Конденсатор на змінному струмі
Ємність
Основною технічною характеристикою конденсатора є його електроємність С (ще його номінальна (робоча напруга)). Ємність вимірюється в фарадах (Ф) або мікрофарадах (мкФ).
Ємність залежить від розміру, форми, властивостей діелектрика: [Ф], де
e а – абсолютна діелектрична проникливість середовища між пластинами конденсатора [Ф/м];
S – площа однієї пластини [м2];
d – відстань між пластинами [м].
Ємність С і напруга U між пластинами визначають величину його заряду – q = CU.
Коли напруга і заряд збільшується конденсатор заряджається, в колі виникає зарядний струм. Коли напруга і заряд зменшуються, в колі відповідно виникає струм розряду. Отже при змінній напрузі в колі з конденсатором проходить струм, рівний швидкості зміни заряду на пластинах конденсатора: I = dq / dt = C×du / dt.
При підключенні до конденсатора змінної синусоїдальної напруги u = Um sin wt в колі з конденсатором виникає струм
де
.
Останній вираз є виразом закону Ома для кола з ємністю. В аргументі синусу (+90°) свідчить, що в колі з ємністю струм випереджає за фазою напругу на 90°.
Струм досягає максимального значення в ті моменти часу, коли напруга дорівнює нулю. При максимальній напрузі струм припиняється (=0).
Можливі векторні діаграми:
Значення 1/(wС) має розмірність опору (Ом) і називається реактивним опором ємності або ємнісним опором (позначається ХС) .
Якщо ємність конденсатора виразити в мікрофарадах, то реактивний ємкісний опір . Для постійного струму, коли f = 0, ХС = ¥.
Потужність, що споживає конденсатор, визначається аналогічно потужності індуктивності. Отже в конденсаторі здійснюється періодичний обмін енергією між зовнішнім джерелом і електричним полем. Середня (активна) потужність дорівнює нулю.
Для кількісної оцінки інтенсивності обміну електричною енергією між джерелом і конденсатором введене поняття реактивної потужності QС = UI = I2 XС.