Электричество шаг за шагом

Р-59. ВО МНОГИХ СЛУЧАЯХ ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК РАБОТАЕТ ТАК ЖЕ ХОРОШО, КАК И ПОСТОЯННЫЙ. Если подключить лампочку к источнику постоянного тока, а рядом такую же лампочку подключить к источнику переменного тока с указанным на лампочке напряжением, то обе лампочки будут светиться одинаково ярко. Это говорит о том, что в каких-то случаях переменный ток работает так же хорошо, как и постоянный. И действительно, количество выделяемого тепла не зависит от направления тока. Электроны, бегущие туда-обратно и создающие переменный ток, будут сталкиваться с неподвижными атомами точно так же, как электроны постоянного тока, движущиеся в одну сторону. Дело в другом — только что мы незаметно проскочили мимо серьёзной проблемы, связанной с напряжением в цепи переменного тока. О каком напряжении может идти речь, если оно переменное? Взять какое-либо мгновенное напряжение нельзя — через мгновение оно изменится. Взять амплитуду тоже нечестно — она появляется всего два раза за весь период. Для оценки работоспособности переменного тока вводится величина его эффективного напряжения, сокращенно U_эф. Это такое постоянное напряжение, которое работает так же хорошо, как и переменное напряжение, о котором идёт речь. Для синусоидального переменного тока U_эф составляет примерно 70 % от амплитуды переменного напряжения (тока, э.д.с.). На всех электроприборах, в любых проспектах, инструкциях и другой документации для них указано именно эффективное напряжение, при котором эти приборы нормально работают.

Тот факт, что конденсатор влияет на величину переменного тока в цепи, уже чем-то напоминает известный нам закон Ома, где ток зависит от сопротивления цепи R. Поэтому конденсатор, который, как известно, постоянного тока не пропускает, в цепи переменного тока считается особым ёмкостным сопротивлением, которое обозначают Х_с. Зависит ёмкостное сопротивление Х_с от ёмкости конденсатора С и от частоты/переменного тока (э.д.с., напряжения), и всё это объясняется очень просто. Ёмкостное сопротивление Х_с зависит от ёмкости С потому, что с её увеличением конденсатор при одном и том же напряжении может принять на свои обкладки больше зарядов, и поэтому больше будут зарядный и разрядный токи. А раз ток растёт, то, значит, согласно закону Ома сопротивление, в данном случае ёмкостное сопротивление Х_с, стало меньше. Отсюда вывод: ёмкостное сопротивление Х_с обратно пропорционально ёмкости С — чем больше С, тем меньше Х_с.

Величина тока, как мы только что установили, зависит ещё и от того, с какой скоростью меняется напряжение. Чем больше эта скорость, тем больше зарядов за одну секунду приходит на обкладки конденсатора и уходит с них, тем, следовательно, больше ток. А чем больше ток, тем, следовательно, меньше сопротивление. Отсюда зависимость ёмкостного сопротивления Х_с от частоты f — чем больше частота f тем быстрее меняется переменное напряжение, если, например, частота повысится в 10 раз, то напряжение будет всякий раз доходить до своей амплитуды в 10 раз быстрее. Поэтому чем выше частота f переменного напряжения, чем быстрее оно меняется, тем больше ток в цепи конденсатора, а значит, меньше ёмкостное сопротивление Х_с.

Чтобы удобнее было учитывать влияние ёмкости С и частоты f на ток, их как раз и сводят в гибридную величину по имени ёмкостное сопротивление Х_с. Оно позволяет получить стандартные формулы закона Ома для цепи переменного тока с конденсатором, такие же простые и удобные, как для цепи с резисторами.