Билет №2

Электроемкость. Конденсаторы. Электроемкость плоского конденсатора. Энергия электрического поля.

Физическую скалярную величину, определяемую отношением C= q/U называют электроемкостью. Она характеризует способность систе­мы проводников накапливать электрический заряд.

Электроемкость уединенного проводника равна отношению заряда провод­ника к его потенциалу и является для данного проводника величиной постоянной: C= q/φ.

Электроемкость определяется геометрической формой, размерами проводника и диэлектрической проницаемостью среды, в которой он находится. Она не зависит от вещества проводника, находящегося на нем заряда и его потенциала.

В СИ единицей электроемкости является фарад — это электроемкость уеди­ненного проводника, потенциал которого увеличивается на один вольт при сооб­щении ему заряда один кулон.

Для практического использования электрической энергии необходимо уметь ее накапливать. Эта задача решается с помощью конденсатора — специального электрического устройства.

Конденсатор — устройство, состоящее из изолиро­ванных друг от друга проводников, предназначенное для накопления (аккумуля­ции) электрического заряда и энергии.

Проводники, образующие конденсатор, называются его обкладками. Как правило, при зарядке конденсатора заряды его обкладок равны по величине и противоположны по знаку. Под зарядом конденсатора понимают значение заряда положительно заряженной обкладки.

Плоским называется конденсатор, состоящий из двух параллельных металлических пластин (обкладок), расположенных на небольшом расстоянии друг от друга и разделенных слоем диэлектрика.

Электроемкостью (емкостью) конденсатора называется физическая скаляр­ная величина, равная отношению заряда конденсатора к разности потенциалов между его обкладками: С= . q/ (φ₁ - φ₂).

Электроемкость конденсатора зависит от его размеров и формы, а также свойств заполняющего его диэлектрика. Следовательно, C= q/U = εε₀S/d, где ε₀ — электрическая постоянная, ε — диэлектрическая проницаемость ве­щества между пластинами, S — площадь обкладки, d — расстояние между об­кладками.

Емкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади его обкладок, диэлектрической проницаемости заполняющего его вещества и обратно про­порциональна расстоянию между пластинами.

Разность потенциалов между обкладками конденсатора нельзя повышать беспредельно, так как увеличиваются электрические силы, стремящиеся ото­рвать друг от друга разноименно заряженные части молекул диэлектрика. При некотором предельном для данного конденсатора значении разности потенциа­лов происходит разрушение диэлектрика. Заряды обкладок практически мгновен­но нейтрализуются, т. е. происходит пробой конденсатора. Конденсатор при этом выходит из строя. Внешне пробой конденсатора часто проявляется в виде электрических искр, проходящих через диэлектрик. Таким образом, каждый кон­денсатор характеризуется максимальным рабочим напряжением, при превыше­нии которого происходит его пробой.

В зависимости от используемого диэлектрика различают бумажные, воз­душные, электролитические, керамические, слюдяные, полистирольные конденсаторы.

Кроме того, по используемому рабочему напряжению конденсаторы подраз­деляются на низковольтные и высоковольтные.

Заряженный конденсатор обладает энергией, которую можно рассматривать либо как потенциальную энергию взаимодействия зарядов, сосредоточенных на обкладках, либо как энергию создаваемого этими зарядами электрического поля, заключенного между обкладками конденсатора.

Энергия заряженного конденсатора определяется работой, совершенной для его зарядки (способ зарядки на величину энергии не влияет), т. е. на пере­мещение заряда с одной обкладки на другую для создания заданного напряжения на обкладках:

А= W = qU/2 = q²/2C = CU²/2.