Condensateur CA

Assemblons le circuit avec condensateur, où l'alternateur génère une tension sinusoïdale. Analysons séquentiellement ce qui se passera dans le circuit lorsque nous fermerons l'interrupteur. Nous considérerons le moment initial où la tension du générateur est égale à zéro.

Pendant le premier quart de la période, la tension aux bornes du générateur augmentera, à partir de zéro, et le condensateur commencera à se charger. Un courant apparaîtra dans le circuit, cependant, au premier moment de la charge du condensateur, malgré le fait que la tension sur ses plaques vient d'apparaître et est encore très faible, le courant dans le circuit (courant de charge) sera le plus grand . Lorsque la charge du condensateur augmente, le courant dans le circuit diminue et atteint zéro au moment où le condensateur est complètement chargé. Dans ce cas, la tension sur les armatures du condensateur, suivant strictement la tension du générateur, devient à ce moment maximale, mais de signe opposé, c'est-à-dire qu'elle est dirigée vers la tension du générateur.

Riz. 1. Changement de courant et de tension dans un circuit avec capacité

De cette façon, le courant se précipite gratuitement avec la plus grande force dans un condensateur, mais commence immédiatement à diminuer lorsque les plaques du condensateur sont remplies de charges et tombent à zéro, le chargeant complètement.

Comparons ce phénomène avec ce qui arrive à l'écoulement de l'eau dans une canalisation reliant deux vases communicants (Fig. 2), dont l'un est plein et l'autre vide. Il suffit d'appuyer sur la valve bloquant le chemin de l'eau, car l'eau se précipite immédiatement du récipient gauche sous une forte pression à travers le tuyau dans le récipient droit vide. Immédiatement, cependant, la pression de l'eau dans le tuyau commencera progressivement à s'affaiblir en raison de l'égalisation des niveaux dans les récipients et tombera à zéro. Le débit d'eau s'arrêtera.

Riz. 2. Le changement de pression de l'eau dans le tuyau reliant les vaisseaux de communication est similaire au changement de courant dans le circuit pendant la charge du condensateur

De même, le courant se précipite d'abord dans un condensateur non chargé, puis s'affaiblit progressivement à mesure qu'il se charge.

Au début du deuxième quart de la période, lorsque la tension du générateur démarre lentement puis diminue de plus en plus rapidement, le condensateur chargé se décharge vers le générateur, provoquant un courant de décharge dans le circuit. Lorsque la tension du générateur diminue, le condensateur se décharge de plus en plus et le courant de décharge dans le circuit augmente. Le sens du courant de décharge dans ce quart de période est opposé au sens du courant de charge dans le premier quart de période. En conséquence, la courbe de courant qui a dépassé la valeur zéro est maintenant située sous l'axe des temps.

À la fin du premier demi-cycle, la tension du générateur, ainsi que la tension du condensateur, se rapprochent rapidement de zéro et le courant du circuit atteint lentement sa valeur maximale. Étant donné que la valeur du courant dans le circuit est plus grande, plus la valeur de la charge transportée dans le circuit est grande, on comprendra pourquoi le courant atteint son maximum lorsque la tension sur les plaques du condensateur, et donc la charge sur condensateur, diminue rapidement.

Au début du troisième quart de la période, le condensateur recommence à se charger, mais la polarité de ses plaques, ainsi que la polarité du générateur, change "et vice versa, et le courant, continuant à circuler dans le même direction, commence à décroître au fur et à mesure que le condensateur se charge. A la fin du troisième quart de la période, lorsque les tensions du générateur et du condensateur atteignent leur maximum, le courant passe à zéro.

Pendant le dernier quart de la période, la tension, en diminuant, tombe à zéro et le courant, ayant changé de sens dans le circuit, atteint sa valeur maximale. Ici, la période se termine, après quoi la suivante commence, répétant exactement la précédente, et ainsi de suite.

Ainsi, sous l'action de la tension alternative du générateur, le condensateur se charge deux fois pendant la période (le premier et le troisième quart de période) et se décharge deux fois (le deuxième et le quatrième quart de période). Mais comme ils alternent un à un les charges et décharges des condensateurs accompagné à chaque fois du passage du courant de charge et de décharge à travers le circuit, alors on peut conclure que courant alternatif.

Vous pouvez le vérifier dans l'expérience simple suivante. Connectez un condensateur de 4 à 6 microfarads au secteur via une ampoule de 25 W.La lumière s'allumera et ne s'éteindra pas jusqu'à ce que le circuit soit coupé. Cela suggère qu'un courant alternatif a traversé le circuit avec la capacité. Bien entendu, il ne traverse pas le diélectrique du condensateur, mais représente à tout instant soit un courant de charge, soit un courant de décharge du condensateur.

Comme on le sait, le diélectrique est polarisé sous l'action d'un champ électrique naissant en lui lorsque le condensateur est chargé, et sa polarisation disparaît lorsque le condensateur est déchargé.

Dans ce cas, le diélectrique avec le courant de déplacement qui en résulte sert pour le courant alternatif comme une sorte de continuation du circuit, et pour la constante il coupe le circuit. Mais le courant de déplacement ne se forme que dans le diélectrique du condensateur, et donc le transfert de charges le long du circuit ne se produit pas.

La résistance offerte par un condensateur AC dépend de la valeur de la capacité du condensateur et de la fréquence du courant.

Plus la capacité du condensateur est grande, plus la charge sur le circuit pendant la charge et la décharge du condensateur est élevée et, par conséquent, plus le courant dans le circuit est important. Une augmentation du courant dans le circuit indique que sa résistance a diminué.

Par conséquent, à mesure que la capacité augmente, la résistance du circuit au courant alternatif diminue.

ça grandit fréquence actuelle augmente la quantité de charge transportée dans le circuit car la charge (ainsi que la décharge) du condensateur doit se produire plus rapidement qu'à basse fréquence. Dans le même temps, une augmentation de la quantité de charge transférée par unité de temps équivaut à une augmentation du courant dans le circuit et, par conséquent, à une diminution de sa résistance.

Si nous réduisons progressivement la fréquence du courant alternatif et réduisons le courant en courant continu, la résistance du condensateur inclus dans le circuit augmentera progressivement et deviendra infiniment grande (coupure du circuit) jusqu'à ce qu'elle apparaisse dans circuit à courant constant.

Par conséquent, à mesure que la fréquence augmente, la résistance du condensateur au courant alternatif diminue.

Tout comme la résistance d'une bobine à un courant alternatif est appelée inductive, la résistance d'un condensateur est appelée capacitive.

Par conséquent, plus la résistance capacitive est grande, plus la capacité du circuit et la fréquence du courant qui l'alimente sont faibles.

La résistance capacitive est notée Xc et est mesurée en ohms.

La dépendance de la résistance capacitive à la fréquence du courant et à la capacité du circuit est déterminée par la formule Xc = 1 /ωC, où ω est une fréquence circulaire égale au produit de 2πe, C est la capacité du circuit en farads.

La résistance capacitive, comme la résistance inductive, a un caractère réactif, puisque le condensateur ne consomme pas l'énergie de la source de courant.

formule Loi d'Ohm pour un circuit capacitif, il a la forme I = U / Xc, où I et U - valeurs efficaces du courant et de la tension; Xc est la résistance capacitive du circuit.

La propriété des condensateurs à fournir une résistance élevée aux courants basse fréquence et à faire passer facilement les courants haute fréquence est largement utilisée dans les circuits des équipements de communication.

À l'aide de condensateurs, par exemple, la séparation des courants constants et des courants basse fréquence des courants haute fréquence, nécessaires au fonctionnement des circuits, est obtenue.

S'il est nécessaire de bloquer le chemin du courant basse fréquence dans la partie haute fréquence du circuit, un petit condensateur est connecté en série. Il offre une grande résistance au courant basse fréquence et en même temps laisse passer facilement le courant haute fréquence.

S'il est nécessaire d'empêcher le courant haute fréquence, par exemple, dans le circuit d'alimentation de la station radio, un condensateur de grande capacité est utilisé, connecté en parallèle avec la source de courant. Dans ce cas, le courant haute fréquence traverse le condensateur en contournant le circuit d'alimentation de la station radio.

Résistance active et condensateur dans le circuit AC

En pratique, des cas sont souvent observés dans un circuit en série avec une capacité la résistance active est incluse. La résistance totale du circuit dans ce cas est déterminée par la formule

Par conséquent, la résistance totale d'un circuit constitué d'une résistance AC active et capacitive est égale à la racine carrée de la somme des carrés de la résistance active et capacitive de ce circuit.

La loi d'Ohm reste également valable pour ce circuit I = U / Z.

En figue. La figure 3 montre les courbes caractérisant la relation de phase entre le courant et la tension dans un circuit contenant une résistance capacitive et active.

Riz. 3. Courant, tension et puissance dans un circuit avec un condensateur et une résistance active

Comme on peut le voir sur la figure, le courant dans ce cas augmente la tension non pas d'un quart de période, mais de moins, car la résistance active viole la nature purement capacitive (réactive) du circuit, comme en témoigne la phase réduite changement. Or la tension aux bornes du circuit est définie comme la somme de deux composantes : la composante réactive de la tension tive, va vaincre la résistance capacitive du circuit et la composante active de la tension, en surmontant sa résistance active.

Plus la résistance active du circuit est grande, plus le déphasage entre le courant et la tension est faible.

La courbe de changement de puissance dans le circuit (voir Fig. 3) deux fois au cours de la période a acquis un signe négatif, ce qui, comme nous le savons déjà, est une conséquence de la nature réactive du circuit. Moins le circuit est réactif, plus le déphasage entre le courant et la tension est petit et plus la puissance de la source de courant consommée par le circuit est importante.

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