Конденсатор имеет определенную емкость. Если требуемая емкость недоступна, можно соединить два или более конденсаторов, чтобы получить необходимую емкость. Для правильного соединения конденсаторов необходимо досконально понимать принцип работы конденсаторных цепей.
Прежде чем изучать цепи с конденсаторами, сначала разберитесь с их обозначениями.
Далее. Две вертикальные линии на символе конденсатора представляют два проводника в параллельно-пластинчатом конденсаторе. На символе батареи более длинная вертикальная линия представляет высокий потенциал (+), а более короткая — низкий потенциал (-). Горизонтальные линии как на символе конденсатора, так и на символе батареи представляют провода.
Последовательная цепь
Два конденсатора, соединенные, как показано слева, называются конденсаторами, соединенными последовательно. На изображении справа показан заменяющий конденсатор с емкостью, равной емкости двух конденсаторов, соединенных последовательно.
Изначально оба конденсатора не заряжены. После подключения к батарее верхняя пластина конденсатора С1 Конденсатор, подключенный к положительному полюсу батареи, становится положительно заряженным, поскольку электроны выходят из него и нижней пластины конденсатора C.2 Конденсатор, подключенный к отрицательному полюсу батареи, заряжается отрицательно за счет электронов, которые он получает. Отрицательно заряженные электроны движутся, поскольку они притягиваются к положительно заряженному полюсу батареи. Затем эти электроны отталкиваются отрицательно заряженным полюсом батареи в сторону нижней пластины конденсатора С.2Верхняя пластина конденсатора С.1 Положительно заряженная пластина притягивает электроны с верхней пластины конденсатора С.2 чтобы электроны двигались к нижней пластине конденсатора С.1В результате нижняя пластина конденсатора С1 становится отрицательно заряженным, и верхняя пластина конденсатора С2 становятся положительно заряженными.
Отрицательный заряд выходит из верхней пластины конденсатора С.1 такое же количество, как и отрицательный заряд, поступающий на нижнюю пластину конденсатора С.2 и верхняя пластина конденсатора С1 Получает положительный заряд, равный по величине отрицательному заряду, который от него отходит. Аналогично, отрицательный заряд на нижней пластине конденсатора C1 это то же самое, что и положительный заряд на верхней пластине конденсатора С.2Таким образом, каждая пластина проводника имеет одинаковое количество заряда, но знак заряда различен, например, на верхней пластине конденсатора C.1 Нижний вывод конденсатора C заряжен +Q.1 заряженная -Q, верхняя пластина конденсатора C2 заряженный +Q и нижняя пластина конденсатора C2 Заряженный -Q. В последовательной цепи величина электрического заряда на конденсаторе C.1 (Q1) = сумма электрический заряд на конденсаторе С2 (Q2) = Q.
А что насчет электрического потенциала? В последовательной цепи электрический потенциал на заменяемом конденсаторе равен электрическому потенциалу на каждом из конденсаторов, V = V.1 + V2. Электрический потенциал на конденсаторе С1 V1 = Q/C1электрический потенциал на конденсаторе C2 V2 = Q/C2 а электрический потенциал на заменяющем конденсаторе равен V = Q/C.
В = В1 + V2
Q/C = Q/C1 + вопрос/ответ2
Q/C = Q (1/C1 + 1/С2)
1/C = 1/C1 + 1/С2
Если последовательно соединены три конденсатора, приведенная выше формула изменится следующим образом:
1/C = 1/C1 + 1/С2 + 1/С3
Если конденсаторов четыре, то добавьте 1/C.4Аналогично, если имеется пять конденсаторов, и так далее. Это формула для определения емкости заменяющего конденсатора для конденсаторов, соединенных последовательно.
Предположим, С1 равно 2 и C2 Если n = 1, то емкость заменяющего конденсатора равна:
1/C = 1/C1 + 1/С2 = 1/2 + 1/1 = 1/2 + 2/2 = 3/2
C/1 = C = 2/3
На основании этих расчетов можно сделать вывод, что емкость заменяющего конденсатора меньше емкости каждого из конденсаторов, соединенных последовательно.
Параллельная схема
Два конденсатора, соединенные, как показано слева, называются параллельно соединенными конденсаторами. На изображении справа показан эквивалентный конденсатор с емкостью, равной емкости двух параллельно соединенных конденсаторов.
Верхняя пластина конденсатора С1 Дэн С2 Подключенная к положительному полюсу батареи, эта две пластины имеют высокий электрический потенциал. При этом нижняя пластина конденсатора С1 Дэн С2 Конденсаторы, подключенные параллельно к отрицательному полюсу батареи, имеют низкий электрический потенциал. Таким образом, можно заключить, что каждый параллельно подключенный конденсатор имеет ту же разность потенциалов, что и разность потенциалов батареи (В).1 V =2 = V).
Когда два параллельно соединенных конденсатора подключены к батарее, положительный полюс батареи притягивает электроны к верхней пластине, а отрицательный полюс батареи отталкивает электроны к нижней пластине, заставляя электроны перемещаться с верхней пластины на нижнюю. Две верхние пластины теряют электроны, становясь положительно заряженными, а две нижние пластины приобретают электроны, становясь отрицательно заряженными. Перенос электронов прекращается, как только разность потенциалов между двумя проводящими пластинами становится равной разности потенциалов батареи.
Верхняя пластина конденсатора С1 и нижняя пластина конденсатора С1 Они обладают одинаковым электрическим зарядом, но имеют противоположные знаки. Аналогично, верхняя пластина конденсатора C.2 и нижняя пластина конденсатора С2 Конденсатор C хранит электрический заряд той же величины, но с противоположным знаком. Если электрический заряд, хранящийся в конденсаторе C,1 Q1 и электрический заряд, накопленный в конденсаторе С.2 Q2 Тогда количество электрического заряда, накопленного в двух конденсаторах, соединенных параллельно, равно Q = Q1 + Q2Таким образом, суммарный электрический заряд на параллельно соединенных конденсаторах равен сумме зарядов на каждом из них.
Величина электрического заряда на каждом параллельно соединенном конденсаторе рассчитывается по уравнению Q.1 = C1 ΔV и Q2 = C2 ΔV, в то время как величина электрического заряда на заменяющем конденсаторе рассчитывается по уравнению Q = C ΔV, где Q — электрический заряд, C — емкость, а ΔV — разность электрических потенциалов. Уравнение Q = Q1 + Q2 Переформулировано путем замены Q:
К = К1 + Q2
C ΔV = C1 ΔV + C2 ΔВ
C ΔV = ΔV (C1 + C2)
С = С1 + C2
Разность потенциалов ΔV одинакова и, следовательно, исключается из уравнения.
Если три конденсатора соединены параллельно, приведенная выше формула изменится следующим образом:
С = С1 + C2 + C3
Если имеется четыре конденсатора, то добавляется C.4Аналогично, если имеется пять конденсаторов, и так далее. Это формула для определения емкости заменяющего конденсатора для конденсаторов, соединенных параллельно.
Предположим, С1 равно 2 и C2 Если n = 1, то емкость заменяющего конденсатора равна:
С = С1 + C2 = 2 + 1 = 3
На основании этих расчетов можно сделать вывод, что емкость заменяющего конденсатора превышает емкость каждого из конденсаторов, соединенных параллельно.