Jak obliczyć natężenie prądu w obwodzie ładowania ładowarki akumulatora?

Prostym przykładem obwodu ładowania jest obwód rezystancyjno-kondensatorowy. Rozważmy na przykład obwód składający się z baterii, rezystora i nienaładowanego kondensatora połączonych szeregowo z przełącznikiem, który przerywa ścieżkę przewodzenia obwodu zamkniętego, jeśli jest on otwarty. Jeśli przełącznik jest zamknięty, w obwodzie może płynąć prąd. Początkowo prąd I osiąga maksimum i jest mierzony przez napięcie baterii V podzielone przez rezystancję rezystora R. Następnie, wraz z upływem czasu, ładunek q na kondensatorze rośnie. W miarę ładowania kondensatora prąd płynący przez obwód maleje, a po pełnym naładowaniu kondensatora jego wartość spada do zera. Natężenie prądu jest miarą natężenia prądu.


1. Oblicz stałą czasową, zwaną również czasem relaksacji. Stała czasowa T jest dana iloczynem rezystancji R i pojemności C, jak następuje: T = R*C sekund. Na przykład, jeśli C = 1e-6 faradów (z oznaczeniem ea jako wykładnikiem), R = 10e6 omów, to stała czasowa wynosi T = 1e-6*10e6 = 10 sekund. Ta wartość wskazuje, jak szybko ładuje się kondensator.

2. Oblicz maksymalną wartość prądu. Maksymalną wartość prądu I można obliczyć przy początkowym zamknięciu przełącznika i jest ona wyrażona wzorem I = V/R amperów, gdzie R to rezystancja, a V to napięcie na akumulatorze. W przykładzie z prądem, gdzie V = 12 V i R = 10e6 omów, prąd I wynosi 12/10e6 = 1,2e-6 amperów.

3. Oblicz chwilowy prąd w danym momencie po zamknięciu przełącznika. Nazwij chwilowy prąd i. Jest on powiązany z maksymalną wartością prądu I poprzez wzór i = I*exp(-t/T) A, gdzie T jest stałą czasową, t jest czasem, który upłynął od momentu zamknięcia przełącznika, a exp() jest funkcją wykładniczą. W bieżącym przykładzie, gdzie C = 1e-6 Faradów, R = 10e6 Ohmów, a napięcie na baterii wynosi 12 V, początkowa wartość prądu po zamknięciu przełącznika została określona w kroku drugim na 1,2e-6 A, stała czasowa z kroku pierwszego wynosi 10 sekund, a chwilowy prąd w czasie t wynosi i = 1,2e-6exp(-t/10) Amperów. Jeśli minęło 5 sekund od zamknięcia przełącznika, to chwilowy prąd wynosi i=1,2e-6exp(-5/10) Amperów. Funkcję exp można znaleźć w większości kalkulatorów i wynik powinien wynosić exp(-5/10)=0,606, co daje chwilowy prąd i = 1,2e-6*0,606 = 0,727e-6 amperów.