Co se stane, když jsou kondenzátory zapojeny do série?

Ukažme si tato zapojení na příkladu dvou kondenzátorů (obr. 1).

Rýže. 1. Sériové zapojení kondenzátorů

Logické nabíjení kondenzátorů probíhá tak, jak je znázorněno na obr. 1. Elektron vycházející z obvodu se zastaví na levé desce (desce) kondenzátoru. Zároveň díky svému elektrickému poli (elektrifikace vlivem) vyrazí z pravé desky další elektron, který jde dále do obvodu (obr. 1.1). Tento výsledný elektron jde na levou desku dalšího kondenzátoru zapojeného do série. A vše se znovu opakuje. V důsledku „průchodu“ „jednoho“ elektronu sériovým řetězcem kondenzátorů tak získáme nabitý systém s náboji stejné hodnoty na každém z kondenzátorů (obr. 1.2).

Kromě toho je napětí na sériově zapojené řadě kondenzátorů součtem napětí na každém z prvků (analogicky k sériovému odporu vodičů).

Rýže. 2. Sériové zapojení kondenzátorů

Část problémů školní fyziky se týká hledání celkové elektrické kapacity úseku obvodu, logiku takového hledání: najděte elektrickou kapacitu, kterou lze nahradit obvod tak, aby parametry napětí a nabíjení zůstaly nezměněny (obr. 2). Nechť náboj na obou kondenzátorech je (nezapomeňte, že jsou stejné), elektrické kapacity jsou , a odpovídající napětí jsou a .

• kde
  • – napětí na prvním kondenzátoru,
  • – elektrická kapacita prvního kondenzátoru,
  • – nabíjení kondenzátoru.
  • kde
    • – napětí na druhém kondenzátoru,
    • – elektrická kapacita druhého kondenzátoru,
    • – nabíjení kondenzátoru.
    • kde
      • – plné napětí obvodu,
      • – elektrická kapacita společného kondenzátoru,
      • – nabíjení společného kondenzátoru.

      S ohledem na to, že kondenzátory jsou zapojeny do série, dostaneme:

      • kde
        • – elektrická kapacita sériově zapojených kondenzátorů,
        • – součet vratných kapacit.

        Pro obvod dvou sériových připojení:

        Rýže. 3. Paralelní zapojení kondenzátorů

        Paralelní zapojení kondenzátorů je na obrázku 3. Při zavádění elektronu do systému má na výběr, zda půjde na horní nebo spodní kondenzátor. Při velkém počtu elektronů dochází k plnění desek kondenzátoru přímo úměrně elektrické kapacitě kondenzátorů.

        Rýže. 4. Paralelní zapojení kondenzátorů. Vyhledejte celkovou elektrickou kapacitu

        Zkusme znovu vyřešit problém zjištění celkové kapacity kondenzátorů (obr. 4). Pamatujeme si, že při paralelním zapojení jsou napětí na prvcích stejná, pak:

        • kde
          • – nabijte první kondenzátor,
          • – elektrická kapacita prvního kondenzátoru,
          • — napětí na prvním kondenzátoru.
          • kde
            • – nabijte druhý kondenzátor,
            • – elektrická kapacita druhého kondenzátoru,
            • — napětí na druhém kondenzátoru.
            • kde
              • – nabíjení na společném kondenzátoru,
              • – elektrická kapacita plného kondenzátoru,
              • – napětí na společném kondenzátoru.

              Když to vezmeme v úvahu, dostaneme:

              • kde
                • – elektrická kapacita paralelně zapojených kondenzátorů,
                • – součet elektrických kapacit sériově zapojeného obvodu.

                Závěr: v problémech, ve kterých je přítomen obvod, je nutné zvážit, které konkrétní zapojení je zvažováno, a poté použít vhodnou logiku uvažování:

                Obvody jakékoli složitosti v elektrotechnice mohou být reprezentovány jako mnoho vazeb spojených uzly. Jednotlivé články a prvky lze zapojit do série nebo paralelně. Zvažme vlastnosti paralelního a sériového připojení kondenzátorů.

                Sériové a paralelní připojení

                Spojení dvou dvousvorkových částí v elektrickém obvodu lze provést dvěma způsoby.

                Nejprve můžete díly spojit jedním pinem a zbývající volné piny připojit k obvodu. Toto zapojení se nazývá sériové.

                Za druhé, můžete připojit oba vodiče obou částí a připojit spojovací body k vedení. Toto zapojení se nazývá paralelní.

                Do sériového nebo paralelního zapojení lze zapojit více než dvě části. V prvním případě jsou díly spojeny v „řetězci“. V druhém případě jsou všechny části spojeny stejnojmennými kolíky a k obvodu jsou připojeny dva spojovací body.

                Většina elektrických obvodů je rozdělena do řady sériových a paralelních obvodů. I když tomu tak není (když jsou uzly nebo součástky s lichým počtem pinů), obvod má stále obvykle mnoho sekcí zapojených sériově a paralelně.

                Rýže. 1. Příklad schématu zapojení.

                Kapacita připojených kondenzátorů

                Všimněte si, že bez ohledu na to, jak jsou kondenzátory připojeny, pokud v uvažovaném zapojení nejsou žádné další prvky, může taková část obvodu pouze akumulovat a uvolňovat náboj. Žádné další elektrické přestavby zde nejsou. To znamená, že z hlediska vnějšího obvodu několik kondenzátorů představuje také kondenzátor určité kapacity. Tato kapacita se však bude samozřejmě lišit od kapacity kondenzátorů součástek. Rozdílné budou i vzorce pro sériové a paralelní zapojení kondenzátorů.

                Kapacita paralelního zapojení kondenzátorů se zjistí podle vzorce:

                Kapacita sériového zapojení kondenzátorů se zjistí podle vzorce:

                Není těžké si zapamatovat samotné vzorce: v obou případech se výsledek rovná součtu složek. Rozdíl je v tom, že v prvním případě jsou složkami a výsledkem vzorce samotné nádoby. A pro druhý případ jsou to reciproční veličiny.

                Můžete si zapamatovat, kde se který vzorec používá, s ohledem na dva body:

                • kapacita charakterizuje snadnost nabíjení kondenzátoru;
                • při pravidelném součtu se výsledek zvětší, ale při sečtení reciprokých veličin bude výsledek menší.

                Nyní zbývá představit si, jak je celkový náboj distribuován přes paralelní a sériové připojení.

                Pokud jsou kondenzátory zapojeny paralelně, odpovídá to zvětšení plochy jejich desek. Větší desky „pojmou“ více elektronů, je snazší je nabít a kapacita bude větší. Vzorec platí pro součet kapacit.

                Rýže. 2. Paralelní zapojení kondenzátorů.

                Pokud jsou kondenzátory zapojeny do série, pak pro nabíjení každého kondenzátoru je nutné překonat napětí, které je přítomno na všech ostatních kondenzátorech (jsou také nabité), a jak se náboj zvyšuje, toto napětí se zvyšuje. V důsledku toho se sériové kondenzátory obtížněji nabíjejí a kapacita bude menší. Vzorec platí s inverzními hodnotami kapacity.

                Rýže. 3. Sériové zapojení kondenzátorů.

                Vzorce pro sériové a paralelní připojení kondenzátorů jsou podobné vzorcům pro celkový odpor pro připojení odporů, ale používají se „obrácené“: pro odpory se vzorec se součtem hodnot používá v sérii spojení a vzorec se součtem vzájemných hodnot se používá v paralelním zapojení.

                co jsme se naučili?

                Kondenzátory mohou být zapojeny sériově nebo paralelně. V obou případech z pohledu vnějšího obvodu bude výsledkem nějaká elektrická kapacita. Jeho hodnota je rovna součtu kapacit pro paralelní zapojení. Pokud je zapojení v sérii, pak se převrácená hodnota celkové kapacity bude rovnat součtu převrácených hodnot jednotlivých kapacit.

                ČTĚTE VÍCE

                Jak kontaktní tlak ovlivňuje kontaktní odpor?