттың өзгеруіне қарсы қатыстыру рөлін атап өтеді.
Схемага қосылған айналмалы вольт теңдеу арқылы беріледі:
Конденсатордың заряды уақыттың кез келген моментінде мына теңдеу арқылы анықталады:
Схемадағы ағым мына теңдеу арқылы анықталады:
(2) теңдеуден q мәнін (3) теңдеуге қою арқылы мынандай теңдеуді алатын боламыз:
Енді, (1) теңдеуден v мәнін (3) теңдеуге қою арқылы мынандай теңдеуді алатын боламыз:
Мұнда Xc = 1/ωC таза конденсаторға қарсы ағым өтуге қарсы қатыстыру, бұл емдік реактивтік. Ағым sin(ωt + π/2) = 1 болғанда максимумға жетеді. Сондықтан, максимум ағым Im мына теңдеу арқылы анықталады:
Im мәнін (4) теңдеуге қою арқылы мынандай теңдеуді алатын боламыз:
Фазор Диаграмасы және Энергия Графигі
Таза конденсатордың схемасында, конденсатор арқылы өту ағымы вольттан 90 градустық фазалық бұрышпен артық. Фазор диаграмасы және вольт, ағым және энергия графигі төмендегідей көрсетілген:
Жоғарыдағы графигінде, қызыл кесінді ағымды, көк кесінді вольтты, ал роза кесінді энергияны білдіреді. Вольт өстіктікен, конденсатор максимумға зарядталады, оң жарты цикл қалыптасады; вольт азайғанда, конденсатор зарядтанады, теріс жарты цикл қалыптасады. Кесіндіні тәртіпке келтіргенде, вольт өзінің максимумына жеткенде, ағым нөлге тең болады, яғни ол уақытта ағым өтеуі мүмкін емес. Вольт π болып, теріске өткенде, ағым максимумға жетеді, конденсатор зарядтанады - және бұл зарядтау-зарядтану циклі ұзақтығында қалыптасады.
Вольт және ағым өзара 90° фазалық бұрышпен өзара байланысты, сондықтан олардың максимумы бір уақытта жетіспейді, бұл фазор диаграмасында көрсетілген, мұнда ағым (Im) вольт (Vm)тен π/2 бұрышпен артық. Бұл таза конденсатордың схемасында кез келген уақыттағы энергия p = vi формуласымен анықталады.
Демек, жоғарыдағы теңдеуден, конденсатордың схемасында орташа энергия нөлге тең. Жарты цикл бойынша орташа энергия нөлге тең, себебі графигінің симметриясына байланысты, оң және теріс аймақтар бірдей.
Бірінші жарты циклде, баржадан энергия конденсатордың пластиндары арасындағы электр өрісіне сақталады. Келесі жарты циклде, электр өрісі жоғалғанда, сақталған энергия баржасына қайта қайтысады. Бұл энергияны сақтау және қайта қайту циклі үнемі қалыптасады, сондықтан конденсатордың схемасында нетто энергия өтуі жоқ.