Конденсаторы. Уединенные проводники имеют небольшую емкость

Уединенные проводники имеют небольшую емкость. Однако в технике используются устройства, обладающие электроемкостью до нескольких фарад. Такими устройствами являются конденсаторы. В основе принципа устройства конденсаторов положен тот факт, что при приближении к уединенному заряженному проводнику другого (даже незаряженного) проводника электроемкость системы значительно возрастает. В поле уединенного проводника на приближающемся теле возникают индуцированные заряды, причем заряды знака, противоположного сообщенному уединенному проводнику, располагаются к нему ближе и сильней влияют на его поле. Потенциал проводника по модулю уменьшается, а заряд сохраняется. Это означает, что его электроемкость растет.

Удаленные части приближающегося проводника можно соединить с Землей (заземлить), чтобы индуцированный заряд того же знака, что сообщенный уединенному проводнику, распределился по поверхности Земли и не оказывал влияния на потенциал системы. Очевидно, что, максимально приблизив противоположно заряженные проводники, можно достичь заметного увеличения электроемкости. Соответственно конденсаторы изготавливают плоскими, когда противоположно заряженные проводники (обкладки конденсатора) в виде, например, полосок фольги, разделяют тонким слоем диэлектрика. В этом случае электрическое поле системы оказывается сосредоточенным в пространстве между обкладками, и внешние тела не оказывают влияния на емкость конденсатора. Можно представить также обкладки в виде концентрических цилиндров или сфер.

Электроемкостью конденсатора, по определению, называется величина отношения заряда каждой из обкладок к разности потенциалов между ними:

где называется напряжением между обкладками.

Напряженность электрического поля между двумя плоскостями, заряженными одинаково по модулю, но противоположно по знаку определяется соотношением:

- диэлектрическая проницаемость материала между обкладками конденсатора.

Умножив напряженность поля на расстояние между обкладками конденсатора , получим разность потенциалов между обкладками:

Если площадь пластин конденсатора равна , то поверхностная плотность заряда

Тогда из соотношения (16.9) получаем:

Следовательно емкость плоского конденсатора определяется формулой: