11 Электроемкость. Конденсаторы. Соединение конденсаторов
В электростатическом поле все точки проводника имеют один и тот же потенциал, который пропорционален заряду проводника, т.е. отношение заряда q к потенциалу φ не зависит от заряда q. (Электростатическим называется поле, окружающее неподвижные заряды). Поэтому оказалось возможным ввести понятие электрической ёмкости C уединённого проводника: C = q / φ.
Электроёмкость – это величина, численно равная заряду, который нужно сообщить проводнику, чтобы его потенциал изменился на единицу.
Ёмкость определяется геометрическими размерами проводника, его формой и свойствами окружающей среды и не зависит от материала проводника.
Единицы измерения для величин, входящих в определении ёмкости:
Ёмкость – обозначение C, единица измерения – Фарад
(Ф, F);
Электрический заряд – обозначение q, единица измерения – кулон (Кл, C);
φ – потенциал поля – вольт (В, V).
Можно создать систему проводников, которая будет обладать ёмкостью гораздо большей, чем отдельный проводник, не зависящей от окружающих тел. Такую систему называют конденсатором. Простейший конденсатор состоит из двух проводящих пластин, расположенных на малом расстоянии друг от друга. Электрическое поле конденсатора сосредоточено между обкладками конденсатора, то есть внутри его. Ёмкость конденсатора: С = q / (φ1 – φ2) = q / U (1.23).
(φ1 – φ2) – разность потенциалов между обкладками конденсатора, т.е. напряжение. Ёмкость конденсатора зависит от его размеров, формы и диэлектрической проницаемости ε диэлектрика, находящегося между обкладками.
C = ε∙εo∙S / d, где
S – площадь обкладки;
d – расстояние между обкладками;
ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика между обкладками;
εo – электрическая постоянная 8,85∙10‾12 Ф/м.
При необходимости увеличить ёмкость конденсаторы соединяют между собой параллельно.
Cобщ = C1 + C2 + C3 (1.26)
При параллельном соединении все конденсаторы находятся под одним напряжением, а общий их заряд Q. При этом каждый конденсатор получит заряд Q1, Q2, Q3, ...
Q = Q1 + Q2 + Q3 (1.27)
Q1 = C1∙U; Q2 = C2∙U; Q3 = C3∙U. Подставим в (1.27):
C∙U = C1∙U + C2∙U + C3∙U, откуда C = C1 + C2 + C3 (и так для любого количества конденсаторов).
При последовательном соединении:
1/ C общ = 1/ C1 + 1/ C2 + ∙∙∙∙∙ + 1/ Cn (1.28)
Вывод формулы.
Общее напряжение всех конденсаторов U. Напряжение на отдельных конденсаторах U1, U2, U3,..., Un.
U = U1 + U2 + ∙∙∙∙∙ + Un (1.29).
Из (1.23) следует, что U1 = Q/ C1; U2 = Q/ C2; Un = Q/ Cn. Подставим в (1.29) и разделим на Q, получим (1.28).
Единицы измерения ёмкости:
Ф – фарад. Это очень большая величина, поэтому используют меньшие величины:
1
мкФ = 1 μF = 
Ф
(микрофарада);
1
нФ = 1 nF = 
Ф
(нанофарада);
1
пФ = 1pF = 
Ф
(пикофарада).
12. Свободные (сторонние) и связанные заряды. Поляризация диэлектрика. Вектор р поляризации диэлектрика
Свободные электрические заряды – все электрические заряды, которые под влиянием электрического поля могут перемещаться на макроскопические расстояния и заряды, нанесённые извне на поверхность диэлектриков и нарушающие их нейтральность. Связанные заряды – это заряды, входящие в состав нейтральных молекул диэлектриков.
Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно. Поляризацию диэлектриков характеризует вектор электрической поляризации.
Вектор поляризации P — векторная физическая величина, равная дипольному моменту единицы объёма вещества, возникающему при его поляризации, количественная характеристика диэлектрической поляризации. Измеряется в В/м.