3. Два разноименно заряженных проводника называются конденсатором, если, если расстояние между ними намного меньше их размеров (рис.2.11)

Рис.2.11

Напряжение на конденсаторе U = φ1 - φ2.

Заряды на проводниках (обкладках) всегда равны по величине и разноименные по знаку, линии напряженности начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных заряда. Электрическое поле сосредоточено между обкладками, снаружи поля нет. Напряженность поля пропорциональна заряду на обкладках, значит, и заряд пропорционален напряженности поля. Так как электрическое поле в плоском конденсаторе однородно, то напряжение и напряженность поля связаны соотношением

U = Ed, где d – расстояние между обкладками. Следовательно

q = CU,

где С – коэффициент пропорциональности, называемый электрической емкостью. Единица измерения емкости [C] = [q]/[U] = Кл/В = Ф (фарада).

Электрическая емкость зависит от размеров конденсатора, его формы и диэлектрической проницаемости диэлектрика между обкладками. По форме конденсаторы могут быть сферические и цилиндрические, но практическое применение имеют конденсаторы, которые можно считать плоскими.

По виду диэлектрика конденсаторы бывают воздушные, керамические, стеклянные, электролитические, бумажные и др.

Напряженность электрического поля внутри конденсатора равна удвоенной напряженности, создаваемой одной пластиной. Это можно увидеть на рис.2.12.

Рис.2.12

За пределами пластин поля имеют противоположные направления и результирующая напряженность поля равна нулю. Внутри конденсатора силовые линии направлены в одну сторону.

; U = Ed; C = .

Если напряжение на конденсаторе сделать достаточно большим, то диэлектрик может пробиться разрядом. Поэтому каждый конденсатор характеризуется максимальным рабочим напряжением. При последовательном включении конденсаторов (рис.2.13) на каждый придется меньшее напряжение.

Рис.2.13

Заряд конденсаторов одинаков, т.е. q1 = q2 = q.

Общее напряжение распределяется между конденсаторами: U = U1 + U2 .

Заменив напряжение U = q/C, получим выражение для определения общей емкости С:

При параллельном соединении (рис.2.14) напряжение на всех конденсаторах одинаковое и равно напряжению U, подаваемому в цепь: U1 = U2 = U

Рис.2.14

Общий заряд, полученный конденсаторами q = q1 + q2.

Заменив заряд q = СU, получим выражение для определения общей емкости

С = С1 + С2

4. Если обкладки заряженного конденсатора замкнуть проводником, то в проводнике пойдет ток разрядки конденсатора и выделится тепло. Значит заряженный конденсатор обладает энергией. Эта энергия при разрядке затратится на работу перемещения заряда и вся превратится в теплоту.

Ток при разрядке меняется, работа по перемещению малого заряда dq равна dA = Udq, где dq = CdU. Значит, dA = UCdU.

Энергия конденсатора .

Можно энергию конденсатора выразить через напряженность электрического поля между обкладками. Для этого воспользуемся формулой емкости плоского конденсатора

,

где V – объем конденсатора между обкладками.

Полученное выражение показывает, что энергия заключена в электрическом поле (зависит от Е). Способность конденсатора запасать электрическую энергию используется в электротехнике, радиотехнике, электронике.