3. Понятие об электрической ёмкости. Зависимость емкости от геометрических размеров плоского конденсатора

Электрическая ёмкость — характеристика проводника, характеризующая его способность накапливать электрический заряд. Ёмкость определяется как отношение величины заряда проводника к потенциалу проводника. Ёмкость обозначается как C.

C=Q/φ где Q — заряд, φ — потенциал. В системе СИ ёмкость измеряется в фарадах.

Понятие ёмкости также относится к системе проводников, в частности, к системе двух проводников, разделённых диэлектриком — конденсатору. В этом случае взаимная ёмкость этих проводников (обкладок конденсатора) будет равна отношению заряда, накопленного конденсатором, к разности потенциалов между обкладками. Для плоского конденсатора ёмкость равна:

C=ε₀εS/d,

где S — площадь обкладок, d — расстояние между обкладками, ε — диэлектрическая проницаемость среды между обкладками, ε₀ = 8.854*10^-12 Ф/м — электрическая постоянная.

Сила, действующая на обкладки конденсатора: F = Q²/(2ε₀εS)

4. Способы соединения конденсаторов в батарею. Расчет общей электроемкости батареи конденсаторов

Конденсаторы могут соединяться между собой, образуя батареи конденсаторов. При параллельном соединении конденсаторов напряжения на конденсаторах одинаковы: U1 = U2 = U, а заряды равны q1 = С1U и q2 = C2U. Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор электроемкости C, заряженный зарядом q = q1 + q2 при напряжении между обкладками равном U. Отсюда следует:

С = (q1 + q2)/U или C = C1 + C2.

Таким образом, при параллельном соединении электроемкости складываются.

При последовательном соединении одинаковыми оказываются заряды обоих конденсаторов: q1 = q2 = q, а напряжения на них равны U1 = q/C1 и U2 = q/C2. Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор, заряженный зарядом q при напряжении между обкладками U = U1 + U2. Следовательно, C = q/(U1+U2) или 1/C = 1/C1 + 1/C2.

При последовательном соединении конденсаторов складываются обратные величины емкостей.

Формулы для параллельного и последовательного соединения остаются справедливыми при любом числе конденсаторов, соединенных в батарею.

5. Понятие электрического тока в металлах и электролитах

Ток — направленное движение электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в металлических проводниках — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в полупроводниках — электроны и так называемые «дырки» («электронно-дырочная проводимость»). Также существует «ток смещения», протекание которого обусловлено процессом заряда емкости, то есть изменением разности потенциалов между обкладками. Между обкладками никакого движения частиц не происходит, но ток через конденсатор протекает.

Ток характеризуется силой тока, которая в системе СИ (система единиц) измеряется в амперах, и плотностью тока, которая в системе СИ измеряется в амперах на квадратный метр.

Сила тока I в проводнике равна величине заряда, проходящего в единицу времени через полное его сечение: I = dq/dt, где dq – заряд, прошедший через сечение проводника за время dt. Сила тока величина сколярная.

Плотность тока j по абсолютной величине равна величине заряда, проходящего в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению движения зарядов. Плотность тока это вектор, направление которого совпадает с направлением скорости движения заряженных частиц.

j = 1/S * dq/dt = I/S.

Различают постоянный и переменный ток. Постоянный ток — это ток, направление которого не изменяется со временем. Направление же переменного тока изменяется во времени. Величиной, характеризующей переменный ток, является частота (в системе СИ измеряется в герцах), в том случае, когда его сила изменяется периодически.

Ток, пропущенный через организм человека или животного, может вызвать электрические ожоги, фибрилляцию мышц сердца и даже смерть.

По технике безопасности, минимально ощутимый человеком ток составляет 1 мА. Опасным для жизни человека ток становится начиная с силы примерно 0,01 А. Смертельным для человека ток становится начиная с силы примерно 0,1 А (переменный ток 50 Гц) и 0,3 А (постоянный ток). Безопасным считается напряжение менее 42 В.