capacitor AC

Vamos montar o circuito com capacitor, onde o alternador gera uma tensão senoidal. Vamos analisar sequencialmente o que acontecerá no circuito quando fecharmos a chave. Vamos considerar o momento inicial quando a tensão do gerador é igual a zero.

Durante o primeiro trimestre do período, a tensão nos terminais do gerador aumentará, começando do zero, e o capacitor começará a carregar. Uma corrente aparecerá no circuito, porém, no primeiro momento de carga do capacitor, apesar de a tensão em suas placas ter acabado de aparecer e ainda ser muito pequena, a corrente no circuito (corrente de carga) será a maior . À medida que a carga no capacitor aumenta, a corrente no circuito diminui e chega a zero no momento em que o capacitor está totalmente carregado. Nesse caso, a tensão nas placas do capacitor, seguindo rigorosamente a tensão do gerador, torna-se neste momento máxima, mas com sinal contrário, ou seja, é direcionada para a tensão do gerador.

Arroz. 1. Mudança de corrente e tensão em um circuito com capacitância

Dessa forma, a corrente corre com a maior força para o capacitor gratuitamente, mas imediatamente começa a diminuir quando as placas do capacitor são preenchidas com cargas e caem a zero, carregando-o totalmente.

Comparemos este fenómeno com o que acontece com o escoamento da água num tubo que liga dois vasos comunicantes (Fig. 2), um dos quais está cheio e o outro vazio. Basta pressionar a válvula que bloqueia o caminho da água, pois a água imediatamente corre do vaso esquerdo sob grande pressão através do tubo para o vaso direito vazio. Imediatamente, porém, a pressão da água na tubulação começará a diminuir gradativamente devido à equalização dos níveis nos vasos e cairá para zero. O fluxo de água irá parar.

Arroz. 2. A mudança na pressão da água no tubo que conecta os vasos de comunicação é semelhante à mudança na corrente no circuito durante o carregamento do capacitor

Da mesma forma, a corrente primeiro corre para um capacitor descarregado e depois enfraquece gradualmente à medida que carrega.

Quando o segundo trimestre do período começa, quando a tensão do gerador inicialmente começa lentamente e depois diminui cada vez mais rapidamente, o capacitor carregado descarregará no gerador, causando uma corrente de descarga no circuito. À medida que a tensão do gerador diminui, o capacitor descarrega cada vez mais e a corrente de descarga no circuito aumenta. A direção da corrente de descarga neste trimestre do período é oposta à direção da corrente de carga no primeiro trimestre do período. Consequentemente, a curva atual que ultrapassou o valor zero agora está localizada abaixo do eixo do tempo.

No final do primeiro meio ciclo, a tensão do gerador, assim como a tensão do capacitor, aproxima-se rapidamente de zero e a corrente do circuito atinge lentamente seu valor máximo. Dado que o valor da corrente no circuito é maior, quanto maior o valor da carga transportada no circuito, ficará claro por que a corrente atinge seu máximo quando a tensão nas placas do capacitor e, portanto, a carga no capacitor, diminui rapidamente.

Com o início do terceiro quarto do período, o capacitor começa a carregar novamente, mas a polaridade de suas placas, assim como a polaridade do gerador, muda "e vice-versa, e a corrente, continuando a fluir no mesmo direção, começa a diminuir à medida que o capacitor carrega. No final do terceiro quarto do período, quando as tensões do gerador e do capacitor atingem seu máximo, a corrente vai a zero.

Durante o último quarto do período, a tensão, diminuindo, cai a zero, e a corrente, tendo mudado de direção no circuito, atinge seu valor máximo. Aqui termina o período, após o qual começa o próximo, repetindo exatamente o anterior, e assim por diante.

Assim, sob a ação da tensão alternada do gerador, o capacitor é carregado duas vezes durante o período (primeiro e terceiro trimestre do período) e descarregado duas vezes (segundo e quarto trimestre do período). Mas desde que eles se alternam um por um cargas e descargas de capacitores acompanhado cada vez pela passagem da corrente de carga e descarga através do circuito, então podemos concluir que corrente alternada.

Você pode verificar isso no seguinte experimento simples. Conecte um capacitor de 4-6 microfarad à rede elétrica por meio de uma lâmpada de 25 W.A luz acenderá e não apagará até que o circuito seja interrompido. Isso sugere que uma corrente alternada passou pelo circuito com a capacitância. Obviamente, ele não passa pelo dielétrico do capacitor, mas a qualquer momento representa uma corrente de carga ou uma corrente de descarga do capacitor.

Como sabemos, o dielétrico é polarizado sob a ação de um campo elétrico que surge quando o capacitor é carregado e sua polarização desaparece quando o capacitor é descarregado.

Nesse caso, o dielétrico com a corrente de deslocamento que surge nele serve para a corrente alternada como uma espécie de continuação do circuito, e para a constante ele interrompe o circuito. Mas a corrente de deslocamento é formada apenas dentro do dielétrico do capacitor e, portanto, a transferência de cargas ao longo do circuito não ocorre.

A resistência oferecida por um capacitor CA depende do valor da capacitância do capacitor e da frequência da corrente.

Quanto maior a capacidade do capacitor, maior a carga no circuito durante a carga e descarga do capacitor e, consequentemente, maior a corrente no circuito. Um aumento na corrente no circuito indica que sua resistência diminuiu.

Portanto, à medida que a capacitância aumenta, a resistência do circuito à corrente alternada diminui.

está crescendo frequência atual aumenta a quantidade de carga transportada no circuito porque a carga (assim como a descarga) do capacitor deve ocorrer mais rapidamente do que em baixa frequência. Ao mesmo tempo, um aumento na quantidade de carga transferida por unidade de tempo equivale a um aumento da corrente no circuito e, portanto, a uma diminuição de sua resistência.

Se de alguma forma reduzirmos gradualmente a frequência da corrente alternada e reduzirmos a corrente para corrente contínua, a resistência do capacitor incluído no circuito aumentará gradualmente e se tornará infinitamente grande (quebrando o circuito) até aparecer em circuito de corrente constante.

Portanto, à medida que a frequência aumenta, a resistência do capacitor à corrente alternada diminui.

Assim como a resistência de uma bobina a uma corrente alternada é chamada de indutiva, a resistência de um capacitor é chamada de capacitiva.

Portanto, a resistência capacitiva é maior, menor a capacidade do circuito e a frequência da corrente que o alimenta.

A resistência capacitiva é denotada como Xc e é medida em ohms.

A dependência da resistência capacitiva da frequência da corrente e da capacidade do circuito é determinada pela fórmula Xc = 1 /ωC, onde ω é uma frequência circular igual ao produto de 2πe, C é a capacidade do circuito em farads.

A resistência capacitiva, como a resistência indutiva, tem natureza reativa, pois o capacitor não consome a energia da fonte de corrente.

Fórmula lei de ohm para um circuito capacitivo tem a forma I = U / Xc, onde I e U — valores efetivos de corrente e tensão; Xc é a resistência capacitiva do circuito.

A propriedade dos capacitores de fornecer alta resistência a correntes de baixa frequência e passar facilmente correntes de alta frequência é amplamente utilizada em circuitos de equipamentos de comunicação.

Com a ajuda de capacitores, por exemplo, consegue-se a separação de correntes constantes e correntes de baixa frequência das correntes de alta frequência, necessárias para a operação dos circuitos.

Se for necessário bloquear o caminho da corrente de baixa frequência na parte de alta frequência do circuito, um pequeno capacitor é conectado em série. Oferece grande resistência à corrente de baixa frequência e, ao mesmo tempo, passa facilmente a corrente de alta frequência.

Se for necessário evitar corrente de alta frequência, por exemplo, no circuito de alimentação da estação de rádio, é utilizado um capacitor de grande capacidade, conectado em paralelo com a fonte de corrente. Nesse caso, a corrente de alta frequência passa pelo capacitor, contornando o circuito de alimentação da estação de rádio.

Resistência ativa e capacitor no circuito AC

Na prática, os casos são freqüentemente observados quando em um circuito em série com uma capacitância resistência ativa está incluída. A resistência total do circuito, neste caso, é determinada pela fórmula

Portanto, a resistência total de um circuito que consiste em resistência CA ativa e capacitiva é igual à raiz quadrada da soma dos quadrados das resistências ativa e capacitiva desse circuito.

A lei de Ohm também permanece válida para este circuito I = U / Z.

Na fig. 3 mostra as curvas que caracterizam a relação de fase entre corrente e tensão em um circuito contendo resistência capacitiva e ativa.

Arroz. 3. Corrente, tensão e potência em um circuito com capacitor e resistência ativa

Como pode ser visto na figura, a corrente neste caso aumenta a tensão não em um quarto de período, mas em menos, pois a resistência ativa viola a natureza puramente capacitiva (reativa) do circuito, conforme evidenciado pela fase reduzida mudança. Já a tensão nos terminais do circuito é definida como a soma de duas componentes: a componente reativa da tensão tiva, vai vencer a resistência capacitiva do circuito e a componente ativa da tensão, vencendo sua resistência ativa.

Quanto maior a resistência ativa do circuito, menor o deslocamento de fase entre a corrente e a tensão.

A curva da variação de potência no circuito (ver Fig. 3) duas vezes durante o período adquiriu sinal negativo, o que, como já sabemos, é consequência da natureza reativa do circuito. Quanto menos reativo for o circuito, menor será a mudança de fase entre a corrente e a tensão e mais corrente a fonte de alimentação esse circuito consumirá.

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