Номер 2, страница 345 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 104. Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов. Глава 14. Электростатика - номер 2, страница 345.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Конденсаторы — это пассивные электронные компоненты, ключевым свойством которых является способность накапливать электрический заряд и энергию электрического поля. Благодаря этой способности, а также свойству по-разному реагировать на постоянный и переменный ток (блокировать постоянный и пропускать переменный), они находят широчайшее применение в самых разных областях техники. Основные области применения можно сгруппировать следующим образом:

Накопление и быстрая отдача энергии: Конденсаторы могут накопить энергию за длительное время от маломощного источника, а отдать её практически мгновенно, создавая мощный импульс. Это используется во фотографических вспышках, где конденсатор заряжается от батареи и затем быстро разряжается через газоразрядную лампу; в импульсных установках, таких как мощные лазеры, электромагнитные ускорители (пушка Гаусса); и в качестве источников резервного питания, где ионисторы (суперконденсаторы) могут кратковременно питать микросхемы памяти или часы при отключении основного питания.

Фильтрация и сглаживание напряжения: Способность конденсатора накапливать заряд используется для сглаживания пульсаций напряжения. В блоках питания после выпрямления переменного тока сглаживающий конденсатор, подключенный параллельно нагрузке, "заполняет" провалы напряжения, заряжаясь на пиках и разряжаясь при спадах, делая напряжение более стабильным. Также конденсаторы используются для фильтрации помех, шунтируя высокочастотные помехи в цепях питания на землю.

Разделение и фильтрация сигналов: Конденсатор легко пропускает переменный ток, но является разрывом для постоянного. Разделительные конденсаторы в усилителях передают полезный переменный сигнал (например, звуковой) между каскадами, блокируя при этом постоянное напряжение смещения, чтобы режимы работы каскадов не влияли друг на друга. В частотных фильтрах (RC, LC) комбинации конденсаторов с резисторами и катушками индуктивности пропускают или подавляют сигналы определенной частоты, что является основой эквалайзеров, кроссоверов в акустике и фильтров в радиоаппаратуре.

Колебательные контуры и цепи задержки: Взаимодействие конденсатора с другими элементами позволяет создавать цепи, работающие во времени. Колебательные LC-контуры (конденсатор и катушка индуктивности) являются основой генераторов и резонаторов в радиопередатчиках и радиоприемниках для настройки на нужную частоту. В таймерах и генераторах импульсов (RC-цепи) предсказуемое время заряда/разряда конденсатора через резистор используется для создания временных задержек и генерации импульсов.

Силовая электротехника: В однофазных асинхронных двигателях (используемых в бытовой технике) пусковой или рабочий конденсатор создает сдвиг фазы тока в дополнительной обмотке, что необходимо для формирования вращающегося магнитного поля и запуска двигателя. В промышленных электросетях мощные батареи конденсаторов применяют для компенсации реактивной мощности, что повышает коэффициент мощности и снижает потери в линиях электропередач.

Датчики: Емкость конденсатора зависит от его физических параметров — площади обкладок, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды. Изменение этих параметров можно измерить. На этом принципе работают емкостные сенсорные экраны и кнопки (регистрируется изменение емкости при прикосновении), а также датчики влажности, давления, уровня жидкости и приближения.

Ответ: Основные области применения конденсаторов включают: накопление и быструю отдачу энергии (фотовспышки, импульсные установки); фильтрацию и сглаживание напряжения в блоках питания; разделение сигналов в усилителях и создание частотных фильтров (аудиотехника, радиосвязь); создание колебательных контуров и таймеров; запуск однофазных электродвигателей и компенсацию реактивной мощности в электросетях; использование в качестве чувствительных элементов в емкостных датчиках (сенсорные экраны, датчики влажности и давления).