Электрическая ёмкость. Плоский конденсатор

Потенциал металлического уединённого тела с увеличением сообщённого ему заряда возрастает. При этом заряд Q и потенциал связаны между собой соотношением . Здесь С — электрическая ёмкость тела, определяющая заряд, который нужно сообщить телу, чтобы вызвать повышение его потенциала на 1В: [C]=[1Кл/1В]=[1Ф] - фарад.

В технике для получения ёмкостей используют конденсаторы — устройства, состоящие из двух металлических проводников, разделённых диэлектриком.

В частности, плоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин, расстояние d между которыми мало по сравнению с их размерами a и b. При подключении к источнику постоянного напряжения происходит зарядка конденсатора. Свободные электроны пластины, соединённой с положительным полюсом источника, переходят через источник на пластину, соединённую с его отрицательным полюсом. Этот процесс заканчивается, когда разность потенциалов между пластинами будет равна напряжению на источнике питания. В результате одна пластина конденсатора получит заряд +Q, а другая получит заряд -Q. При этом заряд Q и напряжение между пластинами связаны соотношением Q=CU. Отсюда C=Q/U — электрическая ёмкость конденсатора.

Она определяет заряд, который нужно сообщить одной из пластин, чтобы вызвать повышение напряжения между пластинами на 1В.

Для нахождения заряда Q при заданном U необходимо знать ёмкость конденсатора. Для плоского конденсатора , где — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, разделяющего пластины конденсатора; — электрическая постоянная; — площадь одной пластины; — расстояние между пластинами в метрах.

Промышленность выпускает конденсаторы различной ёмкости — от 1пФ до 1Ф, от 6В до сотен киловольт.

По типу диэлектрика конденсаторы делятся: бумажные, слюдяные, керамические и др.

Способы соединения конденсаторов

Параллельное соединение.

П ри этом потенциал пластин равен, а общий заряд . Тогда Q=C _общU= = .

В общем случае

Последовательное соединения.

При этом на пластинах всех конденсаторов будут равные заряды , т.к. если на внешние электроды поступает заряд от источника питания U, равный Q, то и на внутренних пластинах будет тот же заряд Q за счёт разделения зарядов с помощью электростатической индукции. И тогда заряд конденсатора будет тот же — Q.

Найдём общую ёмкость для этого случая.

U=Q/C_общ

; Q/C_общ=

; 1/С_общ=

Для двух конденсаторов С_общ= ; С_общ всегда меньше меньшего С.

Для n равных конденсаторов С_общ=С/n

Энергия конденсатора

При заряде конденсатора энергия источника преобразуется в энергию электрического поля конденсатора .

Физически накопление энергии в электрическом поле происходит за счёт поляризации молекул или атомов диэлектрика. Процесс этот идёт по экспоненциальному закону, как и многие другие процессы в природе.

При замыкании конденсатора на сопротивление происходит его разрядка и энергия электрического поля превращается в тепловую. Это процесс также идёт по экспоненциальному закону.