Конденсаторы. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов
Конденсаторами называются устройства, обладающие способностью при малых размерах и небольших относительно окружающих тел потенциалах накапливать значительные по величине заряды, т.е., обладать большой емкостью.
Конденсаторы. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов обновлено: 22 ноября, 2019 автором: Научные Статьи.Ру
Если к заряженному проводнику приближать другие тела, то на них возникают индуцированные (на проводнике) или связанные (на диэлектрике) заряды, причем ближайшими к наводящему заряду Q будут заряды противоположного знака. Эти заряды ослабляют поле, создаваемое зарядом Q, т. е. понижают потенциал проводника, что приводит к повышению его электроемкости.
Если расстояние между пластинами конденсатора мало по сравнению с их линейными размерами, то краевыми эффектами можно пренебречь и поле между обкладками считать однородным. При наличии диэлектрика между обкладками разность потенциалов между ними равна
где l – длина конденсатора, r1, r2 – радиусы внутренней и внешней обкладок.
Емкость сферического конденсатора:
Конденсаторы характеризуются пробивным напряжением — разностью потенциалов между обкладками конденсатора, при которой происходит пробой — электрический разряд через слой диэлектрика в конденсаторе. Пробивное напряжение зависит от формы обкладок, свойств диэлектрика и его толщины.
Для увеличения емкости и варьирования ее возможных значений конденсаторы соединяют в батареи, при этом используется их параллельное и последовательное соединение.
![\[U_2=\frac{2\cdot {10}^{-8}}{2\cdot {10}^{-10}}={10}^2\left(B\right)\]](/images-p22/30/kak-opredelyaetsya-obshaya-FF1D49C.png){kind=small}
Конденсаторы. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов
Параллельное соединение конденсаторов
Господа, как-то раз чудесным летним деньком я взял ноутбук и вышел из дома на дачный участок. Там, усевшись в кресле-качалке в тени яблонь, я и решил написать данную статью. Ветерок шумел в ветвях деревьев, раскачивая их из стороны в сторону, и в воздухе была та самая атмосфера, благоприятствующая течению мыслей, которая так порой необходима…
Впрочем, хватит лирики, пора переходить непосредственно к существу обозначенного в заголовке статьи вопроса.
Конечно, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать, поэтому на рисунке 1 я привел изображение трех конденсаторов, которые соединены параллельно. Пусть емкость первого равна С1, второго – С2, а третьего – С3.
В данной статье мы разберем, по каким законам изменяются токи , напряжения и сопротивления переменному току при параллельном соединении конденсаторов, а также какова будет суммарная емкость такой конструкции. Ну и, само собой, поговорим, зачем вообще такое соединение может быть нужно.
Предлагаю начать с напряжения, ибо с ним здесь все предельно ясно. Господа, должно быть совершенно очевидно, что при параллельном соединении конденсаторов напряжения на них равны между собой. То есть напряжение на первом конденсаторе точно такое же, как на втором и на третьем
Воспользовавшись этой замечательной формулой, мы можем найти сопротивление каждого конденсаторы:
Комплексная амплитуда тока связана с комплексной амплитудой напряжения по закону Ома для сетей переменного тока (более подробно про это мы говорили в предыдущей статье ):
Воспользовавшись этой формулой, мы легко находим ток через каждый из трех параллельно соединенных конденсаторов:
Общий ток в цепи, который втекает в узел А и вытекает потом из узла В, очевидно, равен
На всякий случай напомню еще раз, что это получилось на основании первого закона Кирхгофа . Заметьте, господа, один важный факт – чем больше емкость конденсатора, тем меньше его сопротивление и тем большая часть тока будет течь через него.
Давайте представим общий ток через три параллельно соединенных конденсатора как отношение приложенного к ним напряжения и некоторого эквивалентного общего сопротивления Zc ∑ (которое нам пока неизвестно, но которое мы потом найдем) трех параллельно включенных конденсаторов:
Таким образом, получаем важный вывод: при параллельном соединении конденсаторов обратное эквивалентное сопротивление равно сумме обратных сопротивлений отдельных конденсаторов. Если вы помните, то точно такой же вывод мы получили и при параллельном соединении резисторов .
А что происходит с емкостью? Какая будет общая емкость у системы из трех параллельно соединенных конденсаторов? Можно ли это как-то найти? Безусловно, можно! И, более того, мы почти это сделали. Давайте в нашу последнюю формулу подставим расшифровку сопротивлений конденсаторов. Тогда у нас получится примерна такая запись
![\[C_1=\frac{{10}^{-10}\cdot 2\cdot {10}^{-10}}{2\cdot {10}^{-10}-{10}^{-10}}=2\cdot {10}^{-10}\left(\Phi\right)\]](/images-p22/30/kak-opredelyaetsya-obshaya-01CE152.jpg){kind=small}
Параллельное соединение конденсаторов
- Напряжение на всех трех параллельно соединенных конденсаторах одно и то же (по амплитуде, фазе и частоте);
- Амплитуда тока в цепи, содержащей параллельно соединенные конденсаторы, равна сумме амплитуд токов через отдельные конденсаторы. Чем больше емкость конденсатора, тем больше амплитуда тока через него. Фазы и частоты токов на всех конденсаторов одни и те же;
- При параллельном соединении конденсаторов обратное эквивалентное сопротивление равно сумме обратных сопротивлений отдельных конденсаторов;
- Суммарная емкость параллельно соединенных конденсаторов равна сумме емкостей всех конденсаторов.
Параллельное соединение конденсаторов
При параллельном соединении к двум выводам звена подключается каждый из соединенных конденсаторов. Получается, что при подключении к внешней цепи электрический ток будет поступать сразу на все конденсаторы. Произведем расчет емкости такой батареи конденсаторов.
Напомним, что емкость конденсатора показывает, насколько легко сообщить конденсатору заряд, и равна отношению заряда к напряжению на обкладках:
Если сообщить батарее конденсаторов некоторый заряд, то по закону сохранения этот заряд может лишь распределиться между конденсаторами, однако суммарно он останется прежним:
При параллельном соединении конденсаторов напряжение на каждом из них будет одинаково. Действительно, если на каком-то из конденсаторов напряжение было бы больше, то заряд из этого конденсатора сразу же перешел бы к другому, тем самым уменьшив напряжение на первом и увеличив на втором.
Таким образом, общая емкость батареи конденсаторов равна:
Каждый компонент полученной суммы равен отношению заряда на одном из конденсаторов к напряжению на нем, а это — емкость данного конденсатора. Заменяя каждую дробь на соответствующую емкость, получаем формулу для определения общей емкости параллельно соединенных конденсаторов:
При параллельном соединении конденсаторов общая емкость батареи равна сумме емкостей отдельных элементов.
Соединение конденсаторов — Студопедия
Примеры решения задач
| Задание | Два конденсатора соединили последовательно. Емкость батареи составила Ф, при этом заряд на ней равен Кл. Какова ёмкость одного из конденсаторов ( ), если емкость второго из них составляет Ф? Какова разность потенциалов на обкладках каждого из конденсаторов? |
| Решение | При последовательном соединении конденсаторов мы знаем, что заряды на всем соединении и на каждом конденсаторе в отдельности равны, то есть: |
Суммарная емкость последовательного соединения конденсатора вычисляется при помощи выражения:
Тогда разность потенциалов на обкладках первого конденсатора найдем как:
^{-10}\cdot 2\cdot {10}^{-10}}{2\cdot {10}^{-10}-{10}^{-10}}=2\cdot {10}^{-10}\left(\Phi\right)\]» width=»312″ height=»43″ /}
