Конденсатор на воде
Конденсатор — это камера, в которой надувается упругий резиновый шарик. Вода в шарик заходит, а такое же количество воды вытесняется из камеры наружу — это и есть ток заряда. Шарик надулся до упора — ток прекратился, и мотор (водяная мельница) останавливается.
Расчёт времени зарядки
┄ напряжение насоса━ напряжение на конденсаторе━ ток (по модулю, справа, % от начального)
Напряжение на конденсаторе0
Ток (расход воды)0
τ = R·C0
Заряд Q = C·U0
Энергия W = C·U²/20
Обороты мотора0
Как заряжается конденсатор
Этап 1 — зарядка началась
Идёт зарядка. Вода заходит в резиновый шарик (1) и надувает его, а вода из камеры (2) вытесняется вправо. В это время конденсатор пропускает ток, и мотор вращается быстро.Этап 2 — шарик растягивается
Чем сильнее растянута резина, тем сильнее она сопротивляется: давление в шарике растёт, и вода течёт всё медленнее. Мотор замедляется.Этап 3 — заряжен
Шарик заполнил камеру, его давление уравновесило насос. Конденсатор перестал пропускать ток: мотор остановился. Постоянный ток не проходит.Что делает конденсатор
Постоянный ток не проходит
Давление не меняется — шарик замер, вода стоит. Ток есть только пока идёт зарядка, потом ток = 0, мотор не крутится.Запасает заряд
Чем больше камера (ёмкость C) и давление U, тем больше воды помещается в шарике: Q = C · U.Запасает энергию
Растянутая резина — это пружина. Если убрать насос, шарик вытолкнет воду обратно и ещё раз раскрутит мотор: W = C · U² / 2.Время зарядки: τ = R · C. За время τ конденсатор заряжается до 63 %, за 3τ — до 95 %, за 5τ — до 99 %. Пример: 1000 Ом × 1000 мкФ = 1000 Ом × 0,001 Ф = 1 с, полная зарядка за ≈ 5 с.
Формулы: Q = C · U · W = C · U² / 2 · I = (Uнасоса − Uc) / R
Формулы: Q = C · U · W = C · U² / 2 · I = (Uнасоса − Uc) / R