§ 56. Заряд и разряд конденсатора

Составим электрическую цепь, изображенную на рис. 117. Если переключатель П поставить в положение 1, незаряженный конденсатор емкостью С оказывается подсоединенным к источнику электрической энергии, э.д.с. которого Е и внутреннее сопротивление r₀. Начнется процесс заряда конденсатора. На пластинах конденсатора будут накапливаться равные по величине количества электричества: положительного - на одной пластине и отрицательного - на другой. Для накопления заряда на пластинах требуется определенное время, в течение которого по соединительным проводам будет проходить зарядный ток.

По мере накапливания зарядов на пластинах конденсатора величина зарядного тока будет уменьшаться, а напряжение между пластинами конденсатора будет плавно увеличиваться. Когда напряжение конденсатора станет равным э.д.с. источника энергии, зарядный ток прекратится. В электрическом поле конденсатора за счет энергии внешнего источника будет запасена энергия ^CU2/₂.

Рис. 117. Схема заряда и разряда конденсатора

На рис. 118 представлен график изменения тока и напряжения на зажимах конденсатора при его заряде.

Рис. 118. График изменения тока и напряжения на зажимах конденсатора при его заряде

Теоретически процесс заряда конденсатора протекает бесконечно долго, но практически его можно считать законченным за время

где τ, называемая постоянной времени, представляет собой произведение r ⋅ С и измеряется в секундах: τ = rС,

Если переключатель П схемы на рис. 117 перевести в положение 2, то заряженный конденсатор будет разряжаться через сопротивление r. Напряжение между пластинами конденсатора создаст в цепи ток разряда. Конденсатор разряжается сначала быстро, а затем все медленнее и медленнее. Напряжение между зажимами конденсатора и ток разряда будут уменьшаться от максимального значения до нуля.

Энергия, запасенная в электрическом поле конденсатора, при разряде выделяется в виде тепла в сопротивлении r.

График изменения напряжения на зажимах конденсатора и тока разряда при разряде конденсатора показан на рис. 119.

Рис. 119. График изменения тока и напряжения при разряде конденсатора

Как заряд, так и разряд конденсатора теоретически протекают бесконечно долгое время. Практически разряд прекращается за время

где τ = rС сек.