Номер 3, страница 214 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Примерные темы учебных проектов. III. Практические приложения физических знаний - номер 3, страница 214.

Условие.

• Устройство конденсаторов и их применение в технике.

Решение.

Устройство конденсаторов

Конденсатор — это пассивный электронный компонент, предназначенный для накопления электрического заряда и энергии электрического поля. В своей простейшей форме он состоит из двух проводящих пластин, называемых обкладками, которые разделены слоем непроводящего материала — диэлектрика.

Обкладки обычно изготавливаются из металла (например, алюминиевой фольги), а в качестве диэлектрика могут выступать воздух, бумага, слюда, керамика, полимерные плёнки или оксидный слой на поверхности одной из обкладок (в электролитических конденсаторах). Диэлектрик не только предотвращает короткое замыкание между обкладками, но и позволяет накопить значительно больший заряд при том же напряжении, то есть увеличивает ёмкость конденсатора.

Основной характеристикой конденсатора является его электрическая ёмкость ($\text{C}$), которая показывает его способность накапливать заряд. Она определяется как отношение заряда ($\text{q}$), накопленного на одной из обкладок, к разности потенциалов (напряжению $\text{U}$) между обкладками: $C = \frac{q}{U}$. Единицей измерения ёмкости в системе СИ является Фарад (Ф).

Ёмкость плоского конденсатора зависит от его геометрических параметров и свойств диэлектрика. Она прямо пропорциональна площади обкладок ($\text{S}$) и диэлектрической проницаемости диэлектрика ($\varepsilon$) и обратно пропорциональна расстоянию между обкладками ($\text{d}$): $C = \frac{\varepsilon \varepsilon_0 S}{d}$, где $\varepsilon_0$ — электрическая постоянная.

Существует множество типов конденсаторов, различающихся материалом диэлектрика, конструкцией и, как следствие, своими характеристиками (ёмкостью, рабочим напряжением, стабильностью, частотными свойствами). Наиболее распространены керамические, плёночные, электролитические и танталовые конденсаторы, а также суперконденсаторы (ионисторы), обладающие сверхбольшой ёмкостью.

Ответ: Конденсатор — это устройство, состоящее из двух проводящих обкладок, разделенных слоем диэлектрика, и предназначенное для накопления электрического заряда и энергии. Его ключевая характеристика, ёмкость, зависит от площади обкладок, расстояния между ними и типа диэлектрика.

Применение конденсаторов в технике

Конденсаторы являются одними из самых фундаментальных и широко используемых компонентов в электронике и электротехнике. Их применение основано на способности накапливать и быстро отдавать энергию, а также по-разному проводить постоянный и переменный ток.

Фильтрующие устройства. В блоках питания конденсаторы большой ёмкости используются для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, превращая его в практически постоянное. В сигнальных цепях они применяются для фильтрации шумов и выделения сигналов определённой частоты.

Накопители энергии. Классический пример — фотовспышка, где конденсатор медленно заряжается, а затем мгновенно разряжается, создавая мощный световой импульс. Также они используются в источниках бесперебойного питания, импульсных лазерах и электромагнитных пушках.

Колебательные контуры. В паре с катушкой индуктивности конденсатор образует LC-контур, который резонирует на определённой частоте. Это свойство является основой работы радиоприёмников, передатчиков и генераторов сигналов, позволяя настраиваться на нужную частоту.

Разделительные (связующие) конденсаторы. Поскольку конденсатор блокирует постоянный ток, но пропускает переменный, его используют для передачи полезного AC-сигнала между каскадами усилителей, не нарушая при этом их режимы работы по постоянному току.

Временизадающие цепи. В паре с резистором (RC-цепь) конденсатор используется для создания задержек времени. На этом принципе работают таймеры, генераторы импульсов и различные аналоговые схемы обработки сигналов. Время задержки определяется постоянной времени цепи $\tau = RC$.

Пусковые и рабочие конденсаторы. В однофазных асинхронных электродвигателях (используемых, например, в стиральных машинах или насосах) конденсаторы применяются для создания сдвига фаз тока в пусковой обмотке, что формирует вращающееся магнитное поле, необходимое для запуска и работы двигателя.

Компенсация реактивной мощности. В промышленных электросетях устанавливают батареи конденсаторов для компенсации индуктивной нагрузки (создаваемой двигателями, трансформаторами), что повышает коэффициент мощности, снижает потери энергии и нагрузку на провода.

Ответ: В технике конденсаторы применяются для фильтрации и сглаживания напряжений, накопления и быстрой отдачи энергии, в колебательных контурах для выбора частоты, для разделения цепей по постоянному и переменному току, в таймерах и схемах задержки, а также для запуска и работы однофазных электродвигателей и повышения эффективности промышленных электросетей.