Заряд конденсатора

Определение и заряд конденсатора

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Конденсатор – это простейший структурный элемент электрической схемы, который служит для аккумуляции электрического заряда.

Возможность конденсатора накопить электрический заряд зависит от главной характеристики конденсатора – емкости (C).

По своему назначению конденсатор можно уподобить батарейке. Однако существует принципиальное отличие в принципах работы этих элементов. Отличаются, также максимальные емкости и скорости зарядки и разряда конденсатора и батарейки.

Если к конденсатору присоединить источник напряжения (рис.1), то на одной из пластин конденсатора станут накапливаться отрицательные заряды (электроны), на другой положительные частицы (положительные ионы). Между обкладками конденсатора находится диэлектрик, вследствие этого, заряды не могут перебраться на противоположную пластину. Однако заметим, что электроны двигаются от источника тока до пластины конденсатора.

При первоначальном соединении конденсатора и источника тока на обкладках конденсатора много свободного места. Это означает, что сопротивление току этот момент времени минимально, сам ток максимален. В ходе зарядки конденсатора сила тока в цепи постепенно падает, до того момента пока не закончится свободное место на обкладках. При полной зарядке конденсатора ток в цепи прекратится.

Время, которое затрачивается на зарядку конденсатора от нулевого заряда (максимального тока) до полностью заряженного конденсатора (минимальная или нулевая сила тока) называют переходным периодом заряда конденсатора. На практике процесс зарядки конденсатора считают законченным, если сила тока уменьшилась до 1% от начальной величины.

Величина заряда конденсатора (q) связана с его емкостью (C) и разностью потенциалов (U) между его обкладками как:

$q=CU \qquad (1)$

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Опишите пример зарядки конденсатора.

Решение

Для того чтобы зарядить конденсатор его включают в цепь постоянного тока. Для этого можно, например, использовать генератор. Любой генератор имеет внутреннее сопротивление. Цепь замыкается и происходит зарядка конденсатора. Между обкладками его возникает напряжение ( $U_C$ ), которое равно ЭДС генератора ( $\varepsilon$ ):

$U_C=\varepsilon \qquad (1.1)$

При этом обкладка, соединенная с положительным полюсом генератора будет иметь положительный заряд, другая обкладка зарядится отрицательно. Величина заряда на конденсаторе будет равна:

$q=U_CC \qquad (1.2)$

При зарядке конденсатора одна обкладка получает, а другая теряет электроны. Заряды переносятся по внешней цепи при воздействии ЭДС генератора. Это перемещение называют электрическим током, которые еще называют зарядным емкостным током. Течение такого тока длится порядка тысячных долей секунд, до момента, когда напряжение на конденсаторе не станет равным ЭДС генератора.

Прохождение тока сопровождается постепенным накоплением заряда на конденсаторе. При зарядке конденсатора заряд и напряжение на нем увеличиваются, но все медленнее и медленнее, при этом сила тока в цепи уменьшается.

ПРИМЕР 2

Задание