8.Конденсатори. З’єднання конденсаторів.

На практиці, однак, необхідні пристрої, які мають здатність при малих розмірах і невеликих відносно навколишніх тіл потенціалах нагромаджувати значні за величиною заряди. Ці пристрої – конденсатори.

Конденсатор складається з двох провідників, які розділені діелектриком. Щоби на ємність конденсатора не впливали навколишні тіла, провідникам надають таку форму, щоб поле, яке створюється зарядами, було зосереджено у вузькому проміжку між обкладками конденсатора.

О скільки поле зосереджене всередині конденсатора, то лінії напруженості починаються на одній обкладці і закінчуються на іншій і тому вільні заряди, що виникають на різних обкладках, є однаковими за модулем різнойменними зарядами.

Ємність конденсатора – фізична величина, що числово дорівнює відношенню величини заряду q, нагромадженого у конденсаторі, до різниці потенціалів між його обкладками:

.

З алежно від форми обкладок конденсатори поділяються на плоскі, циліндричні і сферичні.

І. Плоский конденсатор.

Я кщо обкладки конденсатора мають форму паралельних між собою пластин, то його називають плоским (рис. 139). Площа пластин конденсатора S і якщо лінійні розміри пластин великі порівняно з d, то електричне поле між пластинами можна вважати еквівалентним полю між двома нескінченними площинами, які заряджені різнойменно і поверхневі густини яких дорівнюють і . Крім того, відстань d повинна бути настільки малою, щоб порушення однорідності поля поблизу його країв можна було не брати до уваги.

Напруженість електричного поля і різниця потенціалів між обкладками конденсатора в цьому випадку дорівнюють:

, ,

де - відносна діелектрична проникність середовища, що заповнює простір між пластинами.

Отже, ємність плоского конденсатора:

.

Ємність конденсатора, який має шаруватий діелектрик (рис. 140), визначають за формулою:

.

Іі. Циліндричний конденсатор.

Циліндричний конденсатор утворюють дві металеві трубки різних радіусів, вставлені одна в одну аксіально, тобто так, що їх осі збігаються, і розділені шаром діелектрика (рис. 141). Поза конденсатором поля, створені внутрішньою і зовнішньою обкладками, взаємно знищуються. Поле створюється між обкладками тільки зарядом циліндра радіусом , оскільки заряд зовнішнього циліндра всередині конденсатора не створює електричного поля. Різниця потенціалів між обкладками циліндричного конденсатора

.

Тоді ємність циліндричного конденсатора

.

Якщо шар діелектрика дуже тонкий, то

і

.

Але площа обкладки циліндричного конденсатора. В результаті

.

Коли обкладки циліндричного конденсатора розділені дуже тонким шаром діелектрика, його електроємність з достатньою точністю можна обчислити за формою плоского конденсатора.

Ііі. Сферичний конденсатор.

О бкладки такого конденсатора – це дві концентричні провідні сфери з радіусами і , розділені тонким шаром діелектрика завтовшки d (рис. 142) і . Поля поза конденсатором, створені внутріш­ньою та зовнішньою обкладками, взаємно знищуються. Поле між обкладками створюється зарядом q кулі радіусом , а заряд зовнішньої кулі всередині цієї кулі не створює електричного поля. Різниця потенціалів між обкладками конденсатора дорівнює

.

Тоді електроємність сферичного конденсатора

Якщо товщина шару діелектрика d мала, то можна вважати . Тоді

,

де - площа обкладки конденсатора.

Коли сферичний конденсатор має дуже тонкий шар діелектрика, його електроємність можна обчислювати за формулою ємності плоского конденсатора.

Конденсатор характеризується не лише електроємністю, а й „пробивною напругою” – різницею потенціалів між його обкладками, при якій може відбутися пробій, тобто електричний розряд через шар діелектрика в конденсаторі. Величина пробивної напруги залежить від властивос­тей діелектрика, його товщини і форми обкладок.

Для збільшення ємності і варіювання її можливих значень конденсатори з’єд­нують в батареї.