Номер 1, страница 118 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Глава IV. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 23. Конденсатор - номер 1, страница 118.

Условие.

1. Зачем нужен конденсатор?

Решение.

1. Конденсатор — это пассивный электронный компонент, основное назначение которого — накапливать электрический заряд и, следовательно, энергию электрического поля. Конструктивно он состоит из двух проводящих пластин (называемых обкладками), разделенных слоем диэлектрического материала. Основной физической характеристикой конденсатора является его электрическая ёмкость, которая показывает, какой заряд может накопить компонент при заданном напряжении. Ёмкость $\text{C}$ определяется как отношение величины заряда $\text{q}$ на одной из обкладок к разности потенциалов (напряжению) $\text{U}$ между обкладками: $C = \frac{q}{U}$. Энергия $\text{W}$, запасенная в электрическом поле конденсатора, вычисляется по формуле: $W = \frac{CU^2}{2}$.

Благодаря своей способности накапливать и быстро отдавать энергию, а также свойству по-разному реагировать на постоянный и переменный ток (для постоянного тока он представляет разрыв цепи, а для переменного — сопротивление, зависящее от частоты), конденсаторы находят широчайшее применение в электронике и электротехнике. Вот основные их функции:

Накопление энергии для импульсных устройств. Конденсаторы могут заряжаться относительно медленно от маломощного источника, а затем мгновенно разряжаться, создавая мощный импульс тока. Это свойство используется в фотовспышках, лазерах, дефибрилляторах, установках для электромагнитного формования и в пусковых цепях электродвигателей.

Фильтрация и сглаживание напряжения. В блоках питания конденсаторы являются ключевым элементом сглаживающих фильтров. После выпрямления переменного тока напряжение становится постоянным по знаку, но пульсирующим по величине. Конденсатор, подключенный параллельно нагрузке, сглаживает эти пульсации: он заряжается во время пиков напряжения и отдает энергию в нагрузку во время спадов, делая выходное напряжение более стабильным.

Разделение и блокировка сигналов. Конденсатор не пропускает постоянный ток, но легко пропускает переменный. Это позволяет использовать его в качестве "разделительного" элемента для передачи полезного переменного сигнала (например, звукового) между каскадами усилителя, при этом блокируя постоянное напряжение, необходимое для питания этих каскадов. Также конденсаторы используются как "блокировочные" (или шунтирующие), чтобы отводить нежелательные переменные составляющие (помехи, шумы) на "землю", защищая чувствительные участки схемы.

Создание колебательных контуров и фильтров. В сочетании с катушками индуктивности конденсаторы образуют резонансные или колебательные контуры ($LC$-контуры). Такие контуры способны резонировать на определённой частоте и являются основой для построения фильтров (например, пропускающих только высокие или только низкие частоты), а также задающих генераторов и селективных цепей в радиоприемниках и передатчиках, позволяющих настроиться на нужную станцию.

Формирование временных интервалов. В паре с резистором конденсатор образует $RC$-цепь. Время заряда или разряда конденсатора через резистор является предсказуемой величиной (постоянная времени $\tau = RC$). Это свойство широко используется для создания различных таймеров, генераторов импульсов, мультивибраторов и других схем, где требуется точная временная задержка.

Компенсация реактивной мощности. В промышленных сетях переменного тока многие потребители (например, асинхронные двигатели) имеют индуктивный характер, что приводит к сдвигу фаз между током и напряжением и появлению так называемой реактивной мощности. Это снижает эффективность передачи энергии. Батареи конденсаторов используются для компенсации этого эффекта, возвращая коэффициент мощности к значению, близкому к единице.

Ответ: Конденсатор нужен для накопления электрического заряда и энергии. Его ключевые применения: хранение энергии для создания мощных импульсов (фотовспышки), сглаживание пульсаций напряжения в блоках питания, фильтрация сигналов и разделение цепей по постоянному и переменному току, создание колебательных контуров для настройки на частоту (радио), формирование временных задержек в таймерах и компенсация реактивной мощности в электросетях.