Tại sao tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua mà cho dòng điện xoay chiều đi qua? Tụ điện: mục đích, thiết bị, nguyên lý hoạt động, sự khác biệt giữa tụ điện AC và tụ điện DC
Trong tất cả các thiết bị kỹ thuật vô tuyến và điện tử, ngoài bóng bán dẫn và vi mạch, tụ điện đều được sử dụng. Một số mạch có nhiều tụ điện hơn, số khác có ít hơn, nhưng thực tế không có mạch điện tử nào không có tụ điện.
Đồng thời, tụ điện có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau trong thiết bị. Trước hết, đây là những điện dung trong bộ lọc của bộ chỉnh lưu và bộ ổn định. Bằng cách sử dụng tụ điện, tín hiệu được truyền giữa các tầng khuếch đại, bộ lọc thông thấp và thông cao được xây dựng, các khoảng thời gian được đặt theo độ trễ thời gian và tần số dao động trong các bộ tạo khác nhau được chọn.
Tụ điện có nguồn gốc từ , được nhà khoa học người Hà Lan Pieter van Musschenbroeck sử dụng trong các thí nghiệm của ông vào giữa thế kỷ 18. Anh ta sống ở thành phố Leiden nên không khó để đoán tại sao chiếc lọ này lại có tên như vậy.
Thực ra đó là một chiếc lọ thủy tinh bình thường, được lót bên trong và bên ngoài bằng lá thiếc - staniol. Nó được sử dụng cho những mục đích tương tự như nhôm hiện đại, nhưng nhôm vẫn chưa được phát hiện.
Nguồn điện duy nhất vào thời đó là máy điện di, có khả năng tạo ra điện áp lên tới vài trăm kilovolt. Đây là nơi bình Leyden được sạc. Sách giáo khoa vật lý mô tả một trường hợp Muschenbroek xả lon của mình qua một chuỗi mười lính canh đang nắm tay nhau.
Khi đó, không ai biết hậu quả có thể bi thảm. Cú đánh khá nhạy cảm, nhưng không gây tử vong. Mọi chuyện không đến mức này, vì dung tích của bình Leyden không đáng kể, mạch đập rất ngắn nên công suất phóng điện thấp.
Làm thế nào để một tụ điện hoạt động?
Thiết kế của tụ điện thực tế không khác gì bình Leyden: hai tấm giống nhau được ngăn cách bởi một chất điện môi. Đây chính xác là cách các tụ điện được mô tả trên sơ đồ điện hiện đại. Hình 1 thể hiện sơ đồ thiết kế của tụ điện tấm phẳng và công thức tính toán của nó.
Hình 1. Thiết kế tụ điện bản song song
Ở đây S là diện tích của các bản tính bằng mét vuông, d là khoảng cách giữa các bản tính bằng mét, C là điện dung tính bằng farad, ε là hằng số điện môi của môi trường. Tất cả các đại lượng có trong công thức đều được biểu thị trong hệ SI. Công thức này đúng cho tụ điện phẳng đơn giản nhất: bạn chỉ cần đặt hai tấm kim loại cạnh nhau, từ đó rút ra kết luận. Không khí có thể phục vụ như một chất điện môi.
Từ công thức này có thể hiểu rằng diện tích của các bản càng lớn và khoảng cách giữa chúng càng nhỏ thì điện dung của tụ điện càng lớn. Đối với các tụ điện có hình dạng khác, công thức có thể khác, ví dụ, đối với điện dung của một dây dẫn hoặc. Nhưng sự phụ thuộc của điện dung vào diện tích các bản và khoảng cách giữa chúng cũng giống như sự phụ thuộc của tụ điện phẳng: diện tích càng lớn và khoảng cách càng nhỏ thì điện dung càng lớn.
Trên thực tế, các tấm không phải lúc nào cũng được làm phẳng. Đối với nhiều tụ điện, ví dụ như tụ điện bằng giấy kim loại, các bản là lá nhôm cuộn lại với nhau bằng chất điện môi bằng giấy thành một quả bóng chặt, có hình dạng giống như vỏ kim loại.
Để tăng độ bền điện, giấy tụ điện mỏng được tẩm hợp chất cách điện, thường là dầu biến thế. Thiết kế này cho phép chế tạo các tụ điện có công suất lên tới vài trăm microfarad. Tụ điện hoạt động theo cách tương tự như các chất điện môi khác.
Công thức không chứa bất kỳ hạn chế nào về diện tích của các tấm S và khoảng cách giữa các tấm d. Nếu chúng ta giả sử rằng các tấm có thể được đặt cách nhau rất xa, đồng thời diện tích của các tấm có thể được làm rất nhỏ, thì một số dung lượng, dù nhỏ, vẫn sẽ vẫn còn. Lý luận như vậy cho thấy rằng ngay cả hai dây dẫn nằm cạnh nhau cũng có điện dung.
Trường hợp này được sử dụng rộng rãi trong công nghệ tần số cao: trong một số trường hợp, tụ điện được chế tạo đơn giản ở dạng rãnh mạch in, hoặc thậm chí chỉ là hai dây xoắn với nhau trong lớp cách điện bằng polyetylen. Một sợi dây hoặc cáp thông thường cũng có điện dung và nó tăng dần khi chiều dài tăng lên.
Ngoài điện dung C, bất kỳ cáp nào cũng có điện trở R. Cả hai tính chất vật lý này được phân bố dọc theo chiều dài của cáp và khi truyền tín hiệu xung, chúng hoạt động như một chuỗi RC tích hợp, như trong Hình 2.
Hình 2.
Trong hình, mọi thứ đều đơn giản: đây là mạch điện, đây là tín hiệu đầu vào và đây là tín hiệu đầu ra. Xung bị bóp méo đến mức không thể nhận ra, nhưng điều này được thực hiện có mục đích, đó là lý do tại sao mạch điện được lắp ráp. Trong khi đó, chúng ta đang nói về ảnh hưởng của điện dung cáp đến tín hiệu xung. Thay vì một xung, một chiếc “chuông” như thế này sẽ xuất hiện ở đầu kia của sợi cáp, nếu xung ngắn thì có thể không đến được đầu kia của sợi cáp mà có thể biến mất hoàn toàn.
Sự kiện lịch sử
Ở đây khá thích hợp để nhớ lại câu chuyện về cách đặt cáp xuyên Đại Tây Dương. Nỗ lực đầu tiên vào năm 1857 đã thất bại: các chấm và gạch ngang điện báo (xung hình chữ nhật) bị biến dạng đến mức không thể nghe được gì ở đầu bên kia của đường dây dài 4.000 km.
Nỗ lực thứ hai được thực hiện vào năm 1865. Vào thời điểm này, nhà vật lý người Anh W. Thompson đã phát triển lý thuyết truyền dữ liệu qua đường dài. Theo lý thuyết này, việc đặt cáp hóa ra thành công hơn và nhận được tín hiệu.
Vì thành tựu khoa học này, Nữ hoàng Victoria đã phong tặng nhà khoa học này tước hiệu hiệp sĩ và danh hiệu Lãnh chúa Kelvin. Đây là tên của một thị trấn nhỏ trên bờ biển Ireland, nơi bắt đầu lắp đặt cáp. Nhưng đây chỉ là một từ, và bây giờ chúng ta hãy quay lại chữ cái cuối cùng trong công thức, đó là hằng số điện môi của môi trường ε.
Một chút về điện môi
ε này nằm trong mẫu số của công thức, do đó, sự gia tăng của nó sẽ kéo theo sự gia tăng công suất. Đối với hầu hết các chất điện môi được sử dụng, chẳng hạn như không khí, lavsan, polyetylen, nhựa dẻo, hằng số này gần giống như hằng số của chân không. Nhưng đồng thời, có nhiều chất có hằng số điện môi cao hơn nhiều. Nếu bình ngưng tụ chứa đầy axeton hoặc cồn thì công suất của nó sẽ tăng lên 15...20 lần.
Nhưng những chất như vậy, ngoài ε cao, còn có độ dẫn điện khá cao nên tụ điện như vậy sẽ không giữ được điện tích tốt, nó sẽ nhanh chóng phóng điện qua chính nó. Hiện tượng có hại này được gọi là dòng điện rò rỉ. Do đó, các vật liệu đặc biệt đang được phát triển cho chất điện môi, giúp cung cấp dòng điện rò chấp nhận được với điện dung riêng cao của tụ điện. Đây chính xác là lý do giải thích sự đa dạng của các loại và loại tụ điện, mỗi loại được thiết kế cho các điều kiện cụ thể.
Chúng có công suất riêng cao nhất (tỷ lệ công suất/khối lượng). Công suất của các “chất điện phân” đạt tới 100.000 uF, điện áp hoạt động lên tới 600V. Những tụ điện như vậy chỉ hoạt động tốt ở tần số thấp, thường gặp nhất là trong các bộ lọc nguồn điện. Các tụ điện được nối đúng cực.
Các điện cực trong các tụ điện như vậy là một màng oxit kim loại mỏng, đó là lý do tại sao những tụ điện này thường được gọi là tụ điện oxit. Một lớp không khí mỏng giữa các điện cực như vậy không phải là chất cách điện đáng tin cậy lắm, vì vậy một lớp chất điện phân được đưa vào giữa các tấm oxit. Thông thường đây là những dung dịch đậm đặc của axit hoặc kiềm.
Hình 3 cho thấy một tụ điện như vậy.
Hình 3. Tụ điện
Để ước tính kích thước của tụ điện, người ta chụp ảnh một hộp diêm đơn giản bên cạnh nó. Ngoài dung lượng khá lớn, trong hình bạn cũng có thể thấy dung sai tính theo phần trăm: không dưới 70% so với danh nghĩa.
Vào thời đó, khi máy tính còn lớn và được gọi là máy tính, những tụ điện như vậy nằm trong ổ đĩa (trong ổ cứng HDD hiện đại). Dung lượng thông tin của những ổ đĩa như vậy giờ đây chỉ có thể khiến người ta mỉm cười: 5 megabyte thông tin được lưu trữ trên hai đĩa có đường kính 350 mm và bản thân thiết bị nặng 54 kg.
Mục đích chính của các siêu tụ điện trong hình là loại bỏ các đầu từ khỏi vùng làm việc của đĩa khi mất điện đột ngột. Những tụ điện như vậy có thể lưu trữ điện tích trong vài năm, điều này đã được thử nghiệm trên thực tế.
Dưới đây, chúng tôi sẽ đề xuất thực hiện một số thí nghiệm đơn giản với tụ điện để hiểu tụ điện có thể làm được những gì.
Tụ điện không phân cực được sản xuất để hoạt động trong các mạch điện xoay chiều, nhưng vì lý do nào đó mà chúng rất khó kiếm được. Để giải quyết vấn đề này bằng cách nào đó, các “chất điện phân” cực thông thường được bật ngược tuần tự: cộng-trừ-trừ-cộng.
Nếu một tụ điện phân cực được nối với một mạch điện xoay chiều, đầu tiên nó sẽ nóng lên, sau đó sẽ xảy ra vụ nổ. Các tụ điện cũ trong nước nằm rải rác khắp mọi hướng, trong khi tụ điện nhập khẩu có một thiết bị đặc biệt giúp chúng tránh được những tiếng nổ lớn. Theo quy định, đây có thể là một rãnh chữ thập ở dưới cùng của tụ điện hoặc một lỗ có phích cắm cao su nằm ở đó.
Họ thực sự không thích các tụ điện điện áp cao, ngay cả khi cực tính đúng. Vì vậy, bạn không bao giờ nên đặt “chất điện phân” vào mạch điện có điện áp gần mức tối đa đối với một tụ điện nhất định.
Đôi khi ở một số diễn đàn, thậm chí có uy tín, người mới bắt đầu đặt câu hỏi: “Sơ đồ hiển thị tụ điện 470µF * 16V, nhưng tôi có tụ điện 470µF * 50V, lắp được không?” Có, tất nhiên là bạn có thể, nhưng việc thay thế ngược lại là không thể chấp nhận được.
Tụ điện có thể lưu trữ năng lượng
Một sơ đồ đơn giản thể hiện trong Hình 4 sẽ giúp bạn hiểu được câu nói này.
Hình 4. Mạch có tụ điện
Đặc điểm chính của mạch này là một tụ điện C có công suất đủ lớn để quá trình tích điện và phóng điện diễn ra chậm, thậm chí rất rõ ràng. Điều này giúp có thể quan sát hoạt động của mạch một cách trực quan bằng bóng đèn pin thông thường. Những chiếc đèn pin này từ lâu đã nhường chỗ cho những chiếc đèn LED hiện đại, nhưng bóng đèn dành cho chúng vẫn được bán. Vì vậy, việc lắp ráp một mạch điện và tiến hành các thí nghiệm đơn giản là rất đơn giản.
Có lẽ ai đó sẽ nói: “Tại sao? Suy cho cùng thì mọi thứ đều rõ ràng, nhưng nếu bạn cũng đọc phần mô tả…” Dường như không có gì để phản đối ở đây, nhưng bất kỳ điều gì, dù là điều đơn giản nhất, vẫn đọng lại trong đầu rất lâu nếu sự hiểu biết của nó đến qua bàn tay.
Vậy là mạch đã được lắp ráp. Làm thế nào nó hoạt động?
Ở vị trí công tắc SA như trên sơ đồ, tụ C được nạp từ nguồn điện GB qua điện trở R trong mạch: +GB __ R __ SA __ C __ -GB. Dòng sạc trong sơ đồ được biểu thị bằng mũi tên có chỉ số iз. Quá trình sạc tụ điện được thể hiện trong hình 5.
Hình 5. Quá trình nạp tụ điện
Hình vẽ cho thấy điện áp trên tụ tăng theo một đường cong, gọi là hàm mũ trong toán học. Dòng sạc phản ánh trực tiếp điện áp sạc. Khi điện áp trên tụ tăng lên thì dòng sạc sẽ giảm đi. Và chỉ tại thời điểm ban đầu, nó mới tương ứng với công thức trong hình.
Sau một thời gian, tụ điện sẽ tích điện từ 0V đến điện áp của nguồn điện, trong mạch của chúng ta lên đến 4,5V. Toàn bộ câu hỏi là làm thế nào để xác định được thời gian này, phải đợi bao lâu, khi nào tụ điện sẽ tích điện?
Hằng số thời gian "tau" τ = R*C
Công thức này chỉ đơn giản là nhân điện trở và điện dung của điện trở và tụ điện mắc nối tiếp. Nếu không bỏ qua hệ SI, chúng ta thay thế điện trở tính bằng Ohm và điện dung bằng Farad thì kết quả sẽ thu được tính bằng giây. Đây là thời gian cần thiết để tụ điện nạp tới 36,8% điện áp nguồn điện. Theo đó, sạc đến gần 100% sẽ cần thời gian 5* τ.
Thông thường, bỏ qua hệ SI, họ thay thế điện trở tính bằng Ohms và điện dung tính bằng microfarad vào công thức, khi đó thời gian sẽ tính bằng micro giây. Trong trường hợp của chúng tôi, sẽ thuận tiện hơn khi nhận được kết quả tính bằng giây, trong đó bạn chỉ cần nhân micro giây với một triệu hoặc đơn giản hơn là di chuyển dấu thập phân sang trái sáu vị trí.
Đối với mạch như hình 4, với tụ điện có dung lượng 2000 μF và điện trở 500 Ω, hằng số thời gian sẽ là τ = R*C = 500 * 2000 = 1.000.000 micro giây hoặc chính xác là một giây. Như vậy, bạn sẽ phải đợi khoảng 5 giây cho đến khi tụ điện được sạc đầy.
Nếu sau thời gian quy định, chuyển công tắc SA về đúng vị trí thì tụ điện C sẽ phóng điện qua bóng đèn EL. Lúc này sẽ có một tia chớp ngắn, tụ điện sẽ phóng điện và đèn sẽ tắt. Hướng phóng điện của tụ điện được biểu thị bằng mũi tên có chỉ số ip. Thời gian phóng điện cũng được xác định bởi hằng số thời gian τ. Biểu đồ phóng điện được thể hiện trong Hình 6.
Hình 6. Đồ thị phóng điện của tụ điện
Tụ điện không truyền dòng điện một chiều
Một sơ đồ thậm chí còn đơn giản hơn trong Hình 7 sẽ giúp bạn xác minh tuyên bố này.
Hình 7. Mạch có tụ điện trong mạch DC
Nếu bạn đóng công tắc SA, bóng đèn sẽ nháy nhanh chứng tỏ tụ điện C đã được tích điện qua bóng đèn. Biểu đồ điện tích cũng được hiển thị ở đây: tại thời điểm đóng công tắc, dòng điện đạt cực đại, khi tụ điện được tích điện, nó giảm xuống và sau một thời gian thì nó dừng hoàn toàn.
Nếu tụ điện có chất lượng tốt, tức là với dòng điện rò rỉ thấp (tự phóng điện), việc đóng công tắc nhiều lần sẽ không dẫn đến nhấp nháy. Để có được đèn flash khác, tụ điện sẽ phải được phóng điện.
Tụ điện trong bộ lọc điện
Tụ điện thường được đặt sau bộ chỉnh lưu. Thông thường, các bộ chỉnh lưu được thực hiện toàn sóng. Các mạch chỉnh lưu phổ biến nhất được hiển thị trong Hình 8.
Hình 8. Mạch chỉnh lưu
Theo quy luật, bộ chỉnh lưu nửa sóng cũng được sử dụng khá thường xuyên trong trường hợp công suất tải không đáng kể. Chất lượng có giá trị nhất của các bộ chỉnh lưu như vậy là tính đơn giản của chúng: chỉ có một diode và một cuộn dây máy biến áp.
Đối với bộ chỉnh lưu toàn sóng, điện dung của tụ lọc có thể được tính bằng công thức
C = 1000000 * Po / 2*U*f*dU, trong đó C là điện dung của tụ μF, Po là công suất tải W, U là điện áp ở đầu ra của bộ chỉnh lưu V, f là tần số dòng điện xoay chiều điện áp Hz, dU là biên độ gợn sóng V.
Số lớn ở tử số 1.000.000 chuyển đổi điện dung của tụ điện từ hệ Farad thành microfarad. Hai trong mẫu số đại diện cho số nửa chu kỳ của bộ chỉnh lưu: đối với bộ chỉnh lưu nửa sóng, một sẽ xuất hiện ở vị trí của nó
C = 1000000 * Po / U*f*dU,
và đối với bộ chỉnh lưu ba pha, công thức sẽ có dạng C = 1000000 * Po / 3*U*f*dU.
Siêu tụ điện - ionistor
Gần đây, một loại tụ điện mới đã xuất hiện, được gọi là tụ điện. Về đặc tính, nó tương tự như pin, mặc dù có một số hạn chế.
Ionistor được sạc đến điện áp định mức trong thời gian ngắn, đúng nghĩa là chỉ trong vài phút, vì vậy nên sử dụng nó làm nguồn điện dự phòng. Trên thực tế, ionistor là một thiết bị không phân cực, điều duy nhất quyết định độ phân cực của nó là việc sạc tại nhà sản xuất. Để tránh nhầm lẫn sự phân cực này trong tương lai, nó được biểu thị bằng dấu +.
Các điều kiện hoạt động của ionistor đóng một vai trò lớn. Ở nhiệt độ 70˚C ở điện áp bằng 0,8 điện áp định mức, độ bền được đảm bảo không quá 500 giờ. Nếu thiết bị hoạt động ở điện áp bằng 0,6 điện áp danh định và nhiệt độ không vượt quá 40 độ thì có thể hoạt động bình thường trong 40.000 giờ trở lên.
Ứng dụng phổ biến nhất của ionistor là trong nguồn điện dự phòng. Đây chủ yếu là chip nhớ hoặc đồng hồ điện tử. Trong trường hợp này, thông số chính của ionistor là dòng rò thấp, khả năng tự phóng điện của nó.
Việc sử dụng ionistor kết hợp với pin năng lượng mặt trời khá hứa hẹn. Điều này cũng là do tính chất không tới hạn của các điều kiện sạc và số lượng chu kỳ sạc-xả gần như không giới hạn. Một đặc tính có giá trị khác là thiết bị ionistor không cần bảo trì.
Cho đến nay tôi đã cố gắng cho bạn biết cách thức và vị trí hoạt động của tụ điện, chủ yếu trong các mạch điện một chiều. Hoạt động của tụ điện trong mạch điện xoay chiều sẽ được thảo luận ở bài khác -.
Đối với câu hỏi Tại sao tụ điện không truyền dòng điện một chiều nhưng lại cho dòng điện xoay chiều? do tác giả đưa ra cỏ15 cỏ câu trả lời tốt nhất là Dòng điện chỉ chạy khi tụ điện đang sạc.
Trong mạch điện một chiều, tụ điện tích điện tương đối nhanh, sau đó dòng điện giảm và gần như dừng lại.
Trong mạch điện xoay chiều, tụ điện được tích điện, sau đó điện áp thay đổi cực tính, nó bắt đầu phóng điện và sau đó tích điện theo chiều ngược lại, v.v. - dòng điện chạy liên tục.
Chà, hãy tưởng tượng một cái bình mà bạn chỉ có thể đổ nước vào cho đến khi đầy. Nếu điện áp không đổi, bình sẽ đầy và dòng điện sẽ dừng lại. Và nếu điện áp thay đổi thì nước sẽ được đổ vào bình - đổ ra - đổ đầy, v.v.
Câu trả lời từ Hãy thò đầu vào[người mới]
Cảm ơn các bác vì thông tin tuyệt vời!!!
Câu trả lời từ Avotara[đạo sư]
Tụ điện không cho dòng điện chạy qua, nó chỉ có khả năng tích điện và phóng điện
Ở dòng điện một chiều, tụ điện tích điện một lần và sau đó trở nên vô dụng trong mạch điện.
Trên một dòng điện dao động, khi điện áp tăng, nó sẽ tích điện (tích lũy năng lượng điện) và khi điện áp từ mức tối đa bắt đầu giảm, nó sẽ trả lại năng lượng cho mạng, đồng thời ổn định điện áp.
Trên dòng điện xoay chiều, khi điện áp tăng từ 0 đến cực đại, tụ điện tích điện, khi giảm từ cực đại xuống 0, nó phóng điện, trả năng lượng trở lại mạng, khi cực tính thay đổi, mọi thứ diễn ra giống hệt nhau nhưng với cực tính khác .
Câu trả lời từ Tuôn ra[đạo sư]
Thực ra tụ điện không cho dòng điện đi qua chính nó. Đầu tiên, tụ điện tích lũy điện tích trên các bản của nó - trên một bản có thừa electron, ở bản kia thiếu - và sau đó nhường chúng đi, kết quả là ở mạch ngoài, các electron chạy tới chạy lui - chúng chạy rời khỏi đĩa này, chạy sang đĩa thứ hai rồi quay lại. Nghĩa là, chuyển động qua lại của các electron trong mạch ngoài được đảm bảo, dòng điện chạy trong đó - nhưng không chạy bên trong tụ điện.
Có bao nhiêu electron mà một tấm tụ điện có thể tiếp nhận ở điện áp một volt được gọi là điện dung của tụ điện, nhưng nó thường được đo không phải bằng hàng nghìn tỷ electron mà bằng đơn vị điện dung thông thường - farad (microfarad, picofarad).
Khi người ta nói rằng dòng điện chạy qua tụ điện thì đây chỉ đơn giản là một sự đơn giản hóa. Mọi thứ xảy ra như thể dòng điện chạy qua tụ điện, mặc dù trên thực tế dòng điện chỉ chạy từ bên ngoài tụ điện.
Nếu đi sâu hơn vào vật lý, sự phân bố lại năng lượng trong trường giữa các bản của tụ điện được gọi là dòng điện dịch chuyển, ngược lại với dòng điện dẫn là sự chuyển động của các điện tích, còn dòng điện dịch chuyển là một khái niệm từ điện động lực học gắn liền với các phương trình Maxwell , một mức độ trừu tượng hoàn toàn khác.
Câu trả lời từ nhú[đạo sư]
Về mặt vật lý thuần túy: tụ điện là một điểm đứt mạch, vì các miếng đệm của nó không chạm vào nhau nên giữa chúng có một chất điện môi. và như chúng ta đã biết, chất điện môi không dẫn điện. do đó dòng điện một chiều không chạy qua nó.
Mặc dù...
Một tụ điện trong mạch điện một chiều có thể dẫn dòng điện tại thời điểm nó được nối với mạch (xảy ra quá trình sạc hoặc nạp lại tụ điện); khi kết thúc quá trình nhất thời, không có dòng điện nào chạy qua tụ điện, vì các bản của nó được ngăn cách bởi một chất điện môi. Trong mạch điện xoay chiều, nó thực hiện các dao động dòng điện xoay chiều thông qua việc sạc lại tụ điện theo chu kỳ.
và đối với dòng điện xoay chiều, tụ điện là một phần của mạch dao động. nó đóng vai trò là một thiết bị lưu trữ năng lượng điện và kết hợp với một cuộn dây, chúng cùng tồn tại hoàn hảo, chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng từ tính và quay trở lại với tốc độ/tần số bằng omega = 1/sqrt(C*L) của chính chúng
ví dụ: một hiện tượng như sét. Tôi nghĩ tôi đã nghe thấy nó. mặc dù đây là một ví dụ tồi, nhưng sự tích điện xảy ra ở đó thông qua quá trình điện khí hóa, do ma sát của không khí trong khí quyển trên bề mặt trái đất. nhưng sự đánh thủng luôn luôn, như ở tụ điện, chỉ xảy ra khi đạt đến cái gọi là điện áp đánh thủng.
Tôi không biết điều này có giúp ích gì cho bạn không :)
Câu trả lời từ Huyền thoại@[người mới]
tụ điện hoạt động cả ở dòng điện xoay chiều và dòng điện một chiều, bởi vì nó được tích điện ở dòng điện một chiều và không thể truyền năng lượng đó đi bất cứ đâu; để làm điều này, một nhánh ngược được nối với mạch thông qua một công tắc để thay đổi cực nhằm phóng điện và nhường chỗ cho một phần mới, không xen kẽ trong mỗi vòng quay, can được tích điện và phóng điện do sự đảo ngược cực tính....
Điện áp không đổi và đặt điện áp trên con cá sấu của mình thành 12 Volts. Chúng tôi cũng lấy một bóng đèn 12 Volt. Bây giờ chúng ta lắp một tụ điện vào giữa một đầu dò của nguồn điện và bóng đèn:
Không, nó không cháy.
Nhưng nếu bạn làm trực tiếp thì nó sẽ sáng lên:
Điều này dẫn đến kết luận: Dòng điện một chiều không chạy qua tụ điện!
Thành thật mà nói, tại thời điểm đầu tiên đặt điện áp vào, dòng điện vẫn chạy trong tích tắc. Tất cả phụ thuộc vào điện dung của tụ điện.
Tụ điện trong mạch điện xoay chiều
Vì vậy, để biết dòng điện xoay chiều có chạy qua tụ điện hay không, chúng ta cần một máy phát điện xoay chiều. Tôi nghĩ bộ tạo tần số này sẽ hoạt động tốt:
Vì máy phát điện Trung Quốc của tôi rất yếu nên thay vì tải bóng đèn, chúng tôi sẽ sử dụng tải 100 Ohm đơn giản. Hãy lấy một tụ điện có công suất 1 microfarad:
Chúng tôi hàn một cái gì đó như thế này và gửi tín hiệu từ bộ tạo tần số:
Sau đó anh ta bắt tay vào công việc kinh doanh. Máy hiện sóng là gì và nó được sử dụng như thế nào, hãy đọc tại đây. Chúng tôi sẽ sử dụng hai kênh cùng một lúc. Hai tín hiệu sẽ được hiển thị trên một màn hình cùng một lúc. Ở đây trên màn hình, bạn có thể thấy nhiễu từ mạng 220 Volt. Đừng chú ý.
Chúng tôi sẽ áp dụng điện áp xoay chiều và xem các tín hiệu, như các kỹ sư điện tử chuyên nghiệp nói, ở đầu vào và đầu ra. Đồng thời.
Tất cả sẽ trông giống như thế này:
Vì vậy, nếu tần số của chúng ta bằng 0 thì điều này có nghĩa là dòng điện không đổi. Như chúng ta đã thấy, tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua. Điều này dường như đã được sắp xếp ra. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu bạn áp dụng một hình sin có tần số 100 Hertz?
Trên màn hình máy hiện sóng tôi hiển thị các thông số như tần số và biên độ tín hiệu: F là tần số Mã – biên độ (các thông số này được đánh dấu bằng mũi tên màu trắng). Kênh đầu tiên được đánh dấu màu đỏ và kênh thứ hai có màu vàng để dễ nhận biết.
Sóng hình sin màu đỏ thể hiện tín hiệu mà máy phát tần số Trung Quốc cung cấp cho chúng ta. Sóng hình sin màu vàng là những gì chúng ta đã nhận được khi tải. Trong trường hợp của chúng tôi, tải là một điện trở. Vâng đó là tất cả.
Như bạn có thể thấy trong biểu đồ dao động ở trên, tôi cung cấp tín hiệu hình sin từ máy phát có tần số 100 Hertz và biên độ 2 Volts. Trên điện trở, chúng ta đã thấy một tín hiệu có cùng tần số (tín hiệu màu vàng), nhưng biên độ của nó là khoảng 136 mV. Hơn nữa, tín hiệu có phần hơi “xù xì”. Điều này là do cái gọi là “”. Nhiễu là tín hiệu có biên độ nhỏ và điện áp thay đổi ngẫu nhiên. Nó có thể được gây ra bởi chính các phần tử vô tuyến hoặc cũng có thể là do nhiễu bắt được từ không gian xung quanh. Ví dụ, một điện trở “tạo ra tiếng ồn” rất tốt. Điều này có nghĩa là “độ xù xì” của tín hiệu là tổng của hình sin và nhiễu.
Biên độ của tín hiệu màu vàng đã trở nên nhỏ hơn và thậm chí đồ thị của tín hiệu màu vàng cũng dịch chuyển sang trái, tức là nó đi trước tín hiệu màu đỏ, hay nói theo ngôn ngữ khoa học thì nó xuất hiện chuyển pha. Đó là giai đoạn ở phía trước, không phải là tín hiệu. Nếu bản thân tín hiệu đi trước thì chúng ta sẽ có tín hiệu trên điện trở xuất hiện sớm hơn tín hiệu đưa vào nó qua tụ điện. Kết quả sẽ là một kiểu du hành thời gian nào đó :-), tất nhiên là không thể.
Chuyển pha- Cái này chênh lệch giữa các pha ban đầu của hai đại lượng đo. Trong trường hợp này, căng thẳng. Để đo độ dịch pha, phải có điều kiện là các tín hiệu này cùng tần số. Biên độ có thể là bất kỳ. Hình dưới đây cho thấy chính sự chuyển pha này hoặc, như nó còn được gọi là, độ lệch pha:
Hãy tăng tần số trên máy phát điện lên 500 Hertz
Điện trở đã nhận được 560 mV. Độ lệch pha giảm.
Chúng tôi tăng tần số lên 1 KiloHertz
Ở đầu ra chúng ta đã có 1 Volt.
Đặt tần số thành 5 Kilohertz
Biên độ là 1,84 Volts và độ lệch pha rõ ràng là nhỏ hơn
Tăng lên 10 Kilohertz
Biên độ gần giống như ở đầu vào. Sự thay đổi pha ít được chú ý hơn.
Chúng tôi đặt 100 Kilohertz:
Hầu như không có sự chuyển pha. Biên độ gần giống như ở đầu vào, tức là 2 Volts.
Từ đây chúng ta rút ra kết luận sâu sắc:
Tần số càng cao thì điện trở của tụ điện đối với dòng điện xoay chiều càng nhỏ. Sự dịch pha giảm khi tần số tăng dần đến gần như bằng không. Ở tần số vô cùng thấp, độ lớn của nó là 90 độ hoặcπ/2 .
Nếu bạn vẽ một lát đồ thị, bạn sẽ nhận được một cái gì đó như thế này:
Tôi vẽ điện áp theo chiều dọc và tần số theo chiều ngang.
Như vậy, chúng ta đã biết rằng điện trở của tụ điện phụ thuộc vào tần số. Nhưng nó chỉ phụ thuộc vào tần số? Hãy lấy một tụ điện có công suất 0,1 microfarad, nghĩa là giá trị danh nghĩa nhỏ hơn 10 lần so với tụ điện trước đó và chạy lại ở cùng tần số.
Hãy xem xét và phân tích các giá trị:
So sánh cẩn thận các giá trị biên độ của tín hiệu màu vàng ở cùng tần số, nhưng với các giá trị tụ điện khác nhau. Ví dụ, ở tần số 100 Hertz và giá trị tụ điện là 1 μF, biên độ của tín hiệu màu vàng là 136 mV, và ở cùng tần số, biên độ của tín hiệu màu vàng, nhưng với tụ điện là 0,1 μF, đã 101 milivolt (trong thực tế, thậm chí còn ít hơn do nhiễu). Ở tần số 500 Hertz - 560 mV và 106 mV tương ứng, ở tần số 1 Kilohertz - 1 Volt và 136 mV, v.v.
Từ đây kết luận tự nó gợi ý: Khi giá trị của tụ điện giảm thì điện trở của nó tăng.
Sử dụng các phép biến đổi vật lý và toán học, các nhà vật lý và toán học đã rút ra được công thức tính điện trở của tụ điện. Hãy yêu thương và trân trọng:
Ở đâu, X C là điện trở của tụ điện, Ohm
P - không đổi và bằng khoảng 3,14
F– tần số, đo bằng Hertz
VỚI– điện dung, đo bằng Farads
Vì vậy, hãy đặt tần số trong công thức này ở mức 0 Hertz. Tần số 0 Hertz là dòng điện một chiều. Chuyện gì sẽ xảy ra? 1/0 = vô cực hoặc điện trở rất cao. Tóm lại là hỏng mạch.
Phần kết luận
Nhìn về phía trước, tôi có thể nói rằng trong thử nghiệm này chúng tôi đã thu được (bộ lọc thông cao). Sử dụng một tụ điện và điện trở đơn giản, đồng thời áp dụng bộ lọc như vậy vào loa ở đâu đó trong thiết bị âm thanh, chúng ta sẽ chỉ nghe thấy những âm cao chói tai trong loa. Nhưng tần số âm trầm sẽ bị giảm bớt bởi bộ lọc như vậy. Sự phụ thuộc của điện trở tụ điện vào tần số được sử dụng rất rộng rãi trong thiết bị điện tử vô tuyến, đặc biệt là trong các bộ lọc khác nhau, nơi cần phải triệt tiêu một tần số và truyền qua tần số khác.
Đã có rất nhiều bài viết về tụ điện, liệu có đáng để thêm vài nghìn từ nữa vào hàng triệu từ đã tồn tại không? Tôi sẽ thêm nó! Tôi tin rằng bài trình bày của tôi sẽ hữu ích. Rốt cuộc, nó sẽ được thực hiện có tính đến.
tụ điện là gì
Nói bằng tiếng Nga, tụ điện có thể được gọi là “thiết bị lưu trữ”. Nó thậm chí còn rõ ràng hơn theo cách này. Hơn nữa, đây chính xác là cách tên này được dịch sang ngôn ngữ của chúng tôi. Một tấm kính cũng có thể được gọi là tụ điện. Chỉ có nó tích lũy chất lỏng trong chính nó. Hoặc một cái túi. Vâng, một cái túi. Hóa ra nó cũng là một thiết bị lưu trữ. Nó tích lũy mọi thứ mà chúng ta cho vào đó. Tụ điện có liên quan gì đến nó? Nó giống như một chiếc ly hay một chiếc túi nhưng nó chỉ tích lũy điện tích.
Hãy tưởng tượng một bức tranh: một dòng điện chạy qua một mạch điện, các điện trở và dây dẫn gặp nhau dọc theo đường đi của nó và, bùm, một tụ điện (thủy tinh) xuất hiện. Chuyện gì sẽ xảy ra? Như bạn đã biết, dòng điện là dòng chuyển động của các electron và mỗi electron đều mang điện tích. Vì vậy, khi ai đó nói rằng có dòng điện chạy qua một mạch điện, bạn hãy tưởng tượng có hàng triệu electron chạy qua mạch điện đó. Chính những electron này, khi một tụ điện xuất hiện trên đường đi của chúng, sẽ tích tụ lại. Chúng ta càng đưa nhiều electron vào tụ điện thì điện tích của nó sẽ càng lớn.
Câu hỏi đặt ra: theo cách này có thể tích lũy được bao nhiêu electron, bao nhiêu electron sẽ lọt vào tụ điện và khi nào thì nó “có đủ”? Hãy cùng tìm hiểu. Rất thường xuyên, để giải thích đơn giản các quá trình điện đơn giản, người ta sử dụng so sánh giữa nước và đường ống. Chúng ta cũng hãy sử dụng phương pháp này.
Hãy tưởng tượng một đường ống mà nước chảy qua. Ở một đầu ống có một máy bơm dùng lực bơm nước vào ống này. Sau đó nhẩm đặt một màng cao su ngang qua đường ống. Chuyện gì sẽ xảy ra? Màng sẽ bắt đầu căng ra và căng ra dưới tác động của áp lực nước trong đường ống (áp suất do máy bơm tạo ra). Nó sẽ căng ra, căng ra, căng ra và cuối cùng lực đàn hồi của màng sẽ cân bằng lực của máy bơm và dòng nước sẽ dừng lại hoặc màng sẽ vỡ (Nếu điều này không rõ ràng, hãy tưởng tượng một quả bóng bay sẽ nổ tung nếu bơm quá nhiều)! Điều tương tự cũng xảy ra ở tụ điện. Chỉ ở đó, thay vì màng, một điện trường được sử dụng, điện trường này tăng lên khi tụ điện được tích điện và dần dần cân bằng điện áp của nguồn điện.
Do đó, tụ điện có một điện tích giới hạn nhất định mà nó có thể tích lũy và sau khi vượt quá mức đó sẽ xảy ra hiện tượng sự đánh thủng điện môi trong tụ điện nó sẽ bị đứt và không còn là tụ điện nữa. Có lẽ đã đến lúc cho bạn biết tụ điện hoạt động như thế nào.
Tụ điện hoạt động như thế nào?
Ở trường bạn được dạy rằng tụ điện là một vật bao gồm hai bản cực và một khoảng trống ở giữa chúng. Những tấm này được gọi là tấm tụ điện và dây được nối với chúng để cung cấp điện áp cho tụ điện. Vì vậy, các tụ điện hiện đại không có nhiều khác biệt. Tất cả chúng đều có các tấm và có một chất điện môi giữa các tấm. Nhờ có chất điện môi, đặc tính của tụ điện được cải thiện. Ví dụ, năng lực của nó.
Các tụ điện hiện đại sử dụng nhiều loại chất điện môi khác nhau (xem thêm về điều này bên dưới), chúng được nhét giữa các tấm tụ điện theo những cách phức tạp nhất để đạt được những đặc tính nhất định.
Nguyên tắc hoạt động
Nguyên lý hoạt động chung khá đơn giản: đặt điện áp vào và tích lũy điện tích. Các quá trình vật lý đang diễn ra hiện nay có lẽ bạn không quan tâm nhiều, nhưng nếu muốn, bạn có thể đọc về nó trong bất kỳ cuốn sách vật lý nào trong phần tĩnh điện.
Tụ điện trong mạch DC
Nếu chúng ta đặt tụ điện vào một mạch điện (Hình bên dưới), nối nối tiếp một ampe kế với nó và đặt dòng điện một chiều vào mạch, kim ampe kế sẽ co giật một thời gian ngắn, sau đó đóng băng và hiển thị 0A - không có dòng điện trong mạch. Chuyện gì đã xảy ra vậy?
Chúng ta sẽ giả sử rằng trước khi có dòng điện chạy vào mạch thì tụ điện rỗng (phóng điện), khi đưa dòng điện vào thì nó bắt đầu tích điện rất nhanh, còn khi nạp điện (điện trường giữa các bản tụ đã cân bằng nguồn điện). ), thì dòng điện dừng lại (đây là biểu đồ điện tích của tụ điện).
Đây là lý do tại sao người ta nói rằng tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua. Trên thực tế, nó đã trôi qua, nhưng trong một thời gian rất ngắn, có thể được tính bằng công thức t = 3*R*C (Thời gian sạc tụ điện đến 95% thể tích danh định. R là điện trở mạch, C là điện dung của tụ điện) Đây là cách tụ điện hoạt động trong dòng điện một chiều Nó hoạt động hoàn toàn khác trong một mạch biến đổi!
Tụ điện trong mạch điện xoay chiều
Dòng điện xoay chiều là gì? Đây là lúc các electron “chạy” đầu tiên ở đó, sau đó quay lại. Những thứ kia. hướng chuyển động của chúng luôn thay đổi. Sau đó, nếu dòng điện xoay chiều chạy qua tụ điện thì điện tích “+” hoặc điện tích “-” sẽ tích tụ trên mỗi bản của nó. Những thứ kia. Dòng điện xoay chiều sẽ thực sự chảy. Điều này có nghĩa là dòng điện xoay chiều chạy qua tụ điện “không bị cản trở”.
Toàn bộ quá trình này có thể được mô hình hóa bằng phương pháp tương tự thủy lực. Hình ảnh dưới đây cho thấy một mạch tương tự của mạch điện xoay chiều. Piston đẩy chất lỏng về phía trước và phía sau. Điều này làm cho cánh quạt quay qua lại. Hóa ra đó là một dòng chất lỏng xen kẽ (chúng ta đọc là dòng điện xoay chiều).
Bây giờ chúng ta đặt một tụ điện ở dạng màng giữa nguồn lực (piston) và bánh công tác và phân tích xem điều gì sẽ thay đổi.
Có vẻ như sẽ không có gì thay đổi. Giống như chất lỏng thực hiện các chuyển động dao động, nó sẽ tiếp tục dao động như vậy, giống như cánh quạt dao động vì điều này, nó sẽ tiếp tục dao động. Điều này có nghĩa là màng của chúng ta không phải là trở ngại đối với dòng chảy thay đổi. Điều tương tự cũng đúng với một tụ điện điện tử.
Thực tế là mặc dù các electron chạy thành chuỗi không đi qua chất điện môi (màng) giữa các bản của tụ điện, nhưng bên ngoài tụ điện, chuyển động của chúng là dao động (qua lại), tức là. dòng điện xoay chiều. Hở!
Do đó, tụ điện truyền dòng điện xoay chiều và chặn dòng điện một chiều. Điều này rất thuận tiện khi bạn cần loại bỏ thành phần DC trong tín hiệu, ví dụ như ở đầu ra/đầu vào của bộ khuếch đại âm thanh hoặc khi bạn chỉ cần nhìn vào phần biến đổi của tín hiệu (gợn sóng ở đầu ra của DC). nguồn điện áp).
điện trở của tụ điện
Tụ điện có điện trở! Về nguyên tắc, điều này có thể được giả định từ thực tế là dòng điện một chiều không đi qua nó, như thể nó là một điện trở có điện trở rất cao.
Dòng điện xoay chiều lại là một vấn đề khác - nó chạy qua nhưng gặp phải điện trở từ tụ điện:
f - tần số, C - điện dung của tụ điện. Nếu bạn xem xét kỹ công thức, bạn sẽ thấy rằng nếu dòng điện không đổi thì f = 0 và sau đó (xin các nhà toán học chiến binh tha thứ cho tôi!) X c = vô cực. Và không có dòng điện chạy qua tụ điện.
Nhưng điện trở của dòng điện xoay chiều sẽ thay đổi tùy theo tần số và điện dung của tụ điện. Tần số dòng điện và điện dung của tụ càng cao thì khả năng chống lại dòng điện này càng nhỏ và ngược lại. Điện áp thay đổi càng nhanh
điện áp, dòng điện qua tụ càng lớn, điều này giải thích sự giảm Xc khi tần số tăng.
Nhân tiện, một đặc điểm khác của tụ điện là nó không giải phóng điện và không nóng lên! Vì vậy, đôi khi nó được sử dụng để làm giảm điện áp ở những nơi điện trở bốc khói. Ví dụ, để giảm điện áp mạng từ 220V xuống 127V. Và xa hơn:
Cường độ dòng điện trong tụ điện tỷ lệ thuận với tốc độ hiệu điện thế đặt vào các cực của nó
Tụ điện được sử dụng ở đâu?
Có, bất cứ nơi nào yêu cầu đặc tính của chúng (không cho dòng điện một chiều đi qua, khả năng tích lũy năng lượng điện và thay đổi điện trở tùy theo tần số), trong bộ lọc, trong mạch dao động, trong bộ nhân điện áp, v.v.
Có những loại tụ điện nào?
Ngành công nghiệp sản xuất nhiều loại tụ điện khác nhau. Mỗi người trong số họ đều có những ưu điểm và nhược điểm nhất định. Một số có dòng điện rò rỉ thấp, một số khác có công suất lớn và một số khác có thứ khác. Tùy thuộc vào các chỉ số này, tụ điện được chọn.
Những người phát thanh nghiệp dư, đặc biệt là những người mới bắt đầu như chúng tôi, đừng bận tâm quá nhiều và đặt cược vào những gì họ có thể tìm thấy. Tuy nhiên, bạn nên biết những loại tụ điện chính tồn tại trong tự nhiên.
Hình ảnh cho thấy sự phân chia tụ điện rất thông thường. Tôi đã biên soạn nó theo sở thích của mình và tôi thích nó vì nó cho thấy ngay liệu có tồn tại tụ điện biến thiên hay không, có những loại tụ điện cố định nào và chất điện môi nào được sử dụng trong các tụ điện thông thường. Nói chung, mọi thứ mà một người nghiệp dư trên đài đều cần.
Chúng có dòng rò thấp, kích thước nhỏ, độ tự cảm thấp và có khả năng hoạt động ở tần số cao và trong các mạch dòng điện một chiều, xung và xoay chiều.
Chúng được sản xuất với nhiều mức điện áp và công suất hoạt động: từ 2 đến 20.000 pF và tùy thuộc vào thiết kế, có thể chịu được điện áp lên đến 30 kV. Nhưng thông thường bạn sẽ tìm thấy tụ gốm có điện áp hoạt động lên tới 50V.
Thành thật mà nói, tôi không biết bây giờ chúng có được phát hành hay không. Nhưng trước đây mica được sử dụng làm chất điện môi trong các tụ điện như vậy. Và bản thân tụ điện bao gồm một gói các tấm mica, trên mỗi tấm được dán cả hai mặt, sau đó những tấm như vậy được thu lại thành một “gói” và đóng gói vào hộp.
Chúng thường có công suất từ vài nghìn đến hàng chục nghìn picoforad và hoạt động ở dải điện áp từ 200 V đến 1500 V.
Tụ giấy
Những tụ điện như vậy có giấy tụ điện làm chất điện môi và các dải nhôm làm tấm. Những dải giấy nhôm dài có dải giấy kẹp giữa chúng được cuộn lại và đóng gói thành một chiếc hộp. Đó là mẹo.
Những tụ điện như vậy có công suất từ hàng nghìn picoforad đến 30 microforad và có thể chịu được điện áp từ 160 đến 1500 V.
Có tin đồn rằng chúng hiện đang được những người đam mê âm thanh đánh giá cao. Tôi không ngạc nhiên - họ cũng có dây dẫn một mặt...
Về nguyên tắc, tụ điện thông thường có chất điện môi là polyester. Phạm vi điện dung là từ 1 nF đến 15 mF ở điện áp hoạt động từ 50 V đến 1500 V.
Tụ điện loại này có hai ưu điểm không thể phủ nhận. Đầu tiên, chúng có thể được chế tạo với sai số rất nhỏ chỉ 1%. Vì vậy, nếu nó ghi 100 pF thì điện dung của nó là 100 pF +/- 1%. Và thứ hai là điện áp hoạt động của chúng có thể đạt tới 3 kV (và điện dung từ 100 pF đến 10 mF)
Tụ điện
Những tụ điện này khác với tất cả các tụ điện khác ở chỗ chúng chỉ có thể được kết nối với mạch điện một chiều hoặc dòng điện xung. Họ là cực. Họ có một điểm cộng và một điểm trừ. Điều này là do thiết kế của họ. Và nếu một tụ điện như vậy được bật ngược lại, rất có thể nó sẽ bị phồng lên. Và trước đó họ cũng bùng nổ một cách vui vẻ nhưng không an toàn. Có tụ điện làm bằng nhôm và tantalum.
Tụ điện điện phân nhôm được thiết kế gần giống như tụ điện giấy, điểm khác biệt duy nhất là các bản của tụ điện như vậy là giấy và dải nhôm. Giấy được tẩm chất điện phân và một lớp oxit mỏng được phủ lên dải nhôm, hoạt động như một chất điện môi. Nếu bạn đặt dòng điện xoay chiều vào tụ điện như vậy hoặc vặn nó trở lại cực đầu ra, chất điện phân sẽ sôi và tụ điện sẽ bị hỏng.
Các tụ điện điện phân có công suất khá lớn, đó là lý do tại sao chúng thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu.
Đó có lẽ là tất cả. Phía sau là các tụ điện có chất điện môi làm từ polycarbonate, polystyrene và có thể là nhiều loại khác. Nhưng tôi nghĩ rằng điều này sẽ là thừa.
Còn tiếp...
Trong phần hai tôi dự định đưa ra các ví dụ về cách sử dụng tụ điện điển hình.
Điều này có thể dễ dàng được xác nhận bằng các thí nghiệm. Bạn có thể thắp sáng bóng đèn bằng cách kết nối nó với nguồn điện xoay chiều thông qua tụ điện. Loa hoặc thiết bị cầm tay sẽ tiếp tục hoạt động nếu chúng được kết nối không trực tiếp với bộ thu mà thông qua một tụ điện.
Một tụ điện bao gồm hai hoặc nhiều tấm kim loại được ngăn cách bởi một chất điện môi. Chất điện môi này thường là mica, không khí hoặc gốm sứ, là những chất cách điện tốt nhất. Điều khá tự nhiên là dòng điện một chiều không thể đi qua chất cách điện như vậy. Nhưng tại sao dòng điện xoay chiều lại đi qua nó? Điều này có vẻ kỳ lạ hơn vì cùng một loại gốm sứ ở dạng, chẳng hạn như con lăn sứ cách điện hoàn hảo dây điện xoay chiều và mica hoạt động hoàn hảo như một chất cách điện trong bàn là điện và các thiết bị sưởi ấm khác hoạt động bình thường bằng dòng điện xoay chiều.
Thông qua một số thí nghiệm, chúng ta có thể “chứng minh” một sự thật thậm chí còn kỳ lạ hơn: nếu trong một tụ điện, một chất điện môi có đặc tính cách điện tương đối kém được thay thế bằng một chất điện môi khác cách điện tốt hơn, thì các đặc tính của tụ điện sẽ thay đổi để dòng điện xoay chiều đi qua. qua tụ điện sẽ không bị cản trở mà ngược lại còn được tạo điều kiện thuận lợi. Ví dụ, nếu bạn nối một bóng đèn với một mạch điện xoay chiều thông qua một tụ điện có chất điện môi bằng giấy và sau đó thay giấy bằng một chất cách điện tuyệt vời như vậy; giống như thủy tinh hoặc sứ có cùng độ dày, bóng đèn sẽ bắt đầu cháy sáng hơn. Một thí nghiệm như vậy sẽ dẫn đến kết luận rằng dòng điện xoay chiều không chỉ đi qua tụ điện mà còn đi qua càng dễ thì chất điện môi của nó càng tốt.
Tuy nhiên, bất chấp tất cả sự thuyết phục rõ ràng của những thí nghiệm như vậy, dòng điện - không phải một chiều hay xoay chiều - không đi qua tụ điện. Chất điện môi ngăn cách các bản tụ điện đóng vai trò như một rào cản đáng tin cậy đối với đường đi của dòng điện, bất kể nó có thể là gì - xoay chiều hay một chiều. Nhưng điều này không có nghĩa là sẽ không có dòng điện trong toàn bộ mạch điện nối tụ điện.
Một tụ điện có một tính chất vật lý nhất định mà chúng ta gọi là điện dung. Đặc tính này bao gồm khả năng tích lũy điện tích trên các tấm. Một nguồn dòng điện có thể được ví như một cái máy bơm bơm điện tích vào mạch điện. Nếu dòng điện không đổi thì các điện tích luôn được bơm theo một hướng.
Tụ điện sẽ hoạt động như thế nào trong mạch điện một chiều?
“Máy bơm điện” của chúng tôi sẽ bơm điện tích lên một trong các tấm của nó và bơm chúng ra từ tấm kia. Khả năng tụ điện giữ một sự chênh lệch nhất định về số lượng điện tích trên các bản của nó được gọi là công suất của nó. Điện dung của tụ điện càng lớn thì điện tích trên một bản càng lớn so với bản kia.
Tại thời điểm dòng điện được bật, tụ điện không được tích điện - số lượng điện tích trên các bản của nó là như nhau. Nhưng hiện tại đang bật. “Máy bơm điện” bắt đầu hoạt động. Anh ta đẩy các điện tích lên một tấm và bắt đầu bơm chúng ra từ tấm kia. Khi chuyển động của điện tích bắt đầu trong mạch, điều đó có nghĩa là dòng điện bắt đầu chạy trong mạch. Dòng điện sẽ chạy cho đến khi tụ điện được sạc đầy. Khi đạt đến giới hạn này, dòng điện sẽ dừng lại.
Do đó, nếu có một tụ điện trong mạch điện một chiều thì sau khi đóng nó lại, dòng điện sẽ chạy trong mạch đó trong khoảng thời gian đủ để tụ điện được sạc đầy.
Nếu điện trở của mạch mà tụ điện được sạc qua tương đối nhỏ thì thời gian sạc sẽ rất ngắn: nó chỉ kéo dài một phần không đáng kể trong một giây, sau đó dòng điện dừng lại.
Tình hình lại khác trong mạch điện xoay chiều. Trong mạch này, “máy bơm” bơm điện theo hướng này hay hướng khác. Sau khi hầu như không tạo ra lượng điện tích dư thừa trên một bản tụ so với số trên bản kia, máy bơm bắt đầu bơm chúng theo hướng ngược lại. Các điện tích sẽ lưu thông liên tục trong mạch, có nghĩa là dù có tụ điện không dẫn điện nhưng trong đó vẫn tồn tại một dòng điện - dòng điện tích và dòng phóng điện của tụ điện.
Độ lớn của dòng điện này sẽ phụ thuộc vào điều gì?
Theo cường độ dòng điện, chúng tôi muốn nói đến số lượng điện tích chạy trong một đơn vị thời gian qua tiết diện của dây dẫn. Điện dung của tụ điện càng lớn thì càng cần nhiều điện tích để “lấp đầy” nó, nghĩa là dòng điện trong mạch sẽ càng mạnh. Điện dung của tụ điện phụ thuộc vào kích thước của các bản, khoảng cách giữa chúng và loại chất điện môi ngăn cách chúng, hằng số điện môi của nó. Sứ có hằng số điện môi lớn hơn giấy nên khi thay giấy bằng sứ trong tụ điện, dòng điện trong mạch tăng lên, mặc dù sứ cách điện tốt hơn giấy.
Độ lớn của dòng điện cũng phụ thuộc vào tần số của nó. Tần số càng cao thì dòng điện sẽ càng lớn. Thật dễ hiểu tại sao điều này xảy ra bằng cách tưởng tượng rằng chúng ta đổ đầy nước vào một thùng chứa có dung tích 1 lít qua một ống rồi bơm nó ra từ đó. Nếu quá trình này được lặp lại một lần mỗi giây thì 2 lít nước sẽ chảy qua ống trong mỗi giây: 1 lít theo một hướng và 1 lít theo chiều ngược lại. Nhưng nếu chúng ta tăng gấp đôi tần suất của quá trình: chúng ta đổ đầy và đổ rỗng bình 2 lần mỗi giây, thì 4 lít nước sẽ chảy qua ống mỗi giây - làm tăng tần suất của quá trình với cùng dung tích của bình dẫn đến một lượng nước chảy qua ống tăng tương ứng.
Từ tất cả những điều đã nói, có thể rút ra kết luận sau: dòng điện - không một chiều cũng không xoay chiều - không đi qua tụ điện. Nhưng trong mạch nối nguồn xoay chiều với tụ điện, dòng điện tích và phóng điện của tụ điện này chảy qua. Điện dung của tụ càng lớn và tần số của dòng điện càng cao thì dòng điện này sẽ càng mạnh.
Đặc tính này của dòng điện xoay chiều được sử dụng cực kỳ rộng rãi trong kỹ thuật vô tuyến. Sự phát xạ của sóng vô tuyến cũng dựa trên nó. Để làm điều này, chúng tôi kích thích dòng điện xoay chiều tần số cao trong ăng-ten phát. Nhưng tại sao dòng điện lại chạy trong ăng-ten vì nó không phải là mạch kín? Nó chảy vì có điện dung giữa ăng-ten và dây đối trọng hoặc mặt đất. Dòng điện trong anten tượng trưng cho dòng điện tích và dòng phóng điện của tụ điện này, tụ điện này.
