Всё о реактивном сопротивлении конденсатора

Сопротивление конденсатора или емкости (емкостное сопротивление) — это мера противодействия изменению тока в этом компоненте. Согласно определению, электросопротивление характеризует противодействие электрической цепи в целом или отдельного ее компонента электротоку.

Конструктивные особенности конденсатора

В отличие от омического сопротивления, вызывающего безвозвратные потери энергии в цепи, при использовании идеальной емкости потерь электрической энергии нет. Конструктивно конденсатор — это две токопроводящие обкладки, разделенные слоем непроводящего диэлектрика. Из чего следует, что компонент не пропускает постоянный ток. Конструкция конденсатора предполагает бесконечное его сопротивление.

Как проверить конденсатор омметром

Существует простой экспериментальный способ проверки целостности конденсатора омметром. При подключении к щупам омметра (самая простая схема которого — включенные последовательно элемент питания, резистор и чувствительный микроамперметр) исправного компонента стрелка прибора резко отклоняется (определяется емкостью конденсатора), после чего возвращается к началу шкалы.

Если «бесконечное» сопротивление связано с изолирующими свойствами диэлектрика, бросок показаний можно объяснить лишь кратковременным протеканием тока через конденсатор при подключении его к источнику напряжения. При полной зарядке идеального конденсатора до напряжения элемента питания прохождение тока через него прекращается.

Как добиться протекания электротока через конденсатор

Чтобы добиться протекания электротока через конденсатор в противоположном направлении, достаточно переполюсовать источник напряжения. Отсюда логический вывод — при постоянном изменении на выводах конденсатора полярности источника питания ток через конденсатор будет непрерывным, что можно интерпретировать как оказание им некоторого конечного сопротивления протекающему через него току.

При переполюсовке источника напряжения на конденсатор, по сути, подается переменное напряжение прямоугольной формы. При этом форма тока через компонент не повторяет форму напряжения на нем. И лишь при подаче переменного синусоидального напряжения через конденсатор протекает переменный синусоидальный ток.

Реактивное сопротивление конденсатора

Воспользовавшись законом Ома, можно приписать конденсатору определенное электрическое «сопротивление». Этот параметр может быть рассчитан как результат деления напряжения на компоненте к току через него. Но в отличие от резистора, где переменный ток совпадает по фазе с напряжением, емкостный ток в конденсаторе опережает напряжение на 90 градусов.

Чем чаще меняется полярность переменного напряжения на конденсаторе (чем выше его частота), тем больше протекающий ток. Из этого следует, что емкостное или реактивное сопротивление конденсатора обратно пропорционально частоте тока.

Исходя из математических соображений, разнице фаз между током и напряжением в 90 градусов соответствует мнимое сопротивление. Отсюда выводится формула, с помощью которой можно найти емкостное сопротивление конденсатора:

Иногда для емкостного сопротивления конденсатора используют положительное число, равное 1/(2πfC). Этого достаточно для вычисления тока через компонент при приложении к нему определенного переменного напряжения и решения обратной задачи. Расчет экспериментально определяемого реактивного сопротивления конденсатора осуществляется по напряжению на нем и току через него.

Но при включении конденсатора в сложную электрическую цепь (с резисторами и индуктивностями) не следует забывать о том, что в общем виде его сопротивление мнимое. Используя математические формализмы (действия с комплексными числами), удается применять для расчета электрических цепей известные правила последовательного и параллельного соединения сопротивлений и законы Кирхгофа.

Пример расчета емкости в цепи переменного тока

Предположим, что надо запитать от бытовой электросети напряжением 220 В и частотой 50 Гц низковольтную лампочку накаливания с номинальным током 0.28 А при отсутствии понижающего трансформатора. Требуется найти емкость последовательно включенного с лампочкой конденсатора.

Пренебрегая падением напряжения на лампочке, считаем все напряжение сети приложенным к конденсатору. Тогда реактивное сопротивление конденсатора находим, руководствуясь законом Ома:

Xc=U/I=220/0.28=786 Ом.

Параметр C из выражения X_c=1/(2πfC) может быть рассчитан через X_c. Следовательно, C=1/(X_c·2πf).

После подстановки получим:

C=1/(786·2·3.14·50)=0.000004 Ф=4 мкФ.

Таким образом, экспериментальную низковольтную лампочку с номинальным током 0.28 А можно запитать от домашней сети переменного тока через емкость 4 мкФ.

Видео по теме