ЮНЫЙ ТЕХНИК

второе дыхание         

Юный техник

 
 

Главное меню

Популярное

 

 

 

 

 

 

 

 

Семейство конденсатора

Лектор инженер Я. Перля

Один проводник — это только проводник.

Один изолятор — это только изолятор.

Но два проводника и между ними изолятор — это уже конденсатор.

Листок фольги — парафинированная бумага — еще листок фольги; «слоеный пирог» из металлических пластин с изолятором между ними—конденсатор, нехитрый прибор. Но семья конденсатора так велика, что, пожалуй, перечислить легче не конденсаторы, а то, что ими не является. Ведь и антенна радиостанции—воздух—земля — и даже тяжелая грозовая туча — воздух — земля — это тоже члены огромной семьи конденсатора, родственники этого прибора.

«Конденсатор» — это по-французски. По-русски будет «сгуститель», «накопитель». Вот это и есть главное свойство конденсатора.

Подсоединим пластины конденсатора к электрической батарее. К конденсатору потечет электрический ток, перекачивая в него энергию батареи. На одной пластине начнут накапливаться электроны, зарядят ее отрицательно. С другой электроны будут «отсасываться», она зарядится положительно. Текут к пластине электроны, а в пространстве между пластинами образуется электрическое поле. Чем больше притечет электронов в конденсатор, тем больше энергия его электрического поля. Однако бесконечно расти она не может.

Словно любое хранилище, конденсатор имеет вполне определенную емкость. Так она и называется — «электрическая емкость». И зависит она, словно емкость любого хранилища, от площади «дна» и «крышки» — пластин конденсатора. Зависит она также и от «глубины» хранилища — от расстояния между пластинами. Только у конденсатора как раз наоборот: чем это расстояние меньше, тем емкость больше. Емкость зависит и от свойств материага-изолятора между пластинами.

На каждом конденсаторе обязательно обозначена его емкость. А рядом — другая цифра. Это рабочее напряжение конденсатора.

Зачем оно указывается?

Вот баллон для хранения газа. Входит в него, допустим, полкубометра газа под давлением 5 атмосфер. А мы по ошибке подключили его к установке, создающей гораздо большее давление. И баллон — вдребезги.

Так и конденсатор. Включили его в сеть, он начал заряжаться. Но если в сети напряжение больше того, на которое он рассчитан, то электрическое поле между пластинами станет слишком сильным. Рванутся электроны с одной пластины на другую и пробьют изолятор.

Арену действия электрических сил — поле конденсатора — используют в технике для самых различных целей.

КОНДЕНСАТОР — СОЗДАТЕЛЬ КАРТИН ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЕТРА

Изображение на экране телевизора нарисовано «электронным карандашом» — тонким пучком летящих с большой скоростью электронов. Под их ударами начинает светиться специальное вещество, которым покрыт экран изнутри. Движением «карандаша» руководят конденсаторы.

Стоят они на пути потока электронов: один — горизонтально, другой — вертикально. Пучок электронов, прежде чем добраться до экрана, должен пересечь электрические поля обоих конденсаторов. А поля стремятся искривить полет заряженных частиц, отклонить их s сторону.

Вот и искривляется электронный луч: то вверх, то вниз, то вправо, то влево. С колоссальной скоростью движется «электронный карандаш» в ловких «пальцах» конденсаторов, и возникает на экране изображение далекой от нас студии телевидения.

Поле между заряженными электродами применяется как «ветер» для разгона заряженных частиц. Оно работает в орудиях «ядерной артиллерии» — ускорителях, с помощью которых штурмуют ученые атомные ядра.

Ускорители — это приборы, в которых заряженные частички вещества разгоняются до громадных скоростей. Эти мельчайшие «снаряды» сталкиваются с ядрами атомов и разбивают их. Изучая остатки разбитых ядер, ученые получают богатейший материал! для познавания микромира.

Вот один из таких приборов.

Внутри сплошной трубы цепочкой расположены металлические цилиндры. Каждые два соседних цилиндра заряжены противоположными зарядами, причем специальное автоматическое устройство позволяет с колоссальной скоростью менять знак заряда. Торцовые части цилиндров служат как бы конденсаторами. Внутрь трубы направляется поток заряженных частиц.

Частицы, ускоренные в промежутке между первым и вторым цилиндрами, подлетят ко второму промежутку. Но в этот момент сработает переключатель, и второй промежуток станет также ускоряющим. Частицы подлетят к третьей щели — и снова поле «подстегнет» их. И так много раз. Энергия и скорость частиц будет расти все больше и больше. Так они превратятся в «снаряды», которыми ученые обстреливают и разбивают атомное ядро.

КОНДЕНСАТОР — СОПЕРНИК ЭЛЕКТРОЛАМПЫ И ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ

Экран телевизора светится под ударами электронов. А есть вещества, которые начинают светиться, попав в электрическое поле. Электрические «вихри» поля заставляют пластинку из такого вещества сиять ярким светом.

Сделан такой опыт в лаборатории: одна пластина конденсатора тонкая, прозрачная, другая — обычная. А между ними специальный светящийся слой — электролюминофор. Дали напряжение на конденсатор, и залил он ровным, приятным светом помещение.

Недалеко время, когда лампы-конденсаторы осветят наши квартиры, цехи заводов, улицы. Они удобней, дешевле и долговечней электроламп.

Когда были изобретены эти конденсаторы, конструкторов осенило: что, если подать напряжение не на всю поверхность пластин, а в одну точку? Электрическое поле появится только здесь, засияет только один участок люминофора. А потом подать напряжение на соседнюю точку обкладки, и так далее. Будут последовательно вспыхивать разные точки слоя. Чем не бегающий по экрану телевизора электронный луч?

И родился проект нового телевизора. Его обкладки сделаны из проволочек. Один ряд расположен вертикально, другой — горизонтально. Подается на них напряжение, и вспыхивают на перекрестьях проволочек в люминофоре световые пятна, рисуя картину. Такой экран очень удобен, его можно прямо на стену повесить. Изобретатели и назвали его «картина на стене».

Похожий конденсатор был использован как усилитель света. Чуть заметный поток света падает на одну из пластин. Электрическое поле усиливает его так, что сквозь другую пластину льется во много раз более мощный поток.

КОНДЕНСАТОР ЛЕЧИТ БОЛЬНЫХ И ПРОСВЕЧИВАЕТ МЕТАЛЛ

Поместим между пластинами конденсатора особым образом выпиленную из кристалла кварца пластинку и подадим напряжение. Произойдет очень интересное: пластинка вдруг изменит толщину. Меняя заряды на пластинах конденсатора, мы можем заставить кварцевую пластинку сжиматься и разжиматься, колебаться. Наоборот, если сжимать или растягивать кварцевую пластинку, на обкладках конденсатора будут появляться заряды. Этим свойством обладают и другие материалы: например, титанат бария, сегнетова соль.

Подсоединив такой конденсатор к источнику переменного электрического напряжения высокой частоты, мы заставим кварцевую пластину сжиматься и разжиматься с огромной частотой. А всякое колеблющееся тело становится источником звука. Но звуков от колебания кварцевой пластинки мы не услышим: слишком высока их частота. Они и называются: ультразвуки.

Ультразвуки нашли себе в технике широкое применение. Мельчайшие волны, которые они порождают в жидкости, быстро и легко очищают загрязненные детали, стирают белье. Ультразвуковое сверло легко «просверливает» отверстие любой формы даже в хрупком стекле и фарфоре. Ультразвуковые волны пронизывают толщину океанской воды, измеряя глубину под кораблем. Ультразвук чутко, словно врач больного, «выслушивает» детали, выявляет скрытые в металле дефекты. В кабинет врача приходит ультразвук на смену бормашине. Производятся первые опыты лечения некоторых заболеваний с помощью ультразвука.

КОНДЕНСАТОР ДЕЖУРИТ В «ПРОХОДНОЙ»

По электрическим дорожкам, из которых составлены схемы современных приборов, бродят самые разнообразные токи. Но иногда бывает необходимо так связать две детали схемы, чтобы один ток свободно проходил от детали к детали, а другой задерживался. Вот, например, электронная лампа. Внутри лампы несколько электродов. Каждый из них имеет вывод наружу и подключается к схеме. Один из них — анод — нуждается в высоком напряжении, другой — сетка — в небольшом отрицательном напряжении. Как же быть, если электрический сигнал необходимо передать от анода одной лампы к сетке другой? Соединить их непосредственно нельзя: большое напряжение попадет на сетку второй лампы.

Здесь на пути между сеткой и анодом устроена «проходная», где «дежурит» конденсатор: «проверяет пропуска».

Движение жидкости прекратится, когда разность уровней в сосудах уравновесит давление, развиваемое насосом. Конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения. Ток прекращается, когда конденсатор полностью зарядится.

Вот постоянный ток (возникший из-за высокого напряжения на аноде) направился через конденсатор. Конденсатор, зарядившись, перекрыл дорогу току к сетке лампы, запер «ворота».

Другое дело — переменный ток: он все время меняет свое направление. Значит, переменный ток то зарядит конденсатор, то разрядит, то накопит в нем энергию, то заберет обратно, и так без конца. Вот и получается, что стоит конденсатор в электрической цепи, а ток по ней идет свободно. У переменного тока «есть пропуск» через «проходную».

КОНДЕНСАТОР «ПРОСЕИВАЕТ» ВОЛНЬI

Что произойдет, если к пластинкам заряженного конденсатора присоединить несколько витков проволоки? Конденсатор начнет разряжаться. Ток, протекая от пластины к пластине, побежит по виткам катушки. А это, как известно, вызовет появление магнитного поля в катушке. К тому времени, когда конденсатор разрядится полностью, ток станет наибольшим. Вся электрическая энергия конденсатора превратилась в магнитную энергию катушки. А так как энергия не может неожиданно исчезнуть, ток продолжает идти как бы по инерции. Но теперь он уже не увеличивается, а уменьшается. Запасы магнитной энергии тают И снова заряжается конденсатор. Только теперь заряды поменялись местами. Там, где были положительные, стали отрицательные. Но и на этом не заканчиваются электромагнитные процессы в колебательном контуре, — так называют конденсатор, соединенный с катушкой. Снова и снова разряжается и заряжается конденсатор. И если бы энергия не «утекала», этот процесс продолжался бы вечно.

Колебательный контур — важнейшая часть радиостанции: с его помощью возбуждают электромагнитное поле, то есть посылают радиоволны, которые «ловит» наш приемник. Но и приемник различает радиоволны с помощью колебательного контура. Ведь контур обладает таким же интересным свойством, как натянутая струна:

если по ней ударить — зазвучит определенный тон. Это передатчик. А если рядом находится точно так же настроенная струна, то она тоже зазвучит. Вторая струна — это колебательный контур приемника. Но его, как и струну, надо настроить в резонанс с первым.

Вот для чего в колебательном контуре приемника конденсатор сделан необычно: его емкость может меняться. Он и называется: конденсатор переменной емкости. Такой конденсатор «просеивает» волны, попадающие на антенну приемника. С его помощью мы выделяем именно ту станцию, какую хотим послушать.

Используют в технике и главное свойство конденсатора— способность накапливать заряды. Разряжаясь, конденсатор может создать мощный импульс тока.

Это свойство используется во многих областях техники: в радиолокации, в сварочных аппаратах, в фотолампах и т. д.

* * *

Когда насос работает в обе стороны, движение жидкости непрерывно. Переменный ток свободно идет по цепи с конденсатором.

Мы живем в мире электричества. И всюду, где проложены электрические «дороги» — провода, работают члены огромной семьи конденсатора, свойства и возможности которого надо хорошо знать.

   

 admin@unteh.ru
©2009-2010