11.5 Електроємність провідника. Конденсатори. Ємність конденсатора. Енергія системи зарядів.

Електроємність провідника

1. Електроємність - характеризує здатність провідника накопичувати електричний заряд. Вона залежить від форми, розмірів провідника і його навколишнього середовища.

2. Визначення. Електроємність - це фізична величина, яка чисельно дорівнює відношенню заряду провідника q до його потенціалу φ.

3. Це скалярна величина.

4. Для кулі С = 4πεε₀r, де ε - діелектрична проникність навколишнього середовища вище, ε₀ - електрична постійна r - радіус кулі.

5. [C] = Ф (Фарад) Ф = Кл / В.

6. Визначення. Один Фарад - це електрична ємність провідника, при якій провідник накопичує заряд в 1 Кл, маючи потенціал 1В.

* 1 Ф - це дуже велика ємність, на практиці користуються мкФ (микрофарад) і пФ. (пикофарад)

1 мкФ = 10^-6 Ф; 1 пФ = 10^-12 Ф.

Конденсатор (прилад)

1. Конденсатор призначений для накопичення великих електричних зарядів.

2. Схематичне позначення (рисунок 11.12).

3. Будова. Конденсатор складається з двох провідників, що мають рівні по модулю й протилежні за знаком заряди. Якщо конденсатор складається з двох пластин, розділених між собою діелектриком, то його називають плоским конденсатором.

1. 4. Принцип дії. Візьмемо 2 пластини, розділені діелектриком (рисунок 11.13). Якщо зарядити пластину 2 позитивним зарядом, то на пластині 1 заряди перерозподіляться (Рисунок 11.13 а). Якщо заземлити пластину 1 (Рисунок 11.13 б), то електрони з Землі компенсують позитивний заряд пластини 1. Внаслідок притягання електричні заряди, що залишилися будуть розміщені на внутрішніх поверхнях пластин і електричне поле завжди буде зосереджене всередині конденсатора.

Я кщо збільшити заряд на пластині 2, то з Землі додається деяка кількість електронів на пластину 1. Причому електрони будуть додаватися, поки заряди пластини 1 і 2 цієї статті не вирівняються (по модулю).

* Збільшувати заряди на пластинах конденсатора безкінечно не можна, бо може статися пробій діелектрика, і конденсатор (якщо він не повітряний) вийде з ладу.

* Заряди на пластинах конденсатора завжди рівні за модулем і протилежні за знаком.

Ємність конденсатора

Ємність плоского конденсатора розраховують за формулами, , де q - заряд, який має конденсатор, U - різниця потенціалів на конденсаторі, ε - діелектрична проникність діелектрика конденсатора, ε₀ = 8,85∙10^-12 Н∙м²/Кл² - електрична постійна, S - площа перекриття однієї поверхні пластини конденсатора, d - відстань між пластинами конденсатора. З формули випливає: чим більше площа S, тим «вільніше» розмістяться на ній заряди, відштовхування між ними буде менше, і кожна пластина зможе утримувати більший заряд. Чим більше відстань d між пластинами, тим слабкіше заряди на одній пластині будуть притягувати заряди на інший.

Звернемо також увагу на те, що С не залежить від q або U і, оскільки величина q пропорційна U.

Таблиця 11.1 - З’єднання конденсаторів

Паралельне з’єднання		Послідовне з’єднання
С = С1 + С2 +...+ Сn U = U1 = U2 =...= Un q = q1 + q2 +...+ qn			U = U1 + U2 +...+ Un q1 = q2 =...= qn