2. Електрична ємність та конденсатори

2.1 Електрична ємність конденсатора та енергія зарядженого конденсатора

Електрична ємність-це здатність провідника накопичувати заряд при зміні потенціалу на 1 вольт.

,

Для накопичення електричної ємності використовуються конденсатори.

Конденсатор-це пристрій, який має здатність накопичувати однакові за величиною та різні за знаком електричні заряди. Простіший за конструкцією плоский конденсатор складається з паралельно розташованих пластин (обкладок), розділених шаром діелектрика. Явище накопичення заряду в конденсаторі зв’язано з виникненням електричного поля в його діелектрику.

Ємність плоского конденсатора

Одиницею ємності є Фарад (Ф), але Фарад- це велика одиниця, тому ємність виражають в мікрофарадах (1 мкФ=10^-6 Ф) та пікофарадах(1пФ=10^-12 Ф).

Конденсатори розрізняють за формою електродів (плоский та циліндричний) та за типом діелектрика (слюда, папір, кераміка, повітря, електроліт ).

Ємність плоского конденсатора, якщо відомі його геометричні розміри

,

де S- площа пластини, м² ;

4. відстань між пластинами, м.

Ємність плоского багатопластинного конденсатора

,

де n- кількість пластин.

Якщо конденсатор підключити до джерела постійної напруги, то він зарядиться і в його електричному полі накопичиться енергія W_C. Якщо після заряду відключити конденсатор від джерела, то на його пластинах залишуться протилежні за знаком електричні заряди, при цьому на кожну пластину буде діяти механічна сила. Сила

F, яка діє на позитивно заряджену, утворюється полем від’ємно зарядженої пластини. Якщо негативно заряджену пластину закріпити, а позитивно заряджена вільна, то вона під дією сили F притягниться і переміститься на відстань d до негативно зарядженої пластини. При цьому виникне нейтралізація зарядів та зникне поле. Механічна робота А, яка здійснюється при цьому , дорівнює

А=F d.

Сила, з якою негативно заряджена пластина притягує до себе позитивно заряджену пластину

.

Звідки, .

Відповідно закону збереження, механічна робота А повинна дорівнювати енергії W_C, яка початково зосередилася в електричному полі, тобто W_C =А.

Тому, енергія електричного поля конденсатора

.

2. 2 Способи з’єднання конденсаторів

2.2.1 Паралельне з'єднання конденсаторів

Паралельне з'єднання - це з'єднання, коли всі виводи одного боку конденсаторів підключені до одного затискача або точки схеми, а виводи другого боку – до другого затискача або точки схеми.

Рис.5

Властивості паралельного з'єднання конденсаторів:

1. Напруги на виводах окремих конденсаторів однакові і дорівнюють напрузі на затискачах джерела електричної енергії :

U₁ = U₂ = U ₃ = U

2. Заряд на конденсаторах розподіляється прямопропорційно ємності.

На конденсаторах більшої ємності – більший заряд. Справді, розглянемо відношення зарядів. Оскільки U₁ = U₂ , то

= ;

3. Загальна (еквівалентна) ємність дорівнює сумі ємностей окремих конденсаторів:

С_екв = С₁ + С₂ + С₃ . Якщо С₁=С₂=С₃…=С_n , то

С_екв= n C_n, де n - кількість конденсаторів однакової ємності;

3. Загальний (еквівалентний) заряд дорівнює сумі зарядів окремих конденсаторів:

Q= Q₁ + Q₂ + Q₃ .

Справді, кожен конденсатор накопичує заряд залежно від його ємності (у більшої ємності більший заряд).

3. Якщо конденсатори мають різні робочі (номінальні) напруги, то напруга джерела енергії не повинна перевищувати мінімальної робочої напруги кожного з конденсаторів .

Паралельне з'єднання конденсаторів застосовується для збільшення електричної ємності.