Номер 8, страница 85 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

8. Объясните назначения конденсатора $\text{C}$ и резистора $\text{R}$ на рисунке 16.4.

Поскольку на изображении отсутствует сама схема (рисунок 16.4), наиболее вероятным и распространенным случаем является использование конденсатора C и резистора R в качестве сглаживающего фильтра на выходе выпрямителя. В такой схеме они обычно соединены параллельно.

Назначение конденсатора C

Основное назначение конденсатора в такой цепи — сглаживание пульсаций напряжения. Конденсатор является элементом, способным накапливать электрический заряд и энергию электрического поля. В схеме выпрямителя напряжение после диодного моста является пульсирующим (не постоянным).

1. Когда мгновенное значение пульсирующего напряжения нарастает и превышает напряжение на конденсаторе, конденсатор заряжается, накапливая энергию.

2. Когда мгновенное значение напряжения начинает убывать, конденсатор разряжается через нагрузку (резистор R), отдавая накопленную энергию. Этот процесс поддерживает напряжение на нагрузке, не давая ему сильно упасть.

Таким образом, конденсатор действует как временный резервуар энергии, сглаживая "провалы" в напряжении и приближая его форму к постоянной. Его реактивное сопротивление $X_C = 1 / (\omega C)$ мало для переменных составляющих тока (пульсаций) и бесконечно велико для постоянной составляющей, поэтому он "закорачивает" переменную составляющую на землю, пропуская к нагрузке постоянную.

Назначение резистора R

Резистор R в данной схеме выполняет роль полезной нагрузки. Это эквивалент устройства или цепи, для питания которой предназначен данный источник с фильтром.

1. Резистор является потребителем электрической энергии. Протекающий через него ток, согласно закону Ома, создает на нем падение напряжения $U_{вых} = I \cdot R$, которое и является выходным напряжением для потребителя.

2. Величина сопротивления R определяет ток, потребляемый от источника. Вместе с емкостью конденсатора C, сопротивление нагрузки R определяет постоянную времени цепи разряда конденсатора $\tau = RC$. Эта величина характеризует скорость разряда конденсатора и, следовательно, эффективность сглаживания пульсаций. Чем больше постоянная времени $\tau$, тем медленнее разряжается конденсатор и тем меньше амплитуда пульсаций на выходе.

Ответ: В схеме сглаживающего фильтра конденсатор C выполняет функцию фильтрации — он накапливает энергию при пиках напряжения и отдает ее при спадах, сглаживая пульсации. Резистор R является нагрузкой — потребителем отфильтрованной электрической энергии, а его сопротивление влияет на эффективность фильтрации.