здесь S — площадь пластин в см2, а — расстояние в сантиметрах, ε — диэлектрическая проницаемость.
«Н»: А нам чем он может помочь? Я имею в виду именно конденсатор?…
«А»: Сейчас… Смотри сюда. Справа я зарисовал уже знакомую нам эпюру (график изменения во времени) напряжения на обкладках конденсатора. А теперь представим себе, как пройдет эпюра токов (рис. 2.6)?
«Н»: А исходить будем из эпюры напряжений?
«А»: Естественно! Итак, рассмотрим участок АВ. В момент А напряжение генератора МАКСИМАЛЬНО. На обкладках конденсатора оно такое же. Но это ведь означает, что все электроны, которые могли быть «втиснуты» источником на одну из пластин — уже там!
«Н»: Конденсатор, иначе говоря — заряжен! То есть ток в этот момент… не идет.
«А»: Правильно! Итак, в момент А напряжение на обкладках конденсатора — МАКСИМАЛЬНО, а ток в цепи — МИНИМАЛЕН! А теперь обрати внимание на то, что участок АВ характеризуется еще и тем, что СКОРОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ на конденсаторе отточки А до точки В — постоянно возрастает! А это соответствует тому, что ток заряда (разряда) постоянно возрастает тоже! В момент В эта скорость — МАКСИМАЛЬНА. Следовательно и ток — МАКСИМАЛЕН. А вот напряжение в момент В равно НУЛЮ!
«Н»: Это удивительный факт! То есть можно сказать, что ток конденсатора отстает от его напряжения?
«А»: Вполне, хотя обычно говорят иначе. А именно, что в конденсаторе ток ОТСТАЕТ ПО ФАЗЕ от напряжения на 90 градусов!
«Н»: Теперь мне понятна разница между резистором и конденсатором!
«А»: Отрадно слышать, но заметь, что если мы УВЕЛИЧИМ частоту генератора, то ОДИН И ТОТ ЖЕ электрический заряд будет заряжать или разряжать конденсатор за МЕНЬШЕЕ ВРЕМЯ!
«Н»: Значит зарядный ток УВЕЛИЧИТСЯ?
«А»: Конечно же! Но удивительно то, что этот ток НЕ ВЫЗЫВАЕТ ТЕПЛОВОГО ДЕЙСТВИЯ!
«Н»: То есть в идеальном конденсаторе не выделяется электрическая мощность!? А сопротивление конденсатора носит совершенно особый, не имеющий ничего общего с активным сопротивлением характер?
«А»: А разве это не так? Кстати, «давайте не будем» применять по отношению к конденсатору термин — сопротивление! Электротехники всего мира говорят, что конденсаторы характеризуются РЕАКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ! И еще — электрической ЕМКОСТЬЮ.
«Н»: А в каких же единицах оценивается эта емкость?
«А»: Основная единица электрической емкости называется ФАРАДА!
Фарада — это такая емкость, при которой для изменения напряжения на пластинах конденсатора на ОДИН вольт, требуется электрический заряд, равный ОДНОМУ КУЛОНУ!
Должен заметить, что это настолько большая емкость, что в обыкновенной электронике она не используется! А теперь, может ты сам распишешь мне более мелкие единицы?
«Н»: Уже пишу:
1 фарада = 1000 миллифарад = 1000000 микрофарад;
1 микрофарада = 1000 нанофарад = 1000000 пикофарад.
«А»: Мне вспомнилась история, которая произошла осенью 1944 года во время битвы в Арденнах. Германская армия наносила мощный контрудар по союзникам. Со стороны немцев действовала знаменитая 150 моторизованная бригада. Это были эсэсовцы, переодетые в американскую и английскую форму, хорошо владеющие языком. И сперва они успели нанести союзникам немалый вред, совершая крупные диверсии и нападения в тылу англо-американских войск! А потом их быстро раскусили и обезвредили…
«Н»: Я тащусь — до чего интересно… Но какое отношение это имеет к конденсаторам?
«А»: Я вспомнил эту историю потому, что немцев подвело незнание американского армейского сленга! На автозаправках (а они, естественно, заправлялись американским горючим) диверсанты обращались так: «Петролеум, плиз!» В то время, как сами американцы употребляли словосочетание: «Гас, плиз!» Не правда ли, мелочь?
«Н»: А причем здесь я?
«А»: Расслабься, Незнайкин! Я никогда не держал тебя за немецкого диверсанта! Но то, что ты написал, сразу подтвердило, что в электронике ты ЧАЙНИК! Хотя ты все написал абсолютно верно!
«Н»: А в чем промашка?
«А»: А в том, что такая единица, как МИЛЛИФАРАДА в электронике не встречается. Хотя конденсаторов подобной емкости в любом приемнике, телевизоре или магнитоле не меньше десятка!
«Н»: Час от часу не легче! «Ваши слова звучат парадоксом», как выражался Пашка Эмильевич.
«А»: Электроника вообще полна парадоксов! Вразумительно ответить, почему так вышло, я не в состоянии. Но на электрических конденсаторах большой емкости ты не встретишь обозначения, например, ПЯТЬ миллифарад или ДЕСЯТЬ миллифарад. На таких конденсаторах написано: 5000 микрофарад или 10000 микрофарад. Так что о существовании подобного нюанса помни!
«Н»: Спасибо, помнить буду, не забуду! А больше таких простых, но хитрых деталей в электронике нет?
«А»: Как не быть. Вот, например, как ты думаешь, что произойдет, если взять тонкий изолированный медный провод и намотать, скажем, на корпус шариковой ручки? А после этого подключить его концы к генератору переменного напряжения?
«Н»: Снова какой-то сюрприз ты мне готовишь? Отвечаю — не знаю! Потому что пока не могу понять, чем, с точки зрения электротехники, отличается просто провод от самого же себя, но только намотанного на ручку, или карандаш, или на гвоздь, или на что-нибудь еще?
«А»: Сюрприз, дорогой Незнайкин, приготовила матушка-Природа, а не я! Кстати, чтобы тебя успокоить, замечу, что свойства провода, намотанного на шариковую ручку, существенно отличаются от свойств того же провода, намотанного на гвоздь!
«Н»: Да не томи душу! Выкладывай, где тут собака зарыта!?
«А»: Прежде всего, запомни, что вокруг проводника, по которому проходит электрический ток, возникает так называемое электромагнитное поле. Которое имеет как электрическую, так и магнитную составляющую. Но магнитная составляющая у одиночного проводника невелика. Чтобы ее сконцентрировать и необходимо намотать из проволоки катушку… Ты ведь не раз видел подковообразный постоянный магнит?
«Н»: Я вообще часто забавлялся им в детстве! Вещь очень занимательная.
«А»: Согласен… А теперь взгляни на рис. 2.7. Итак, если силовые линии электромагнитного поля одиночного проводника имеют некоторую ПЛОТНОСТЬ, (когда по проводнику течет электрический ток), то если этот провод намотать хотя бы на шариковую ручку, то эта плотность будет возрастать ПРОПОРЦИОНАЛЬНО количеству витков. Ну, а если поменять направление тока, то изменится и магнитная полярность нашего ЭЛЕКТРОМАГНИТА!
«Н»: То, что в этом случае получается электромагнит, я понял! А вот как определяется его полярность?
«А»: Для этого рядом с электромагнитом достаточно разместить компас. И тогда легко видеть, что если при некотором направлении тока электромагнит притянет ЮЖНЫЙ ПОЛЮС стрелки компаса, то достаточно изменить направление тока и… электромагнит притянет СЕВЕРНЫЙ ПОЛЮС стрелки!
«Н»: То есть направление магнитного поля зависит от направления тока, создающего это поле!
«А»: Конечно! Электромагниты — это основа электродвигателей и реле. Но для нас значительно важнее совсем иные свойства! Кстати, будем называть провод, намотанный на какой-либо каркас, или просто закрученный в спираль, именем собственным — ИНДУКТИВНОСТЬ!
«Н»: Почему такое странное название?
