4 Ємність. Конденсатор

4.1 Сполучення конденсаторів

Конденсатор - це елемент, який складається з двох металевих пластин чи провідників всякої форми, розділених діелектриком. На обкладках ( різних пластинах ) конденсатора, приєднаних до затискачів джерела живлення, накопичуються рівні за величиною, але протилежні за знаком заряди. Величина цих зарядів пропорційна прикладеній напрузі. Властивість конденсаторів накопичувати й утримувати електричні заряди характеризуються ємністю конденсатора.

Рисунок 4.1-Конденсатори а), б) - паперові, в)електролітичні.

Назва конденсатора залежить від діелектрика , який використовується між пластинами, наприклад: діелектрик - повітря, конденсатор-повітряний; діелектрик -слюда, конденсатор - слюдяний.

Розміри конденсатора залежать, від напруги прикладеної до конденсатора. Чим більше робоча напруга, тим більше розміри конденсатора.

Ємність конденсатора - це постійна величина, яка дорівнює відношенню заряду однієї з обкладок до прикладеної напруги. Позначається - с, Ф.

Але фарада є дуже великою одиницею вимірювання, тому частіше використовують: мкФ ( 10^-6 Ф )-мікрофарад;

пФ ( 10^-12 Ф ) –пікофарад;

нФ(10^-9Ф)-нанофарад.

Позначення ємності в електричних схемах вказане на рис. 4.2:

Рисунок 4.2 - Позначення ємності в електричних схемах

Окремі конденсатори з’єднуються один з одним декількома засобами:

Паралельне сполучення конденсаторів - це коли кілька конденсаторів ввімкнено між одними і теми же двома вузлами так, що напруга на них однакова:

Рисунок 4.3 - Приклад паралельного сполучення конденсаторів

Тоді заряди на обкладках окремих конденсаторів:

а заряд, отриманий від джерела:

У всякому випадку сполучення конденсаторів можна замінити ємністю рівнозначного (еквівалентного) конденсатора при умові, що напруга, яка подається на обкладки еквівалентного конденсатора, буде дорівнювати напрузі, яка подається до крайних зажимів групи цих конденсаторів. Тобто еквівалентний конденсатор накопичує той же заряд, що й група конденсаторів. Тоді, загальна ємність еквівалентного конденсатора для паралельного сполучення конденсаторів буде:

Таким чином, при паралельному сполученні конденсаторів загальна ємність еквівалентного конденсатора дорівнює сумі ємностей окремих конденсаторів цього сполучення.

Послідовне сполучення конденсаторів - це коли кілька конденсаторів ввімкнено так, що на обкладках окремих конденсаторів електричні заряді рівні за величиною:

Рисунок 4.3 - Приклад послідовного сполучення конденсаторів

Від джерела живлення заряди поступають лише на зовнішні обкладки кола конденсаторів, а на з’єднаних між собою внутрішніх обкладках суміжних конденсаторів виникає переніс заряду з тією ж величиною з однієї обкладки на іншу. Тому на них з’являються рівні й різнойменні заряди. При цьому напруга між обкладками окремих конденсаторів залежить від ємностей цих конденсаторів:

Загальна напруга буде:

Тоді, загальна ємність еквівалентного конденсатора для послідовного сполучення конденсаторів буде:

Таким чином, при послідовному сполученні конденсаторів величина, яка обернена загальній ємності еквівалентного конденсатора, дорівнює сумі обернених величин ємностей окремих конденсаторів цього сполучення.

Змішане сполучення конденсаторів - це коли у колі є як послідовне так і паралельне сполучення конденсаторів. Для цього сполучення притаманні властивості паралельного та послідовного з’єднання конденсаторів.