2. Конденсаторы

_{Электрический конденсатор - электротехническое устройство, предназначенное для накопления значительного количества разноименных электрических зарядов. Конденсатор состоит из двух проводников (обкладок), разделенных диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с линейными размерами обкладок. Две плоские металлические пластины, расположенные параллельно и разделенные слоем диэлектрика, образуют плоский конденсатор.}

3. Электрическая емкость конденсатора.

Физическая величина, определяемая отношением заряда q одной из пластин конденсатора к напряжению между обкладками конденсатора, называется электроемкостью конденсатора:

. (6.1)

При неизменном расположении пластин электроемкость конденсатора является постоянной величиной при любом заряде на пластинах.

Единица электроемкости. Единица электроемкости в международной системе — фарад (Ф). Электроемкостью 1 Ф обладает такой конденсатор, напряжение между обкладками которого равно 1 В при сообщении обкладкам разноименных зарядов по 1 Кл. .

Электроемкость плоского конденсатора. Напряженность   поля между двумя пластинами плоского конденсатора равна сумме напряженностей полей, создаваемых каждой из пластин:

 .

Если на пластинах площадью S находятся электрические заряды + q и - q, то на основании формул (38.5) и (38.6) для модуля напряженности поля между пластинами можем записать

. (6.2)

Для однородного электрического поля связь между напряженностью   и напряжением U дается выражением  , где d — в данном случае расстояние между пластинами, U — напряжение на конденсаторе.    Из выражений (6.1), (6.2) и (5.11) получаем

. (6.3)

Электроемкость конденсатора прямо пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между обкладками.    При введении диэлектрика между обкладками конденсатора его электроемкость увеличивается в   раз:

. (6.4)

Энергия заряженного конденсатора.

Если на обкладках конденсатора электроемкостью C находятся электрические заряды + q и - q, то согласно формуле (42.1) напряжение между обкладками конденсатора равно

 . (6.5)

В процессе разрядки конденсатора напряжение между его обкладками убывает прямо пропорционально заряду q от первоначального значения U до 0. Среднее значение напряжения в процессе разрядки равно

 . (6.6)

Для работы А, совершаемой электрическим полем при разрядке конденсатора, будем иметь:

. (6.7)

Следовательно, потенциальная энергия W_p конденсатора электроемкостью C, заряженного до напряжения U, равна

. (6.8)

Энергия конденсатора обусловлена тем, что электрическое поле между его обкладками обладает энергией. Напряженность E поля пропорциональна напряжению U, поэтому энергия электрического поля пропорциональна квадрату его напряженности.

4. Закон Кулона.

Основной закон электростатики был экспериментально установлен французским физиком Шарлем Кулоном. В опытах Кулона измерялись силы взаимодействия заряженных шаров. Опыты показали, что модуль силы   взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел прямо пропорционален произведению абсолютных значений зарядов q₁ и q₂ и обратно пропорционален квадрату расстояния r между телами:

. (3.1)

Сила   направлена вдоль прямой, соединяющей заряженные тела. Она является силой отталкивания при одинаковых знаках зарядов q₁ и q₂ и силой притяжения при разных знаках.    Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием.

Единица электрического заряда. В международной системе за единицу заряда принят кулон (Кл).    Кулон — это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.

  Электрическая постоянная. Коэффициент пропорциональности k в выражении закона Кулона в системе СИ равен

 . (3.2)

   Вместо коэффициента k часто используется коэффициент, называемый электрической постоянной. Электрическая постоянная  связана с коэффициентом k выражением

 . (3.3)

Отсюда следует  ;

.

  С использованием электрической постоянной закон Кулона имеет вид

 . (3.4)