77. Конденсатори. Ємність плоского конденсатора.

Конденсáтор— система з двох чи більше електродів (обкладок), які розділені діелектриком, товщина якого менша у порівнянні з розміром обкладок. Така система має взаємну електричну ємність і здатна зберігати електричний заряд.

Прикладання електричної напруги до обкладок конденсатора спричиняє накопичення на них електричного заряду.

Основною характеристикою конденсатора є його електрична ємність (точніше номінальна ємність), яка визначає накопичений заряд. Ємність виражається у фарадах. Типові значення ємності конденсаторів складають від одиниць пікофарад до сотень мікрофарад. Але існують конденсатори з ємністю десятків фарад.

Ємність плоского конденсатора, яка складається з двох паралельних металічних пластин площиною S кожна, які розташовані на відстані d одна від одної, в системі СІ виражена

формулою 

,

де ε — відносна діелектрична проникність середовища, яке заповнює простір між пластинами.

Для отримання великих ємностей конденсатори з`єднують паралельно. Загальна ємність батареї паралельно з`єднаних конденсаторів дорівнює сумі ємностей всіх конденсаторів, які входять у батарею.

При послідовному з`єднанні конденсаторів заряди усіх конденсаторів однакові.

78. Паралельне та послідовне з’єднаня конденсаторів.

Конденсатором називається сукупність двох провідників, в яких накопичуються заряди, рівні по величині і різні за знаком.

Для отримання великих ємностей конденсатори з'єднують паралельно. Загальна ємність батареї паралельно з'єднаних конденсаторів дорівнює сумі ємностей всіх конденсаторів, які входять у батарею.

Заряди розподіляються прямопропорційно ємності конденсаторів.

При послідовному з`єднанні в результаті електростатичної індукції на конденсаторах будуть однакові заряди:Q₁=Q₂=Q

Напруги розподіляються обернено пропорційно величині їх ємностей

Загальна ємність батареї послідовно з'єднаних конденсаторів дорівнює

Ця ємність завжди менша мінімальної ємності конденсатора, який входить в батарею. Але при послідовному з'єднанні зменшується загроза пробою конденсаторів, оскільки на кожний конденсатор надходить лише частина різниці потенціалів джерела напруги.

Еквівалентна ємність

Конденсатори також характеризуються питомою ємністю — відношення ємності до об`єму (або маси) конденсатора.

79 .Як і будь-яка система заряджених тіл, конденсатор має енергією. Обчислити енергію зарядженого плоского конденсатора з однорідним полем всередині нього нескладно.     Енергія зарядженого конденсатора. Для того щоб зарядити конденсатор, треба виконати роботу з розділення позитивних і негативних зарядів. Відповідно до закону збереження енергії ця робота дорівнює енергії конденсатора. У тому, що заряджений конденсатор володіє енергією, можна переконатися, якщо розрядити його через ланцюг, що містить лампу розжарювання, розраховану на напругу в кілька вольт (ріс.14.37). При розрядці конденсатора лампа спалахує. Енергія конденсатора перетворюється в тепло та енергію світла

Виведемо формулу для енергії плоского конденсатора.     Напруженість поля, створеного зарядом однієї з пластин, дорівнює Е / 2, де Е-напруженість поля в конденсаторі. В однорідному полі однієї пластини знаходиться заряд q, розподілений по поверхні іншої пластини (ріс.14.38). Відповідно до формули (14.14) для потенційної енергії заряду в однорідному полі енергія конденсатора дорівнює

де q - заряд конденсатора, а d - відстань між пластинами.     Так як Ed = U, де U - різниця потенціалів між обкладками конденсатора, то його енергія дорівнює:     Ця енергія дорівнює роботі, яку здійснить електричне поле при зближенні пластин впритул.     Замінивши у формулі (14.25) різниця потенціалів або заряд за допомогою виразу (14.22) для електроємності конденсатора, отримаємо:     Можна довести, що ці формули справедливі для будь-якого конденсатора, а не тільки для плоского.     Енергія електричного поля. Відповідно до теорії близькодії вся енергія взаємодії заряджених тіл сконцентрована в електричному полі цих тіл. Значить, енергія може бути виражена через основну характеристику поля - напруженість.     Так як напруженість електричного поля прямо пропорційна різниці потенціалів (U = Ed, то згідно з формулою енергія конденсатора прямопропорційна квадрату напруженості електричного поля всередині нього:

80. Електричний струм – це упорядкований потік електрично заряджених частинок. Хаотичний рух заряджених частинок не створює електричного струму. За напрям електричного струму умовно беруть напрям руху позитивно заряджених частинок. Для виникнення електричного струму потрібні такі умови 1) наявність вільно рухомих заряджених частинок; 2) наявність електричного поля, під дією якого утворився б упорядкований потік заряджених частинок. За цих умов на будь-якій ділянці всередині провідника існуватиме електричне поле, напруженість якого Е=-Δφ/Δl. Електричне поле виконуватиме роботу переміщення зарядженої частинки ΔА=qΔφ. Постійний електричний струм - електричний струм, незмінний у часі. Насправді для постійного струму незмінним є перш за все знач. напруги (вимір.у вольтах), а не значення струму,хоча значення струму також може бути незмінним. Тому термін постійний струм, слід розуміти,як постійну напругу. Щоб добути неперервний струм у провіднику, треба весь час поповнювати енергію електричного поля. Для цього до кінців провідника приєднують джерело електричного струму.