ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ. КОНДЕНСАТОРЫ.

Устройство, состоящее из двух проводников, разделенных диэлектриком, называют конденсатором.

Проводники, которые называют обкладками, могут иметь форму плоских пластин, цилиндров, секторов и т.д.

Диэлектрик, разделяющий обкладки, выполняют из специальной массы, трансформаторного масла, парафинированной бумаги, слюды, воздуха и т.д.

Конденсатор, выполненный из плоских пластин, называют плоским.

Емкость плоского конденсатора

(3-5)

Чем меньше расстояние между пластинами, тем больше емкость конденсатора. Если пластины конденсатора замкнуть накоротко (d=0), то его емкость .Это означает, что конденсатор перестает быть накопителем зарядов. Следовательно, проводник имеет емкость, равную бесконечности.

Напряженность поля определяется как

или (3-6)

Таким образом, чем меньше расстояние между обкладками, тем больше напряженность поля, если напряжение постоянно по величине.

При подключении конденсаторов к источнику питания на их обкладках накапливаются электрические заряды, равные по величине, но обратные по знаку (рис.26).

Опыт показывает, что величина зарядов Q, накапливаемых на любой из обкладок конденсатора, пропорциональна напряжению U, подводимому к конденсатору, площади поверхности одной обкладки S, абсолютной диэлектрической проницаемости ε_с диэлектрика, который разделяет обкладки, и обратно пропорциональна расстоянию d между обкладками.

Q = U ε_с S/ d или (3-7)

Рис. 26

Величины d, S, ε_с - характеризуют конструктивные параметры конденсатора и связаны соотношением

(3-8)

где С – емкость конденсатора. Т.е. емкость конденсатора характеризует его конструктивные параметры.

Тогда

(3-9)

Эта формула устанавливает связь между величиной накапливаемых на пластинах зарядов и напряжением, приложенным к обкладкам конденсатора.

При подаче на конденсатор постоянного напряжения на пластинах сосредотачиваются равные количества зарядов противоположных знаков. Причем .

При изменении напряжения изменяется и электрический заряд. При изменении заряда на пластинах меняется и напряжение, а в цепи создается электрический ток, величина которого определяется скоростью изменения заряда на обкладках конденсатора, т.е.

, (3-10)

где

Тогда

. (3-11)

Или можно записать

(3-12)

Когда заряд положителен и возрастает, ток положителен, и в конденсатор поступает электрическая энергия из внешней цепи. Если же заряд положителен, но убывает, ток отрицателен, и энергия, ранее накопленная в электрическом поле конденсатора, возвращается к источнику.

Ток в проводниках, соединяющих конденсатор с источником, есть ток проводимости. Ток в диэлектрике емкостного элемента является током смещения. Ток проводимости и ток смещения – есть единый процесс изменения зарядов в электрической цепи.

Емкость данного конденсатора есть величина постоянная, и измеряется в фарадах.

[ С ] = 1К/1В = 1Ф (фарада). В электротехнических установках обычно встречаются емкости порядка одной миллионной доли фарады – микрофарады (мкФ): 1мкф=10^-6ф. Также измеряется емкость в нанофарадах: 1нф=10^-9ф.

Электрическую емкость можно сравнить с емкостью сосуда при заполнении его газом. При постоянном объеме количество газа в сосуде пропорционально давлению. Чем оно выше, тем большее количество газа вместит сосуд. В этой аналогии давление играет роль напряжения, количество газа соответствует электрическому заряду, постоянное отношение между количеством газа и давлением соответствует емкости. Это сопоставление можно продолжить : механическая прочность стенок сосуда является пределом заполнения его газом - при превышении ее сосуд разорвется. Электрическая прочность диэлектрика между обкладками конденсатора ограничивает напряжение, а следовательно, и заряд, которым можно зарядить конденсатор; при слишком высоком напряжении произойдет пробой диэлектрика.