Емкость учитывает изменение энергии электрического поля. Напряжение и ток емкостного элемента связаны уравнением:
.
Если напряжение на емкостном элементе uC возрастает, то ток положителен. То есть в данный момент времени ток имеет направление, совпадающее с условно положительным направлением напряжения uC. Заряд и энергия электрического поля между обкладками конденсатора
,
при этом возрастают. Энергия от источника передается электрическому полю. Когда напряжение uC убывает, уменьшается и заряд, энергия запасенная в электрическом поле возвращается обратно в источник. Следовательно, емкостной элемент схемы замещения отражает обмен энергией между источником и электрическим полем. Обозначение емкостного элемента приведено на рисунке 2.4, в.
Если напряжение между выводами емкостного элемента изменяется синусоидально:
,
то ток через емкостной элемент:
,
где амплитуды напряжения и тока связаны соотношением
,
действующие значения тока и напряжения соответственно
|
|
,
а их начальные фазы
.
Величина называется емкостным сопротивлением, единица ее измерения – [Ом]. Комплексные значения синусоидального тока и напряжения емкостного элемента:
и .
Закон Ома в комплексной форме для емкостного элемента:
График мгновенных значений напряжения и тока на емкостном элементе показан на рисунке 3.7 а. Соответствующая векторная диаграмма приведена на рисунке 3.7 б, из которой видно, что вектор напряжения отстает от вектора тока на угол p/2.
Рисунок 3.7 - График изменения мгновенных значений (а) и векторная диаграмма (б) тока и напряжения на емкостном элементе