|
|
Повседневный радиолюбительский
опыт убедительно говорит, что постоянный ток не проходит, а переменный проходит.
Это легко подтвердить опытами. Можно зажечь лампочку, присоединив ее к сети
переменного тока через конденсатор. Громкоговоритель или телефонные трубки
будут продолжать работать, если их присоединить к приемнику не
непосредственно, а через конденсатор.
Конденсатор представляет собой две или несколько
металлических пластин, разделенных диэлектриком. Этим диэлектриком чаще всего
бывает слюда, воздух или керамика, являющиеся наилучшими изоляторами. Вполне
естественно, что постоянный ток не может пройти через такой изолятор. Но
почему же проходит через него переменный ток? Это кажется тем более странным,
что такая же самая керамика в виде, например, фарфоровых роликов прекрасно
изолирует провода переменного тока, а слюда прекрасно выполняет функции
изолятора в паяльниках, электроутюгах и других нагревательных приборах,
исправно работающих от переменного тока.
Посредством некоторых опытов мы могли бы «доказать» еще
более странный факт: если в конденсаторе заменить диэлектрик со сравнительно
плохими изоляционными свойствами другим диэлектриком, который является лучшим
изолятором, то свойства конденсатора изменятся так, что прохождение
переменного тока через конденсатор будет не затруднено, а, наоборот,
облегчено. Например, если включить лампочку в цепь переменного тока через
конденсатор с бумажным диэлектриком и затем заменить бумагу таким прекрасным
изолятором, как стекло или фарфор такой же толщины, то лампочка начнет гореть
ярче. Подобный опыт позволит прийти к заключению, что переменный ток не
только проходит через конденсатор, но что он к тому же проходит тем легче,
чем лучшим изолятором является его диэлектрик;
Однако, несмотря на всю кажущуюся убедительность подобных
опытов, электрический ток — ни постоянный, ни переменный — через конденсатор
не проходит. Диэлектрик, разделяющий пластины конденсатора, служит надежной
преградой на пути тока, каким бы он ни был — переменным или постоянным. Но
это еще не означает, что тока не будет и во всей той цепи, в которую включен
конденсатор.
конденсатор обладает определенным физическим свойством,
которое мы называем емкостью. Это свойство состоит в способности накапливать
на обкладках электрические заряды. Источник электрического тока можно грубо
уподобить насосу, перекачивающему в цепи электрические заряды. Если ток
постоянный, то электрические заряды перекачиваются все время в одну сторону.
Как же будет вести себя в цепи постоянного тока
конденсатор? Наш «электрический насос» будет качать заряды на одну его
обкладку и откачивать их с другой обкладки. Способность конденсатора
удерживать на своих обкладках (пластинах) определенную разницу количества
зарядов и называется его емкостью. Чем больше емкость конденсатора, тем
больше электрических зарядов может быть на одной его обкладке по сравнению с
другой.
В момент включения тока конденсатор не заряжен —
количество зарядов на его обкладках одинаково. Но вот ток включен.
«Электрический насос» заработал. Он погнал заряды на одну обкладку и начал
откачивать их с другой. Раз в цепи началось движение зарядов, значит в ней
начал протекать ток. Ток будет течь до тех пор, пока конденсатор не зарядится
полностью. По достижении этого предела ток прекратится.
Следовательно, если в цепи постоянного тока есть конденсатор,
то после ее замыкания ток в ней будет течь столько времени, скольно нужно для
полного заряда конденсатора.
Если сопротивление цепи, через которую заряжается
конденсатор, сравнительно невелико, то время заряда оказывается очень
коротким: он длится ничтожные доли секунды, после чего течение тока
прекращается.
Иное дело в цепи переменного тока. В этой цепи «насос»
перекачивает электрические заряды то в одну сторону, то в другую. Едва создав
на одной обкладке конденсатора превышение количества зарядов по сравнению с
количеством их на другой обкладке, насос начинает перекачивать их в обратном
направлении. Заряды будут циркулировать в цепи непрерывно, значит в ней,
несмотря на присутствие не проводящего ток конденсатора, будет существовать
ток — ток заряда и разряда конденсатора.
От чего будет зависеть величина этого тока?
Под величиной тока мы понимаем количество электрических
зарядов, протекающих в единицу времени через поперечное сечение проводника.
Чем больше емкость конденсатора, тем больше зарядов потребуется для его
«заполнения», значит тем сильнее будет ток в цепи. Емкость конденсатора
зависит от величины пластин, расстояния между ними и рода разделяющего их
диэлектрика, его диэлектрической проницаемости. У фарфора диэлектрическая проницаемость
больше, чем у бумаги, поэтому при замене в конденсаторе бумаги фарфором ток в
цепи увеличивается, хотя фарфор является лучшим изолятором, чем бумага.
Величина тока зависит также от его частоты. Чем выше
частота, тем больше будет ток. Легко понять, почему это происходит,
представив себе, что мы наполняем водой через трубку сосуд емкостью,
например, один литр, и затем выкачиваем ее оттуда. Если этот процесс будет
повторяться раз в секунду, то по трубке в секунду будет проходить два литра
воды: литр в одну сторону и литр в другую. Но если мы удвоим частоту процесса
— будем заполнять и опорожнять сосуд 2 раза в секунду, то по трубке в секунду
пройдет уже четыре литра воды — увеличение частоты процесса при неизменной
емкости сосуда привело к соответствующему увеличению количества, воды,
протекающей по трубке.
Из всего сказанного можно сделать следующие выводы:
Электрический ток—ни постоянный, ни переменный— через конденсатор не
проходит. Но в цепи, соединяющей источник переменного тока с конденсатором,
течет ток заряда и разряда этого конденсатора. Чем больше емкость
конденсатора и выше частота тока, тем сильнее будет этот ток.
Эта особенность переменного тока чрезвычайно широко
используется в радиотехнике. На ней основано и излучение радиоволн. Для этого
мы возбуждаем в передающей антенне высокочастотный переменный тоц. Но почему
же ток течет в антенне, ведь она не представляет собой замкнутую цепь? Он
течет потому, что между проводами антенны и противовеса или землей существует
емкость. Ток в антенне представляет собой ток заряда и разряда этой емкости,
этого конденсатора.
|