Конденсаторы

Система проводников, предназначенных для образования значительной емкости.

Плоский конденсатор

Будем считать, что зазор между пластинками мал по сравнению с их размерами, та что краевыми эффектами можно пренебречь.

; ; ; ;

; С = εС₀;

Сферический конденсатор

Состоит из двух концентрических шаровых обкладок, разделенных слоем диэлектрика.

Е сли внутренней обкладке сообщить +Q, то на внешней образуется индуцированный заряд –Q.

Если d= , <<r, то r₂ r₁, ; , то .

4πr² – площади сферической обкладки.

Цилиндрический конденсатор

Состоит из двух цилиндрических обкладок, имеющих общую ось и разделенных цилиндрическим слоем диэлектрика. Коаксиальные.

r₂ – радиус внешнего, r₁ – радиус внутреннего, q₁ – заряд на единицу длины.

Последовательное

···

Параллельное

Q₁ = C₁u; Q₂ = C₂u; … Q_n = C_nu

Широкое применение в имеют в настоящее время бумажные конденсаторы для напряжений в несколько сот вольт и емкостью в несколько фарад. Обкладками служат две длинные ленты тонкой металлической фольги, а изолирующей прокладкой между ними – несколько более широкая бумажная лента, пропитанная парафином.

Применяемые в радиотехнике конденсаторы небольшой емкости (до 5000 nф) являются разновидностью плоских конденсаторов. В них листки станиоля перекладываются парафинированной бумажной или слюдой так, что все нечетные листки станиоля, соединенные вместе, образуют одну обкладку конденсатора, тогда как четные листки образуют другую обкладку.

В мощных генераторах электрических колебаний высокой частоты применяют конденсаторы малой емкости горшечного типа. В них внутренняя и внешняя поверхности диэлектрика металлизированы и являются пластинами конденсатора.

Широко применяются также конденсаторы переменной емкости, изменение их емкости осуществляется вращением системы окислов параллельно соединенных пластин относительно подобной же системы неподвижных пластин.

Электролитические конденсаторы – в которых диэлектриком служит тончайший слой алюминия, отчего при малых размерах они обладают значительной емкостью (десятки и сотни микрофарад).

Поляризация диэлектриков

В идеальных диэлектриках нет свободных зарядов, способных под действием внешнего электрического поля перемещаются по всему объему. Все электрические заряды диэлектрика связаны с атомами и молекулами вещества. Под действием поля эти заряды, получившие название связанных зарядов, могут смещаться только в пределах микроскопических объемов. Процесс смещения связанных зарядов под действием внешнего электрического поля называется поляризацией диэлектрика. При результате поляризации на поверхности диэлектрика появляются поляризационные заряды.

Опыт 1. При поднесении незаряженного диэлектрика показания электрометра уменьшаются, когда палочка находится вблизи электрометра, и вновь восстанавливаются при удалении платины диэлектрика.

Опыт 2. Если бы вместо диэлектрика мы приближали к электрометру проводник, то мы наблюдали такое же явление. Но на проводнике возникают заряды, которые изменяют электрическое поле. Отсюда можно заключить, что на диэлектрике в электрическом поле также возникают заряды: по ближайшей к телу части диэлектрика появляются заряды, разноименные с зарядом влияющего тела, а на удаленной части диэлектрика – одноименные заряды.

Появление зарядов на диэлектрике ведет к возникновению сил, действующих на диэлектрик.

П алочка начнет поворачиваться и установится своей осью вдоль силовых линий поля, т. е. таким образом, что ее ось окажется направленной к центру шара. Это свидетельствует о том, что на ближайшей к шару части палочки появляются заряды, разноименные с зарядом шара, а на удаленной части – одноименные.

Явление поляризации диэлектриков имеет сходство с индукцией на проводниках. Однако между этими явлениями есть и различие. Разъединяя в электрическом поле проводник на части, можно отделить друг от друга индукционные заряды и поэтому после исчезновения поля, разъединенные части проводника остаются заряженными. Разъединяя же в электрическом поле диэлектрики, мы найдем, что после устранения поля каждая часть диэлектрика делается по-прежнему незаряженной, т. е. отделить друг от друга поляризационные заряды невозможно.

Это различие объясняется тем, что в металлах отрицательный заряд существует в виде электронов проводимости, которые могут перемещаться на значительные расстояния. Поэтому индукционные заряды в металлах можно отделить друг от друга. В диэлектриках же заряды обоих знаков связаны друг с другом и могут только смещаться на малые расстояния в пределах одной молекулы.

Вообще поляризованный диэлектрик можно изобразить в виде собрания молекул, в каждый из которых равные положительные и отрицательные заряды распределены равномерно по всему объему молекулы. При поляризации заряды в каждой молекуле смещаются в противоположные стороны.

Т . е. каждая молекула превращается в электрический диполь.

α = (P^E) – угол между моментом диполя и напряженностью поля.

.

Направление такого, что М Е Р и образует правовинтовую систему.