18. Електрична ємність. Класифікація конденсаторів.

Дослідами встановлено, що відношення величини заряду провідника до відповідного значення потенціалу - величина стала. Це відношення називається електроємністю, або просто ємністю провідника, і записується такою формулою: q = Cj . Зміна величини заряду буде :Dq = CDj .

Електрична ємність провідника чисельно дорівнює зарядові, який потрібний для зміни потенціалу провідника на одиницю Електроємність залежить від геометричних розмірів і форми провідника, розташування навколо нього інших провідників, діелектричних властивостей середовища. Електроємність не залежить від матеріалу провідника і його агрегатного стану, наявності порожнин, величини заряду. Конденсатором називають систему з двох металевих електродів, розміщених на близькій відстані один від одного і розділених шаром діелектрика. Електричне поле в конденсаторах повністю або майже повністю зосереджене в просторі між провідниками і, отже, зазнає незначних змін під дією зовнішніх полів. Тому електроємність конденсаторів практично не залежить від наявності оточуючих тіл (провідників). Різнойменно заряджені провідники конденсаторів називають обкладками Конденсатори широко використовують в електротехнічних і радіотехнічних схемахЗа будовою і діелектриками між провідниками розрізняють повітряні, керамічні, слюдяні, паперові, електролітичні конденсатори. Конденсатори бувають сталої і змінної ємності.

Кожний конденсатор характеризується крім ємності також пробивною або робочою напругою. Тому, щоб дістати потрібну ємність при даній робочій напрузі, доводиться конденсатори з’єднувати в батарею - паралельно, послідовно або мішано.

Паралельне з’єднання застосовують для того, щоб дістати більшу ємність, ніж ємність одного конденсатора При послідовному з’єднані обкладки окремих конденсаторів мають заряди, чисельно однакові, але протилежні за знаком .За формою конденсатори розрізняють: Плоскі

Циліндричні,Сферичні

19. Електричне поле в діелектрику. Поляризація діелектриків.

Оскільки діелектрик зменшує силу взаємодії зарядів, тобто ослаблює електричне поле, можна зробити висновок, що заряди всередині молекул діелектрика справді зміщуються.Оскільки ядро в кілька тисяч раз масивніше від електрона, а останній рухається в атомі з дуже великою швидкістю (порядку 106 м/с), ядро реагує лише на середню силу притягання до електронів в атомі. Тому можна вважати, що весь негативний заряд хмари зосереджений у її центрі, а весь атом, розміщений в електричному полі, можна розглядати як систему двох однакових за величиною і протилежних за знаком зарядів q = Zp, які розміщені на відстані l. Таку систему називають д и п о л е м. Отже, коли атом потрапляє в зовнішнє електричне поле, він перетворюється в електричний диполь, який створює своє електричне поле, що ослаблює зовнішнє поле в діелектрику.Добутокр_ел = lq називається е л е к т р и ч н и м м о м е н т о м диполя. Електричний момент р_ел є вектор, напрямлений уздовж l від негативного заряду до позитивного, модуль якого визначається співвідношенням: Рел = lq .Виявляється, що електричний момент молекул, зумовлений зміщен­ням електронних хмар відносно ядер, прямо пропорційний напруженості поля Е, тобто :Рел = а Е ,а називається е л е к т р о н н о ю п о л я р и з о в а н і с т ю молекули). Тоді, чим більша напруженість зовнішнього поля Е, тим більшими стають електричні моменти диполів у діелектрику. При цьому всі вектори електричних моментів молекул діелектрика будуть напрямлені паралельно Е. Такий діелектрик називається п о- л я р из о в а н и м, а його диполі називаються м' я к и м и, бо їх довжина l залежить від Е. Поляризація діелектрика, зумовлена зміщенням електронних хмар у молекулах відносно ядер, називається електронною поляризацією. Вона буває в будь-якому діелектрику і характерна тим, що не залежить від температури.

Якщо в молекулі немає центра симетрії, то вона має власний елек­тричний момент і тоді, коли в діелекгрику немає поля . Оскільки атоми в такій молекулі жорстко зв'язані, можна вважати, що її електричний момент не залежить від зовнішнього поля в діелектрику. Такі диполі називають ж о р с т к и м и. На рисунку вище зображено дві можливі конфігурації молекули типу А2В: а) —неполярна молекула, результуючий дипольний момент дорівнює нулю, б) — полярна молекула, результуючий дипольний момент визначається векторною сумою дипольних моментів окремих зв'язків. Природними диполями є, наприклад, молекули води, в яких атоми розміщені, як на рис. 4, б (зв'язки ОН утворюють кут 105°).

Коли зовнішнього поля немає, природні диполі розміщені хаотично, тому їх поля взаємно скомпенсовані. Проте, якщо внести такий діелектрик у зовнішнє поле, то на кожний диполь діятиме пара сил (рис. 5,а). Тому жорсткі диполі повертаються, а в потужному полі навіть шикуються ланцюжками вздовж ліній напруженості поля (рис. 23,6). Диполі при цьому створюють власне поле (рис. 5, в), яке ослаблює зовнішнє поле в діелектрику. Це явище називається орієнтаційною або дипольною поляриза­цією діелектрика. Легко зрозуміти, що орієнтаційна поляризація повинна зменшуватись при підвищенні температури діелектрика, оскільки хаотичний рух диполів порушує їх упорядковане розміщення в поляризованому діелектрику. У кристалічних діелектриках, що мають іонну будову, буває ще й третій тип поляризації. Внаслідок впливу зовнішнього поля позитивні іони діелектрика зміщуються в напрямі вектора напруженості, а негативні іони— у зворотний бік. Таке явище називається і о н н о ю п о л я р и з а ц і є ю діелектрика.