Электрическое поле и емкость

Заряд и разряд конденсатора

Заряд конденсатора

Поставим переключатель П (рис. 24) в положение 1. При этом конденсатор С окажется подключенным к зажимам батареи Б. Очевидно, что нижняя (по схеме) обкладка конденсатора С, соединенная с отрицательным зажимом батареи Б, зарядится отрицательно, а верхняя обкладка - положительно.

Рис. 24. Схема для исследования процесса заряда и разряда конденсатора

Как только мы поставим переключатель П в положение 1, стрелка миллиамперметра mА отклонится (покажет, что в цепи прошел ток заряда конденсатора С) а вернется в нулевое положение. Почему же ток в цели упал до нуля?

На рис. 25 показана цепь заряда конденсатора С в тот момент, когда он полностью зарядился (напряжение на конденсаторе равно напряжению на зажимах батареи). Ток в цепи заряда по закону Ома равен

Рис 25. Конденсатор С полностью зарядился (), ток заряда

где ( - результирующее напряжение в цепи и действуют навстречу друг другу);

-сопротивление цепи заряда.

Так как в конце заряда , т.е. , то ток заряда также равен нулю ()

Приведенные рассуждения позволяют сделать следующие выводы:

- при включении конденсатора в цель постоянного тока в цепи проходит очень кратковременный (только пока заряжается конденсатор) ток - ток заряда;

- по окончании заряда (через десятые доли секунды) напряжение на конденсаторе становится равным напряжению батареи () и. ток в цепи оказывается равным нулю.

Принято говорить, что конденсатор не пропускает постоянного тока, так как показанная на рис. 25 цепь фактически разорвана диэлектриком конденсатора.

Разряд конденсатора

Поставим переключатель П в положение 2. При этом схема приобретет вид, показанный на рис. 26. Под действием напряжения на конденсаторе по цепи пойдет ток , называемый током разряда. Величину тока разряда можно определить по закону Ома:

где - сопротивление, цели разряда (в рассматриваемом случае сопротивление цепи разряда - это сумма сопротивлений прибора, соединительных проводов и переключателя).

Рис. 26. Схема разряда конденсатора

В процессе разряда конденсатора напряжение между его обкладками уменьшается, а, значит, будет уменьшаться и сила тока разряда. Ток разряда окажется равным нулю, когда конденсатор полностью разрядная ().

Из рассмотрения процесса разряда следует:

- при замыкании обкладок заряженного конденсатора в цепи проходит кратковременный ток - ток разряда конденсатора;

- направление тока разряда конденсатора противоположно направлению его тока заряда.

Постоянная времени

Для характеристики времени заряда и разряда конденсатора введено понятие «постоянная времени цепи». Она определяется по формуле

,

где - постоянная времени цепи;

R - сопротивление цепи заряда или разряда;

С - емкость конденсатора.

Физический смысл формулы очевиден. Чем больше емкость конденсатора С, тем больший заряд он может накопить, а значит, тем большее время будет заряжаться конденсатор (при одном и том же значении R). Если же емкость конденсатора остается неизменной, а возрастает, например, сопротивление R, то ток заряда уменьшается и время заряда вновь увеличивается.

При практических расчетах рекомендуется R выражать в мегомах, а С в пикофарадах. Тогда получится в микросекундах.

С достаточной точностью можно считать, что конденсатор заряжается (разряжается) за время, равное 5 .