Kāpēc strāva apsteidz spriegumu kondensatorā (kā par to spriest)
Apskatīt video Khan Academy platformā: 
Why current leads voltage in a capacitor (logic)
Transkripts:
00:00
Kad pieslēdz kondensatoru maiņsprieguma ģeneratoram,
00:04
kādā citā video redzējām, ka strāva ķēdē apsteidz spriegumu
00:07
par fāzes leņķi pi dalīts ar 2 jeb 90 grādiem.
00:10
Tas būtībā nozīmē, ka strāvas svārstības ir par ceturtdaļu cikla
00:14
priekšā sprieguma svārstībām.
00:17
Šajā video mēs paraksim dziļāk un noskaidrosim, kāpēc tas notiek,
00:20
loģiski? Mēs, zini, esam redzējuši matemātiski, redzējām kādā citā
00:23
video, kāpēc tas notiek, bet loģiski – kāpēc tas notiek?
00:27
Un arī spēsim atbildēt uz jautājumiem, piemēram: kāpēc ir tā, ka,
00:30
zini, ir punkti, kur spriegums ir 0, bet strāva ir maksimāla,
00:34
un ir punkti, kur strāva ir 0, bet spriegums ir maksimāls? [smejas]
00:38
Vai tas šķiet loģiski?
00:41
Labi, ar ko lai sākam?
00:42
Nu, mēs varam sākt ar atgādinājumu sev, ka spriegumam ģeneratorā vajadzētu
00:47
vienmēr būt vienādam ar spriegumu kondensatorā.
00:49
Patiesībā, tieši tā tiek sākts strāvas formulas izvedums,
00:52
un mēs to redzējām kādā citā video, lai, lai izvestu izteiksmi strāvai.
00:56
Un kāpēc tas ir tiesa? Nu, tas ir tāpēc, ka, zini, šis potenciāls,
00:58
punkts, potenciāls šajā punktā jābūt tādam pašam kā potenciālam
01:01
šajā punktā. Pa vidu nav nekādu ķēdes elementu.
01:03
Potenciālam šajā punktā jābūt tādam pašam kā potenciālam šajā punktā.
01:06
Tāpēc spriegumam šeit jābūt tādam pašam kā spriegumam tur.
01:09
Kāpēc tas ir svarīgi?
01:10
Kāpēc lai man tas rūpētu?
01:11
Tas ir tāpēc, ka tas nozīmē – mainoties ģeneratora spriegumam,
01:14
kondensatora spriegumam nekavējoties jāpielāgojas.
01:18
Tam jāseko ģeneratora spriegumam.
01:21
Bet kā var mainīt kondensatora spriegumu?
01:24
Nu, kondensatora spriegums ir atkarīgs no kondensatora lādiņa.
01:28
Lielāks lādiņš, lielāks spriegums.
01:30
Mazāks lādiņš, mazāks spriegums.
01:32
O, tas nozīmē, ka, lai mainītu kondensatora spriegumu, tev jāmaina
01:37
lādiņš. Bet kā var mainīt lādiņu?
01:40
Pludinot strāvu.
01:43
Tāpēc, vai redzi, lai mainītu spriegumu, tev vispirms jāpludina strāva,
01:49
un tāpēc strāvai ir jāapsteidz spriegums.
01:54
Vai tas šķiet loģiski?
01:55
Tas man tā kā palīdz, ē, sagremot to faktu, ka kondensatorā
01:59
strāvai vispirms...
02:01
Zini, strāvai jāapsteidz spriegums, jo tieši strāva uzlādē
02:04
kondensatoru, kas savukārt maina tā spriegumu.
02:09
Labi, ar šo atziņu paraksim dziļāk un apskatīsim, kāpēc tieši iegūstam šo
02:14
grafiku.
02:15
Paskatīsimies uz spriegumu šeit.
02:17
Pieņemsim, teiksim, tieši tagad esmu noslēdzis ķēdi,
02:21
un spriegums ir 0, un tas sāk pieaugt.
02:25
Ja spriegums sāk pieaugt, kondensators saka: "Ei,
02:28
man vajag, lai mans spriegums pieaug, labi, nekavējoties."
02:32
Tas nozīmē, ka kondensatoram ir jāuzlādējas, tāpēc strāvai jāsāk plūst
02:35
nekavējoties.
02:36
Bet, lūk, kas, ē, cik lielai strāvai jāplūst?
02:39
Tas atkarīgs no tā, cik strauji jāpieaug spriegumam.
02:43
Ja spriegumam jāpieaug ļoti strauji, kondensators saka: "Uzlādē mani ļoti
02:47
ātri!" Ja spriegumam jāpieaug ļoti lēni, kondensators saka: "Uzlādē mani
02:52
lēnām." [smejas] Labi, tātad šajā brīdī jautājums ir:
02:56
Kā spriegums pieaug?
02:57
Vai tas pieaug ļoti strauji vai ļoti lēni?
03:00
Un tam tu vari paskatīties uz šīs līknes slīpumu.
03:03
Tu redzi, ka tā ir ļoti stāva.
03:05
Ja iedomājies to kā kalnu, ļoti stāvu kalnu, un tāpēc
03:09
spriegums pieaug ļoti strauji.
03:11
Un kondensators saka: "Ei, manam spriegumam jāpieaug ļoti strauji.
03:14
Uzlādē mani ļoti ātri!"
03:16
Tāpēc šajā, šajā punktā iegūstam ļoti stipru strāvu, jo
03:23
tur nepieciešama visātrākā uzlāde, un tieši tāpēc šis punkts
03:27
atspoguļo kondensatora visātrāko uzlādi, jo tā spriegums mainās
03:31
ļoti strauji, un tāpēc tev ir maksimālā strāva.
03:35
Padomā par to. Lai gan spriegums ir ļoti zems, tas mainās ļoti strauji.
03:39
Tāpēc tev vajadzīga ļoti stipra strāva.
03:41
Vai tas šķiet loģiski?
03:43
Un ievēro – strāva jau sasniegusi maksimumu. [smejas] Spriegums vēl tikai
03:46
sasniegs maksimumu. Strāva apsteidz spriegumu.
03:48
Labi, un kas notiek, laikam ejot?
03:50
Laikam ejot, ievēro, ģeneratora spriegums turpina pieaugt,
03:54
kļūstot arvien lielāks un lielāks.
03:55
Kondensators saka: "Ei, turpini uz- turpini mani lādēt.
03:58
Turpini mani lādēt," [smejas] labi?
04:00
Bet paskaties, kā spriegums pieaug.
04:02
Spriegums šeit pieaug ļoti strauji, bet tas palēninās.
04:05
Pieaugums palēninās.
04:06
Paskaties uz slīpumu.
04:08
Tas samazinās, samazinās, samazinās, samazinās.
04:10
Slīpums kļūst – tas kļūst arvien lēzenāks.
04:13
Un tāpēc kondensators saka: "Ei, turpini mani lādēt, bet palēnini to
04:16
uzlādi. Palēnini uzlādi."
04:19
Un, ja tu palēnini uzlādi, strāva samazinās.
04:23
Tāpēc no šejienes līdz šejienei, spriegumam pieaugot, strāva samazinās.
04:29
Tas atspoguļo daļu, kur kondensatora uzlādes ātrums samazinās.
04:34
Galu galā mēs sasniedzam punktu, kur spriegums ir sasniedzis maksimumu,
04:37
un tas vairs nepieaugs.
04:39
Tajā brīdī arī kondensatora, ē, spriegums sasniedz maksimumu,
04:43
un kondensators saka: "Ei, man vairs nevajag uzlādi.
04:46
Es, es, esmu sasniedzis maksimālo vērtību.
04:47
Spriegums vairs nepieaugs."
04:49
Un tāpēc strāva tajā punktā kļūst 0.
04:55
Vai tas šķiet loģiski? Un tāpēc tajā punktā, kad spriegums ir maksimāls
05:00
iekš- ē, ē, kondensatorā, kondensators ir maksimāli uzlādēts,
05:03
kondensatoram vairs nevajag uzlādi, strāva apstājas.
05:08
Un atkal ievēro – strāva jau ir sasniegusi 0.
05:10
Ģeneratora spriegums vēl tikai sasniegs 0, [smejas] tāpēc strāva apsteidz
05:14
spriegumu.
05:16
Labi, kas notiek pēc tam?
05:17
Pēc tam ievēro, ka ģeneratora spriegums sāk samazināties un krītas.
05:23
Un kondensators saka: "Ei, manam spriegumam arī jāsamazinās.
05:26
Kā, kā es varu samazināt savu spriegumu?
05:28
O, tiec vaļā no mana lādiņa.
05:30
Tiec vaļā no...
05:31
O, izlādē!"
05:33
Kā izlādēt? Pludini strāvu pretējā virzienā.
05:37
Negatīva strāva.
05:39
Tāpēc pēc šī punkta tu iegūsti negatīvu strāvu.
05:43
Lai gan spriegums ir pozitīvs, tā kā spriegums samazinās,
05:46
kondensatora spriegumam jāsamazinās, tev jāveic izlāde.
05:50
Tāpēc strāva ir kļuvusi negatīva.
05:52
Vai tas tagad šķiet loģiski?
05:54
Un arī ievēro – sākumā spriegums samazinās ļoti lēni...
05:59
ļoti lēni, un tad spriegums sāk samazināties ļoti strauji.
06:03
Kā es to redzu? Paskaties uz slīpumu.
06:05
Sākumā tas, tas nav tik stāvs, bet kļūst arvien stāvāks un
06:08
stāvāks. Kondensators saka: "Ei, izlādē mani lēnām, lēnām," bet tad, laikam
06:14
ejot: "Ātri, izlādē mani!
06:16
Ātrā izlāde."
06:17
Un izlādes ātrums turpina pieaugt.
06:19
Tāpēc strāva ir negatīva un turpina pieaugt. [smejas] Tātad šis ir
06:24
punkts, kas atspoguļo, šis apgabals atspoguļo, ka izlādes ātrums kļūst
06:28
arvien ātrāks un ātrāks, un rezultātā strāva kļūst arvien lielāka un
06:32
lielāka.
06:33
Un galu galā, turpinot izlādēt arvien ātrāk un ātrāk,
06:36
mēs sasniedzam punktu, kur kondensators beidzot zaudē visu savu spriegumu.
06:40
Kad ģeneratora spriegums ir kļuvis 0, kondensators tajā pašā laikā
06:43
zaudē visu savu spriegumu, viss lādiņš ir prom, un nekavējoties,
06:47
kā redzi, kon- ē, ģenerators tagad sāk iet negatīvajā virzienā.
06:51
Kondensators arī saka: "Neapturi to strāvu.
06:53
Uzturi strāvas plūsmu, jo tagad es gribu uzlādēties pretējā
06:57
virzienā", jo spriegums kļūst negatīvs, kondensatora spriegumam arī
07:01
jākļūst negatīvam.
07:02
Tāpēc tas uzreiz saka: "Turpini to strāvu.
07:05
Turpini to strāvu, uzlādē mani pretējā virzienā."
07:08
Un tieši tāpēc šajā punktā tu redzi, ka spriegums ir 0,
07:14
bet, tā kā spriegums strauji pieaugs pretējā virzienā,
07:18
strāva kļūst maksimāla.
07:20
Tagad redzi to pašu, kas šeit – visātrākā uzlāde, bet pretējā
07:24
virzienā.
07:25
Un tad, laikam ejot, ievēro, ka spriegums turpina pieaugt pretējā
07:29
virzienā, bet tas pieaug arvien lēnāk un lēnāk.
07:32
Un kondensators saka: "Turpini mani lādēt pretējā virzienā.
07:35
Turpini to darīt, bet lēnāk, lēnāk, lai mans spriegums arī tiešām
07:39
pieaugtu arvien lēnāk."
07:41
Un tāpēc strāva sāk kļūt arvien mazāka,
07:45
un galu galā strāva nokrītas līdz 0, un tas atspoguļo, kur kondensatoram
07:50
ir maksimālais lādiņš pretējā virzienā.
07:53
Un tad stāsts turpinās.
07:55
Tā man patiešām patīk domāt par kondensatoriem un to, kas notiek
07:59
iekšā, un, ē, k- kas man tajā visvairāk patīk – mēs varam spert soli
08:04
tālāk un, un uzdot vairāk jautājumu.
08:06
Piemēram, kas notiktu, ja es palielinātu frekvenci šim
08:11
ģeneratoram, nemainot maksimālo spriegumu?
08:13
Ē, domā par to tā, ka sprieguma svārstības kļūst ātrākas,
08:18
labi? Bet maksimālais spriegums paliek nemainīgs.
08:20
Kādas izmaiņas redzēsim strāvā?
08:23
Nu, protams, ē, viena lieta ir tā, ka strāva arī svārstīsies ātrāk,
08:27
bet es gribu, lai tu padomātu par maksimālo strāvu.
08:30
Vai tu domā, ka tā mainīsies?
08:32
Kāpēc lai tā mainītos, vai kāpēc lai tā nemainītos?
08:35
Ē, tu vari spriest, izmantojot, zini, to pašu loģiku, bez vajadzības
08:38
skatīties vienādojumos, lai mēģinātu atbildēt uz šo jautājumu.
08:41
Vai vari iepauzēt un padomāt par šo?
08:45
Labi, ļauj man vispirms uz sekundi atbrīvoties no šiem punktiem.
08:48
Un, ē, paskatīsimies, kā izskatīsies jaunais sprieguma grafiks.
08:53
Tā kā spriegums svārstās ļoti ātrāk, bet starp tiem pašiem diviem
08:56
punktiem, sprieguma grafiks būs straujāks, šāds, un tas tā kā,
09:01
tā kā sarausies šādi.
09:02
Vai tas šķiet loģiski? Šis ir jaunais sprieguma grafiks, tādā pašā augstumā kā iepriekš,
09:06
bet ar augstāku frekvenci.
09:08
Labi, viena lieta, ko uzreiz vari redzēt, ir šajā punktā –
09:12
punktā, kur iegūsti maksimālo strāvu, jo kondensatoram jāuzlādējas
09:17
ļoti ātri; ievēro, ja liec spriegumam svārstīties ātrāk,
09:23
slīpums palielinās.
09:25
Tas iet uz... Tas, tas, tas palielinās, spriegums pieaug vēl
09:29
straujāk sākumā, salīdzinot ar iepriekšējo.
09:32
Un rezultātā tagad, kad ieslēdzu ģeneratoru, tajā punktā
09:36
kondensators saka: "Ei, man jāuzlādējas vēl ātrāk nekā iepriekš, jo
09:42
spriegums pieaug vēl straujāk nekā iepriekš," kas nozīmē, ka strāvai,
09:48
kas plūst ķēdē, tagad jābūt lielākai nekā iepriekš.
09:53
Un rezultātā tu redzēsi, ka maksimālā strāva ķēdē ir
09:59
daudz lielāka nekā iepriekš.
10:01
Vai tas šķiet loģiski?
10:02
Galvenokārt tāpēc, ka spriegums mainās ļoti strauji, kondensatoram jāuzlādējas
10:07
un jāizlādējas ļoti ātri.
10:09
Tas nozīmē, ka strāvai ķēdē jābūt daudz lielākai.
10:13
Palielinot frekvenci, iegūsti lielāku maksimālo strāvu, I0 palielinās.
10:17
Samazinot frekvenci, s- ma- ē, strāva I0 samazinās.
10:23
Un mēs varam uz to skatīties tīri loģiski, un tas saskan ar vienādojumu,
10:28
ko izvedām kādā citā video.
10:30
Mēs izvedām šo izteiksmi, un ievēro – šajā izteiksmē redzams, ka, ja
10:36
omega palielinās, kas apzīmē frekvenci, maksimālā strāva palielinās,
10:41
tāpēc tagad tas sāk šķist loģiski.
10:43
Un vari padomāt, kāpēc, ja palielini kapacitāti,
10:47
tad arī maksimālā strāva palielinās.
10:49
To atstāšu tev, bet es tikai gribēju parādīt, kā šie vienādojumi var sākt
10:53
šķist loģiski, ja sāc dziļāk domāt par to, kas notiek iekšpusē.
10:58
Stāsta morāle: kāpēc strāva kondensatorā apsteidz spriegumu?
11:03
Tāpēc, ka, lai mainītu kondensatora spriegumu, vispirms tas jāuzlādē vai
11:07
jāizlādē, un, lai to uzlādētu vai izlādētu, vispirms jāpludina
11:10
strāva, tāpēc strāvai ir jāapsteidz spriegums.