Номер 7, страница 269 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

7. Чем отличаются электролитические конденсаторы от конденсаторов других типов? Почему при их включении надо учитывать полярность?

7. Чем отличаются электролитические конденсаторы от конденсаторов других типов? Почему при их включении надо учитывать полярность?

Электролитические конденсаторы имеют ряд ключевых отличий от конденсаторов других типов (например, керамических, плёночных, слюдяных).

Основные отличия:

1. Полярность. Главное отличие — электролитические конденсаторы являются полярными. У них есть строго определённые положительный (анод, "+") и отрицательный (катод, "−") выводы. Конденсаторы других типов в большинстве своём неполярные, и их можно включать в цепь любой стороной.

2. Конструкция и материалы. В электролитическом конденсаторе одна из обкладок (анод) представляет собой металлическую фольгу (обычно алюминиевую или танталовую), на поверхности которой электрохимическим методом (анодированием) выращен очень тонкий слой диэлектрика — оксида этого металла (например, оксида алюминия $Al_2O_3$). Второй обкладкой (катодом) служит электролит — специальный проводящий состав в жидком, гелеобразном или твёрдом состоянии. Для подключения к электролиту используется вторая полоска фольги.

3. Высокая удельная ёмкость. Благодаря тому, что диэлектрический слой оксида чрезвычайно тонок (от нанометров до микрометров), электролитические конденсаторы способны накапливать очень большой заряд при относительно малых размерах. Ёмкость плоского конденсатора описывается формулой $C = \frac{\varepsilon \varepsilon_0 S}{d}$, где $\text{d}$ — толщина диэлектрика. Малая толщина $\text{d}$ и большая диэлектрическая проницаемость $\varepsilon$ оксидной пленки обеспечивают очень высокое значение ёмкости $\text{C}$.

Необходимость учёта полярности при включении:

Учёт полярности критически важен из-за принципа работы и устройства электролитического конденсатора. Изолирующий оксидный слой на аноде формируется и сохраняет свою целостность только при приложении к нему напряжения правильной полярности (положительный потенциал на аноде, отрицательный — на катоде).

Если к конденсатору приложить обратное напряжение (перепутать полярность), произойдут следующие процессы:

1. Начнётся электрохимическая реакция, которая разрушает тончайший диэлектрический оксидный слой.

2. В результате разрушения диэлектрика сопротивление конденсатора резко падает, и через него начинает протекать большой ток (происходит пробой).

3. Выделяющееся при протекании тока тепло (согласно закону Джоуля-Ленца) вызывает быстрый нагрев и закипание электролита внутри герметичного корпуса.

4. Давление газов внутри конденсатора резко возрастает, что приводит к его вздутию, а при значительном превышении давления — к разгерметизации или даже взрыву. При этом наружу выбрасывается горячий и часто химически агрессивный электролит.

По этой причине неправильное подключение электролитического конденсатора не только выводит его из строя, но и представляет опасность для окружающих элементов схемы и человека.

Ответ: Электролитические конденсаторы отличаются от других типов своей полярностью, конструкцией (использование металлической фольги с оксидным слоем в качестве анода и электролита в качестве катода) и очень высокой удельной ёмкостью. Учитывать полярность при их включении необходимо, потому что при обратном напряжении разрушается диэлектрический слой, что ведёт к протеканию большого тока, перегреву и разрушению (взрыву) конденсатора.

8. Как устроен конденсатор переменной ёмкости?

Конденсатор переменной ёмкости — это конденсатор, ёмкость которого можно изменять в определённых пределах механическим или электронным способом. Классическая конструкция такого конденсатора основана на изменении одного из геометрических параметров, от которых зависит ёмкость.

Принцип действия и устройство:

Ёмкость плоского конденсатора определяется формулой $C = \frac{\varepsilon \varepsilon_0 S}{d}$, где:

• $\text{S}$ — площадь взаимного перекрытия обкладок,
• $\text{d}$ — расстояние между обкладками,
• $\varepsilon$ — диэлектрическая проницаемость среды между обкладками,
• $\varepsilon_0$ — электрическая постоянная.

Изменять ёмкость можно, варьируя любой из этих трёх параметров. Наиболее распространённой является конструкция, в которой изменяется площадь перекрытия обкладок $\text{S}$.

Типичный механический конденсатор переменной ёмкости (часто с воздушным диэлектриком) устроен следующим образом:

1. Он состоит из двух групп металлических пластин, которые являются его обкладками.

2. Одна группа пластин, называемая статором, закреплена неподвижно на корпусе конденсатора.

3. Вторая группа пластин, называемая ротором, закреплена на вращающейся оси. Пластины ротора могут входить в зазоры между пластинами статора, не касаясь их.

4. В качестве диэлектрика между пластинами чаще всего используется воздух ($\varepsilon \approx 1$).

При вращении оси ротора его пластины перемещаются относительно пластин статора. Это изменяет площадь их взаимного перекрытия $\text{S}$. Ёмкость конденсатора прямо пропорциональна этой площади:

• Когда пластины ротора полностью выведены из пространства между пластинами статора, площадь перекрытия $\text{S}$ минимальна, и ёмкость конденсатора также минимальна.
• Когда пластины ротора полностью введены в пространство между пластинами статора, площадь перекрытия $\text{S}$ максимальна, и ёмкость достигает своего максимального значения.

Такие конденсаторы широко применялись в аналоговой радиотехнике, например, для настройки на нужную частоту в радиоприёмниках. Кроме них существуют и другие типы: подстроечные конденсаторы (триммеры) для точной калибровки схем и варикапы — полупроводниковые диоды, ёмкость p-n перехода которых изменяется в зависимости от приложенного к ним обратного напряжения, что позволяет осуществлять электронную настройку.

Ответ: Конденсатор переменной ёмкости обычно состоит из двух наборов пластин — неподвижного (статор) и подвижного (ротор). Ёмкость изменяется путём вращения ротора, что приводит к изменению площади взаимного перекрытия пластин, от которой напрямую зависит ёмкость.