Параллельноесоединениеконденсаторов

В§2.4былосказано,чтоприпоследовательномсоединенииконденсаторовихэквивалентнаяемкостьуменьшается,аобщеедопустимоерабочеенапряжениеувеличивается.Так,цепьспосле­довательнымсоединениемтрехконденсаторовсодинаковойемкостью3мкФидопустимымрабочимнапряжением200Вможнозаменитьоднимконденсаторомемкостью1мкФидопустимымрабочимнапряжением600В.

Напрактикечастотребуетсяувеличитьнедопустимоерабочеенапряжение,аэквивалентнуюемкость,длячегоконденсаторысоединяютпараллельно(рис.2.5).Приэтомихподключаюткоднимитемжезажимам—полюсамисточникаэнергии.Следо­вательно,онинаходятсяпододнимнапряжением,т.е .

Зарядынаобкладкахотдельныхконденсаторовпрямопро­порциональныихемкости:

(2.12)

Общийзарядравенсуммезарядовнаотдельныхконденса­торах:

.       (2.13)

Эквивалентнаяемкостьтрехпараллельносоединенныхконденсаторов

(2.14)

Такимобразом,припараллельномсоеди­ненииконденсаторовэквивалентнаяемкостьравнасуммеемкостейотдельныхконденсатторов.

Этообъясняетсятем,чтоприпараллель­номсоединениикакбыувеличиваетсяобщаяповерхностькаждойизразноименнозаря­женныхпластин.

 

Смешанноесоединениеконденсаторов

Определениеэквивалентнойемкости. Нарис.2.6,апоказанаоднаизвозможныхсхемсмешанногосоединенияконденсаторов(последовательногоипараллельного).Поэтомуприрасчететакихэлектростатическихцепейпользуютсяформуламидляпоследовательногоипараллельногосоединенияконденсаторов.

 

 

2.Электрическийзарядинапряжениеконденсаторов

.

ТакойжезарядбудетнаконденсаторахемкостьюС₁иС_2-5,т.еQ₁=Q_2-5=200∙10^-6Кл

Учитываяэтоииспользуя,находимнапряжение

 

 

 

 

НапряжениенаконденсаторахемкостьюС₂₃(рис.2.6,б)равнонапряжениюнаконденсаторахемкостьюС₄₅:U₂₃=U₄₅=66,7В.

Значит,зарядQ₂₃=C₂₃U₂₃=1∙10^-6∙66,7=66,7∙10^-6Кл

 

КонденсаторыС₂иС₃соединеныпоследовательно.Поэтомуониимеютодинаковыйзаряд:Q₂=Q₃=Q₂₃=66,7∙10^-6Кл

АналогичноэтомуконденсаторыС₄иС₅имеютодинаковыезаряды:Q₄=Q₅=Q₄₅=133,4•10^-6Кл.

НаходимнапряженияU₂,U₃,U₄,U₅поизвестнымзначе­ниямэлектрическихзарядовиемкости:

 

 

 

 

 

 

Глава3

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙТОК,СОПРОТИВЛЕНИЕ,

РАБОТАИМОЩНОСТЬ

Электрическийток

Направлениеисилаэлектрическоготока.В§1.6говори­лось,чтоэлектростатическоеполе(поленеподвижныхзаряжен­ныхтел)внутрипроводникасуществоватьнеможет.

Дляподдержаниявпроводникеэлектрическогополякнемунужноподключитьисточникэлектрическойэнергии.Поддейст­виемсилполяэлектрическизаряженныечастицыпроводникаприобретаютупорядоченноедвижениевдольлинийнапряженно­стиполя.

Направленноедвижениесвободныхзаряженныхчастицвпро­водникеподдействиемэлектрическогополяназываетсяэлект­рическимтокомпроводимости.Впроводникахпервогорода(металлы)токобразуетсясвободнымиэлектронами,поэтомуэлектропроводностьихназываетсяэлектронной.Впроводникахвторогорода(расплавленныесоли,раство­рыкислот,щелочей,солей)носителямито­ка,заряженнымичастицами,являютсяионы.

 

Нарис.3.1напряжениеUподведенокдвумэлектродам,опущеннымвэлектро­лит.Вэтомслучае,силыэлектрическогополябудутперемещатьионыэлектролита.Поэтомуэлектрическийтоквпроводникахвторогородасопровождаетсяхимическимиизменениямиипереносомвещества(явле­ниеэлектролиза).

Условнопринятосчитать,чтоэлектрическийтокнаправленвсторонудвиженияположительнозаряженныхчастиц,т.е.про­тивоположнодвижениюэлектроновилиотрицательныхионов.

Интенсивностьэлектрическоготокаоцениваетсяфизическойвеличиной,называемойсилойэлектрическоготока(илитоком).Силатокавкаком-либопроводникеравназаряду,проходящемузаединицувременичерезпоперечноесечениепроводника.ЕслиQ—заряд,прошедшийчерезсечениепроводниказавре­мяt,тосилапостоянноготока

. (3.1)

Постоянныйтокширокоиспользуетсянатранспорте,наэлектрифицированныхжелезныхдорогах,вустройствахавтома­тики,связи,промышленнойэлектроникиивычислительнойтехники.

Изменяющийсястечениемвременитокназываетсяперемен­нымиобозначается i.

Еслизабесконечномалыйпромежутоквремениdtчерезпо­перечноесечениепроводникапроходитбесконечномалыйзарядdQ,тосилапеременноготока

       (3.2)

2.Единицыэлектрическоготока. ВСИзарядвыражаетсявкулонах(Кл),авремя—всекундах(с).Единицейсилытокаявляетсякулоннасекунду(Кл/с)илиампер(А).Притоке1Ачерезпоперечноесечениепроводникапроходитзаряд1Клзавремя1с.Болеекрупнойединицейтокаявляетсякилоампер(кА):1кА=10³А,аболеемелкими—миллиампер(мА):1мА=10^-3А—имикроампер(мкА):1мкА=10^-6А.

Впрактикевстречаютсятокиотдесятковкилоампердодо­леймикроампер.Токнаиболеераспространенныхлампнакали­вания0,2—1А,электрическойплитки3—5А,электродвигателейсреднеймощности5—25А.

3.Токвразличныхсеченияхнеразветвленногопроводника. Из(3.1)можноопределитьколичествоэлектричества(заряд),котороеперемещаетсяпопроводникузавремяt: Напри­мер,припостоянномтокеI=0,5Азаt=3минчерезлюбоепоперечноесечениепроводникапроходитзаряд .Внекоторыхслучаях,количествоэлектричествавыражаютболеекрупнойединицей,называемойампер-часом(А∙ч):1А∙ч=3600Кл.

 

Рис.3.2

Нарис.3.2показаннеразветвленныйпроводниксразнымисечениямиS₁иS₂.Пустьпопервомусечениюпроходитпостоянныйток I =10А.

Значит,закаждуюсекундучерезэтосечениеперемещаетсязарядQ=10Кл.Еслидопустить,чтоповторомусечениюпроводниказа1сбудетпроходитьдругойзаряд(азначит,идругойток),товобъемепроводникамеждусечениямиS₁иS₂долженнакапливатьсяположительныйилиотрицательныйзаряд.Нотогдаизменялосьбыиэлектрическоеполевнутрипроводникаитокнемогбыоставатьсяпостоянным.Следовательно,поразличнымсечениямнеразветвленногопро­водникапроходиттокодинаковогозначения.

4.Плотностьэлектрическоготока. Отношениетока I кпло­щадипоперечногосеченияпроводникаSназываетсяплотно­стьютокаиобозначаетсяб.Единицаплотноститока[б]=А/м²,врасчетахплотностьтокавыражаетсяивА/мм².

ЕслипринятьS₁=10мм²,S₂=5мм²(рис.3.2),топритокеI=10Аплотноститокабудутравны

Такимобразом, впроводахразногосеченияприодномитомжетокеплотностьтокаобратнопропорциональнаплощадипоперечногосечения.

Оналичиитокавцепиможносудитьпоследующимпризна­кам:1)нагреваниепроводниковтоком(тепловоедействието­ка);2)образованиевокругпроводникастокоммагнитногополя(магнитноедействиетока);3)разложениеэлектролита,покоторомупроходитток,насоставныехимическиеэлементы(химическоедействиетока).