Графіки струму, напруги. Закон Ома

Якщо конденсатор приєднати до джерела з синусоїдною напругою то під дією напруги на пластинах конденсатора з’явиться заряд . За першу і третю чверті періоду, коли напруга і заряд збільшуються, конденсатор заряджається і в колі виникає зарядний струм. За другу і четверту чверті періоду, коли напруга і заряд зменшуються, конденсатор розряджається і в колі виникає розрядний струм. Таким чином, при змінній напрузі конденсатор періодично заряджається і розряджається й в колі протікає змінний струм провідності, який утворюється рухом вільних електронів цієї ділянки кола і дорівнює швидкості зміни заряду на пластинах конденсатора:

Відомо, що синусоїда випереджує косинусоїду на 90º:

Тоді зсув за фазою між напругою та струмом буде:

Таким чином, напруга у колі з ємністю ( ) відстає від струму на 90º (чи струм випереджує напругу 90º). Побудуємо діаграми струму і напруги для кола з чисто ємнісним елементом - рис.8.2.

Рисунок 8.2 - Хвильова та векторна діаграми струму, напруги у колі з ємнісним елементом

В першу і третю чверті періоду конденсатор заряджається, при цьому струм і напруга мають однаковий напрям і знак. В другу і четверту чверті періоду конденсатор розряджається, при цьому струм і напруга мають різний напрям і знак. Струм досягає максимуму при , коли напруга змінюється з максимальною швидкістю. При амплітудному значенні напруги швидкість зміни і струм . При чому, чим більше ємність конденсатора, тим більше при рівних інших умовах струм у колі:

що відповідає закону Ома. Якщо поділити отриманий вираз на отримуємо аналогічне співвідношення діючих значень. Таким чином, закон Ома для діючих і амплітудних значень напруги і струму ємності справедливий:

.

Для миттєвих значень закон Ома використовуватися не може, так як

Ємнісний опір конденсатора - це не опір діелектрика конденсатора проходженню через себе струму провідності, яке звичайно сягає мільйони ом. Ємнісний опір обумовлений протидією електричного поля діелектрика конденсатора, яке направлено назустріч електричному полю джерела енергії. В результаті чого, вся напруга прикладена до конденсатора, компенсується ЕРС конденсатора: . Але з іншого боку, прикладена напруга розходується на переборювання ємнісного опору конденсатора згідно закону Ома:

Тобто, ємнісний опір конденсатора обумовлений протидією ЕРС конденсатора. З двох конденсаторів, усередині яких протікає однаковий синусоїдний струм, найбільшим ємнісним опором володіє конденсатор, в якому виникає більша ЕРС.