Apakah Litar Kapasitor Murni

Litar Kapasitor Murni

Litar yang terdiri hanya dari kapasitor murni dengan kekapasitan C (diukur dalam farad) dikenali sebagai Litar Kapasitor Murni. Kapasitor menyimpan tenaga elektrik dalam medan elektrik, ciri ini dikenali sebagai kekapasitan (juga dirujuk sebagai "kondenser"). Secara struktur, kapasitor terdiri daripada dua plat konduktif yang dipisahkan oleh medium dielektrik—bahan dielektrik biasa termasuk kaca, kertas, mika, dan lapisan oksida. Dalam litar kapasitor AC ideal, arus mendahului voltan dengan sudut fasa 90 darjah.

Apabila voltan dikenakan pada kapasitor, medan elektrik ditubuhkan antara plat-platnya, tetapi tiada arus melalui dielektrik. Dengan sumber voltan AC yang berfluktuasi, aliran arus berterusan berlaku disebabkan proses pengcasan dan pencaasan berulang-ulang kapasitor.

Penjelasan dan Penurunan Litar Kapasitor

Kapasitor terdiri daripada dua plat yang diasingkan oleh medium dielektrik, bertindak sebagai peranti penyimpan tenaga untuk muatan elektrik. Ia mengcas apabila disambungkan ke sumber kuasa dan melepas cas apabila diputuskan. Apabila disambungkan ke bekalan DC, ia mengcas kepada voltan yang sama dengan potensial yang dikenakan, menunjukkan peranannya sebagai komponen elektrik pasif yang menentang perubahan voltan.

Biarkan voltan bergelombang yang dikenakan pada litar diberikan oleh persamaan:

Muatan kapasitor pada sebarang masa tertentu diberikan sebagai:

Arus yang mengalir melalui litar diberikan oleh persamaan:

Dengan memasukkan nilai q dari persamaan (2) ke dalam persamaan (3) kita akan mendapatkan

Sekarang, dengan memasukkan nilai v dari persamaan (1) ke dalam persamaan (3) kita akan mendapatkan

Di mana Xc = 1/ωC menandakan penentangan terhadap aliran arus bergelombang oleh kapasitor murni, dikenali sebagai reaktans kapasitif. Arus mencapai nilai maksimum apabila sin(ωt + π/2) = 1. Oleh itu, arus maksimum I_m dinyatakan sebagai:

Dengan menggantikan nilai I_m ke dalam persamaan (4) kita akan mendapatkan:

Rajah Fazor dan Lengkung Kuasa

Dalam litar kapasitor murni, arus melalui kapasitor mendahului voltan dengan sudut fasa 90 darjah. Rajah fazor dan bentuk gelombang untuk voltan, arus, dan kuasa ditunjukkan di bawah:

Dalam bentuk gelombang di atas, lengkung merah mewakili arus, lengkung biru menandakan voltan, dan lengkung merah jambu menunjukkan kuasa. Apabila voltan meningkat, kapasitor mengcas hingga nilai maksimum, membentuk separuh-siklus positif; apabila voltan menurun, kapasitor melepaskan cas, mencipta separuh-siklus negatif. Pemeriksaan teliti pada lengkung tersebut menunjukkan bahawa apabila voltan mencapai puncak, arus turun menjadi sifar, bermaksud tiada arus mengalir pada saat itu. Apabila voltan menurun ke π dan menjadi negatif, arus mencapai puncak, memicu kapasitor untuk melepaskan cas—dan siklus pengcasan-pencaasan ini berterusan.

Voltan dan arus tidak pernah mencapai maksima mereka secara serentak disebabkan perbezaan fasa 90°, seperti yang ditunjukkan dalam rajah fazor di mana arus (Im) mendahului voltan (Vm) dengan π/2. Kuasa seketika dalam litar kapasitor murni ini ditakrifkan oleh p = vi.

Oleh itu, boleh disimpulkan dari persamaan di atas bahawa kuasa purata dalam litar kapasitif adalah sifar. Kuasa purata selama separuh-siklus adalah sifar disebabkan simetri bentuk gelombang, di mana luas loop positif dan negatif adalah sama.

Semasa suku-siklus pertama, kuasa yang dibekalkan oleh sumber disimpan dalam medan elektrik yang ditubuhkan antara plat-plat kapasitor. Dalam suku-siklus seterusnya, apabila medan elektrik hilang, tenaga yang disimpan dikembalikan kepada sumber. Proses berulang-alik penyimpanan dan pengembalian tenaga ini berlaku secara berterusan, menghasilkan tiada penggunaan tenaga bersih oleh litar kapasitor.