Purtroppo, la maggior parte degli educatori sembra concentrarsi sulla memorizzazione meccanica delle equazioni, piuttosto che sull'intuizione e sulla comprensione. La migliore spiegazione dei condensatori "intuitiva" che ho visto finora proviene da William Beaty. Ecco un'immagine da quella spiegazione:

Beaty parla molto di come funzionano le cose realmente e distingue tra l'euclideo o il "greco punto di vista "che coinvolge la memorizzazione di equazioni; contro il "punto di vista babilonese" dove i concetti sono molto più importanti delle equazioni. Cerca di ottenere immagini e analogie per fornire una comprensione visiva e visiva di qualcosa. ( a)

La maggior parte di queste descrizioni "intuitive" di dispositivi elettrici utilizza un analogia idraulica.

Con entrambi i condensatori e gli induttori, l'energia può essere immagazzinata "nel" dispositivo. Spesso andiamo rapidamente avanti e indietro tra il pompaggio di energia nel dispositivo e l'estrazione di energia dal il dispositivo.

Ogni volta che abbiamo qualcosa in una scatola che contiene qualcosa - energia, riso, acqua, biglie, ecc. - e ogni volta che andiamo avanti e indietro tra il mettere gradualmente qualcosa nella scatola e gradualmente prendere qualcosa fuori dalla scatola - i picchi (massimo) della "quantità di roba nella scatola" sono sempre in ritardo all'inizio di mettere qualcosa nella scatola. Inoltre, il punto più basso nelle valli (minima) "quantità di cose nella scatola" è sempre in ritardo all'inizio di estrarre le cose dalla scatola. Il momento in cui abbiamo la quantità massima di cose in quella scatola avviene nell'istante in cui ci fermiamo mettere le cose nella scatola e iniziare a estrarre le cose dalla scatola.

Aggiungiamo più energia a un condensatore spingendo gli elettroni da un lato (e tirando fuori lo stesso numero di elettroni dall'altro lato). La tensione ("pressione") attraverso il condensatore può essere utilizzata per calcolare quanta energia è immagazzinata nel condensatore.

Aggiungiamo più energia a un induttore forzando una forza elettromotrice attraverso i suoi terminali. Il flusso di elettroni ("corrente") attraverso l'induttore può essere utilizzato per calcolare quanta energia viene immagazzinata "nell'induttore".

Pensa in questo modo semplice:

1. un condensatore è composto da due piastre e non c'è tensione tra di loro allo stato iniziale.

2. se viene applicata una tensione esterna, non c'è ancora tensione tra le piastre.

3. il condensatore inizia a caricarsi per raggiungere il potenziale dei terminali; così facendo consumerà corrente, inizialmente il valore massimo, poi sempre meno mentre si carica allo stato completo.

Ed ecco l'immagine per aiutare:

La forma d'onda blu è la tensione del gradino di ingresso, quella nera e quella rossa sono la tensione e la corrente attraverso il condensatore. Le formule sono quelle che conosci.

Da qui in poi puoi estrapolare con quanto detto Curd, e poi più avanti.

Bene, questo è il genere di cose che tutti dovrebbero capire nel proprio modo intuitivo. Uno dei modi per immaginare questo ritardo è questo:

L'equazione che descrive il condensatore: $$ {I} _ {C} = C \ cdot \ frac {d} {dt} {U} _ { c} $$ Quindi abbiamo una derivata lì dentro. Supponiamo che la tensione del nostro condensatore sia un'onda sinusoidale. Qual è la derivata di un'onda sinusoidale? Un coseno. E viceversa.

Ora, capisco che tu sappia già tanto quanto questo. Per avere un'idea più chiara di cosa sta realmente accadendo con la corrente e il voltaggio, prova questo simulatore elettronico visivamente piacevole. Ci sono tantissimi altri esempi. Puoi costruire il tuo circuito e osservare la corrente e la tensione in modo accattivante, invece di guardare i grafici.

La persona che ha realizzato questo simulatore ha anche molte interessanti applicazioni java per la fisica. Aiutano a comprendere il magnetismo, l'acustica e molti altri.

Se ho commesso degli errori di seguito, spero che qualcuno più esperto mi correggerà, mi voterà negativamente o altro. :)

Prima controlla queste due sorgenti per alcuni bei grafici di tensione e corrente per condensatori e induttori.

Cappucci: http://www.tpub.com/ neets / book2 / 4b.htm

Induttori: http://www.tpub.com/neets/book2/4.htm

Ora per un condensatore lo carichi applicando una fonte di tensione in questo caso la tua onda sinusoidale. Ebbene, la velocità di carica di un condensatore è direttamente correlata alla velocità di variazione della sorgente di tensione applicata (vedere fonti di seguito). Quando inizi ad applicare la tua onda sinusoidale a T (0) sei alla massima velocità di cambiamento e quindi il condensatore sta immagazzinando la carica alla velocità massima (per questa onda sinusoidale applicata comunque). Quindi qui stai caricando il più velocemente possibile, il che significa che la corrente sta urlando nel condensatore. In verità gli elettroni fluiscono in una piastra e fuori dall'altra creando un campo elettrico tra le due piastre. Quindi la corrente scorre ma non fluisce fisicamente attraverso lo spazio o dialettica tra le due piastre.

Ora mentre procedi lungo la tua onda sinusoidale, la velocità di variazione della tensione diminuisce T (1) nel diagramma, quindi circola meno corrente.

Quando si arriva a T (2), il punto zero non ha velocità di variazione, quindi non scorre corrente.

Ecco perché c'è quella differenza di fase.

Ora per l'induttore. Quando la corrente fluisce in un induttore, attorno ad esso si crea un campo magnetico. La creazione di quel campo è contrastata dallo spazio attorno ad esso, e inoltre il materiale che si trova in quello spazio cambia la quantità di spinta indietro che sentirà (quindi pensa ai nuclei di ferro, ecc.). Ora all'inizio della tua onda sinusoidale (T (0) nel diagramma) stai cercando di cambiare la corrente e l'induttore ti sta spingendo indietro dicendo che non passerà corrente. La tensione sta cercando di spingere la corrente attraverso la quale sta creando il nostro campo magnetico che viene respinto dallo spazio circostante, quindi alla fine il flusso di corrente viene bloccato. Fondamentalmente l'induttore si spinge indietro con una caduta di tensione che interrompe il flusso di elettroni.

Proprio mentre la tensione inizia a scendere nel secondo quarto di ciclo il campo appena creato inizia a collassare e la corrente fluisce dall'induttore (T (1) nel diagramma). La quantità di flusso di corrente aumenta fino a quando la tensione raggiunge il segno zero, qui scorre la massima corrente. Man mano che si procede, la velocità di variazione della tensione aumenta e l'induttore inizia a soffocare il flusso di corrente fino a quando non si raggiunge nuovamente la velocità di variazione massima e non c'è flusso.

Spero che questo aiuti, inoltre ho usato anche questo altro sito come riferimento: http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_15/1.html Ha una bella spiegazione di induttori.

Non ti fornisco immagini visive ma una descrizione in qualche modo visiva:

Come puoi vedere un resistore come un dispositivo che "trasforma" la corrente in tensione (così come la tensione in corrente) puoi vedi un condensatore come un dispositivo che trasforma la carica in tensione.

La carica è corrente integrata nel tempo.

Quindi se la corrente scorre attraverso un condensatore non vedi la tensione istantaneamente ma solo dopo che una quantità di carica si è accumulata.

Quindi la corrente attraverso un condensatore è proporzionale alla velocità di variazione della tensione, cioè è proporzionale alla pendenza della curva tensione-tempo.

Dato che i segnali di corrente e tensione sono segnali sinusali, si ottiene lo sfasamento perché

cos (wt) = sin (wt + 90 °)

e

d / dt sin (wt) = w * cos (wt)

In un modo molto intuitivo, affinché un condensatore aumenti la sua tensione, ha bisogno di accumulare carica, quindi deve prima esserci corrente per un po '. Pertanto, la tensione ritarda la corrente nel tempo.

Inoltre, la tensione aumenterà se la corrente è positiva (perché la carica si accumula) e diminuirà (e alla fine diventerà negativa) quando la corrente è negativa. Di conseguenza, i picchi di tensione si verificano quando la corrente attraversa lo zero (cambia segno), perché passa da incrementale a decrementale e viceversa. Questo spiega esattamente la fase di 90 gradi.

Il comportamento dell'induttore può essere spiegato in un modo molto simile, ma invertendo i ruoli. Il ragionamento inizierebbe dicendo che affinché la corrente si accumuli attraverso un induttore, dovrebbe essere presente una tensione per un po ', quindi la corrente ritarda la tensione nel tempo. Ecc.

Per una reale comprensione, dovremmo scartare la matematica e concentrarci sulle cose fisiche.
Pensa che qualsiasi condensatore è solo una struttura composta da una coppia di piastre (con un materiale dielettrico inserito tra le piastre, come l: l) . Non è utilizzabile a meno che non sia caricata, cioè una piastra è caricata con + ve carica (e l'altra piastra è con carica -ve).

Durante la ricarica, ogni piastra inizia a ricevere le rispettive cariche e gradualmente la piastra si accumula con sempre più cariche. L'aumento delle cariche è in realtà l'aumento della concentrazione di carica, chiamato anche aumento del potenziale (Vc).

Per aumentare gradualmente la carica, il fornitore di ricarica deve essere più potenziale di quello del condensatore Se il fornitore è di potenziale costante (Vs), la differenza di potenziale (Vs-Vc) si riduce gradualmente che risulta graduale caduta di corrente. Infine Vc raggiunge Vs e la corrente si ferma. Se analizziamo la situazione, la corrente di carica diminuisce con il potenziale del condensatore (Vc) in aumento.

Se il fornitore di ricarica è una sorgente CA, il potenziale del fornitore aumenta gradualmente nel primo trimestre e diminuisce nel secondo quarto e così via. Durante il 1 ° trimestre, il condensatore si carica e raggiunge gradualmente la tensione della sorgente. Durante il 2 ° trimestre, il condensatore si scarica nuovamente al fornitore poiché il potenziale di quest'ultimo è inferiore al primo. Questo fenomeno si ripete in ogni semiciclo e la carica è considerata il fenomeno di riferimento. L'afflusso di carica al condensatore è la prima azione e il potenziale accumulo è il risultato successivo. Chiamiamo il potenziale (tensione) in ritardo rispetto alla corrente.