4. Электрическая емкость. Конденсатор. Способы изменения электрической емкости конденсаторов. Параллельное и последовательное соединения конденсаторов.

Проводники различной формы и различного размера, заряженные одинаковым количеством электричества, приобретают различные потенциалы. Это является следствием того, что такие проводники обладают различной электроемкостью. При одной и той же форме большую емкость будут иметь тела больших размеров. Так, например, емкость шара прямо пропорциональна его емкости.

Емкость тел зависит от близости окружающих предметов и их физических свойств. При приближении к проводнику другого проводника его емкость увеличивается.

В международной системе единиц за единицу емкости принята емкость такого проводника, потенциал которого при увеличении заряда на 1 кулон повышается на 1 вольт. Эта единица называется фарадой (Ф).

1фарад=1кулон/1вольт.

Это очень большая величина. На практике применяются меньшие единицы: микрофарада (мкФ), равная 10^-6Ф и пикофарада (пФ), равная 10^-12 Ф.

Два проводника, изолированные один от другого и помещенные в непосредственной близости, образуют конденсатор. Емкость конденсатора зависит от площади поверхности проводников, которые выполняются в виде пластин. Для увеличения емкости увеличивают число пластин, соединяя их вместе с одной стороны (рис 1 а)

Пластины называют обкладками конденсатора. Они могут быть самых различных форм.

Емкость конденсатора С численно равна заряду, который ему надо сообщить, чтобы разность потенциалов между его обкладками равнялась 1 вольту:

C=q/(₂-₁)=q/U (1.3)

Электрическое поле конденсатора сосредоточено между обкладками и поэтому окружающие конденсатор тела практически не влияют на его емкость.

При введении между обкладками конденсатора диэлектрика его емкость увеличивается. Степень увеличения емкости зависит от типа диэлектрика, т.е. от его диэлектрической проницаемости:

=C/C₀,

где, C₀- емкость конденсатора с воздушным диэлектриком; С - емкость того же конденсатора с твердым или жидким диэлектриком.

Емкость конденсатора зависит также от расстояния d между его обкладками. Формула для определения емкости плоского конденсатора с двумя пластинами, учитывающая все выше перечисленные факторы, имеет вид:

C=S/(4d)*1/(9e11) (Ф) (1.4)

Здесь S - площадь одной из пластин, см^2, d- расстояние между пластинами (толщина диэлектрика) , см, - диэлектрическая проницаемость.

Для увеличения площади обкладок последние выполняются в виде двух полосок фольги, свернутых в рулон и изолированных друг от друга бумажной лентой. При этом увеличиваются габариты конденсатора.

Уменьшение расстояния между обкладками конденсатора с целью увеличения его емкости наиболее эффективным сказывается в электролитических (оксидных) конденсаторах, в которых в качестве диэлектрика используется тонкая пленка окисла аммония. Однако уменьшение d уменьшает электрическую прочность конденсатора (т.е. из-за избежания электрического пробоя, выводящего конденсатор из строя) снижается его рабочее напряжение.

Наиболее эффективным способом увеличения емкости конденсаторов является применение в них диэлектриков с большим значением диэлектрической постоянной (например керамический).

Для увеличения емкости конденсаторы соединяю параллельно (рис1 б). При этом общая емкость полученной батареи равна суме емкостей всех входящих в нее конденсаторов: С_пар=С₁+С₂+С_3.При последовательном соединении конденсаторов общая емкость С_послоказывается меньше наименьшей емкости входящих в батарею конденсаторов и может быть определено по формуле:

1/C_посл=1/C₁+1/C₂+1/C₃

Рис. 1