12. Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Применение конденсаторов.

1. Конденсаторы.

Физическая величина, характеризующая способность проводника накапливать электрические заряды, называют электроемкостью.

Электроемкостью двух проводников называют отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между ними. ; .

Конденсаторы – устройства, служащие для накопления электрических зарядов и электрической энергии, электроемкость которых не зависит от внешних условий, т.е. имеет определенную величину. Для получения определенной электроемкости берут два проводника, располагают их как можно ближе друг к другу, а между ними помещают диэлектрик. Диэлектрик играет двоякую роль:1) увеличивает электроемкость; 2) не дает зарядам нейтрализоваться. Два проводника, в которых накапливаются заряды, называются обкладками конденсатора. Чтобы электроемкость конденсатора сохранялась и не зависела от окружающих тел, все электрическое поле его зарядов должно быть сосредоточено между обкладками. Поэтому расстояние между обкладками конденсатора должно быть мало по сравнению с их линейными размерами. Накопление зарядов на обкладках конденсатора называется его зарядкой. Нейтрализация зарядов конденсатора при соединении его обкладок проводником называется разрядкой. Количество электричества q, которое переходит с одной обкладки на другую в процессе разрядки конденсатора, называется его зарядом. Этот заряд q равен количеству электричества, находящегося на одной из обкладок заряженного конденсатора. Он прямо пропорционален напряжению U между обкладками конденсатора. Поэтому электроемкость конденсатора выражается формулой: . При изготовлении конденсатор рассчитывается на определенное рабочее напряжение. Если напряжение на конденсаторе окажется выше предельного, то его диэлектрик будет пробит. Такой конденсатор к дальнейшему употреблению не пригоден.

или Электроемкость плоского конденсатора, где S – площадь пластин; d – расстояние между пластинами; _с – абсолютная проницаемость среды; _с=₀*. ₀ – электрическая постоянная;  - относительна диэлектрическая проницаемость вещества.

2. Соединение конденсаторов в батарею.

А) Последовательным называется такое соединение конденсаторов, при котором отрицательно заряженная обкладка предыдущего конденсатора соединена с положительно заряженной обкладкой последующего. При последовательном соединении на всех обкладках конденсаторов будут одинаковые по величине заряды q.

+ -

q₁=q₂=q₃=q_n ;

U₁+U₂+U₃+…+U_n=U_{батареи};

или в частном случае, когда два конденсатора: .

Б) Параллельным называется соединение конденсаторов, при котором все положительно заряженные обкладки присоединены к одному проводу, а отрицательно заряженные – к другому. В этом случае напряжения на всех конденсаторах одинаковы и равны U, а заряд на батарее q_б равен сумме зарядов на отдельных конденсаторах.

q_б=q₁+q₂+q₃+ q_n;

U₁=U₂=U₃=U_n;

C_б=С₁+С₂+С₃+…С_n.

3. Энергия заряженного конденсатора.

Работа сил электрического поля при перемещении заряда q между двумя точками поля равна qU, если напряжение U остается постоянным. Однако при зарядке конденсатора напряжение на его обкладках возрастает от нуля до U, и при вычислении работы поля для напряжении в этом случае нужно брать его среднее значение. Таким образом:

, но т.к. А идет на увеличение энергии, то А=W.

Если учесть q=CU, то