Понятие электрической емкости
Если изолированному проводнику сообщить электрический заряд, то вокруг такого проводника образуется электрическое поле, а сам проводник приобретет потенциал.
Чем больше величина заряда Q, тем выше потенциал j проводника и тем большей потенциальной энергией обладает электрическое поле.
Для данного проводника, находящегося в неизменной среде, отношение заряда к потенциалу есть величина постоянная. Эта величина называется электрической емкостью или просто емкостью данного проводника и обозначается буквой С и определяется по формуле:
.
Единицей емкости служит фарад (Ф).
Фарад – это емкость такого проводника, потенциал которого повышается на 1 В при сообщении проводнику заряда 1 Кл.
Фарад – крупная единица, поэтому часто емкость выражают в микрофарадах (1 мкФ= 10–6 Ф) и пикофарадах (1 пФ = 10–12 Ф).
Емкость проводника не зависит от массы проводника и от того, из какого материала он сделан. Но емкость проводника находится в прямой зависимости от диэлектрической проницаемости среды.
Если, например, проводник перенести из воздуха в керосин, то его емкость увеличится примерно в 2 раза.
Кроме того, емкость зависит от формы проводника и от того, есть ли по соседству с ним другие проводники и на каком расстоянии от него они находятся.
Если расположить по соседству несколько проводников, то нужно рассматривать емкость системы этих проводников, а не емкость одного заряжаемого проводника. При сближении проводников емкость системы увеличивается.
|
|
|
Обычно используется система из двух проводников. Достигнуть значительной величины емкости такой системы можно, если взять проводники большой поверхности и расположить их в среде с большой диэлектрической проницаемостью на незначительном расстоянии один от другого. Система проводников такого устройства называется конденсатором.
Электрическая емкость конденсатора
Конденсатор представляет собой устройство, состоящее из двух металлических пластин или проводников произвольной формы (обкладок), разделенных диэлектриком. Простейший по устройству плоский конденсатор образуется плоскими параллельно расположенными металлическими пластинами, разделенными слоем изоляции (см. рис.). Если пластины конденсатора присоединить к источнику питания с постоянным напряжением U, то на них образуются равные по величине, но противоположные по знаку электрические заряды +Q и –Q.
Явление накопления заряда в конденсаторе связано с возникновением электрического поля в его диэлектрике. Под действием сил поля на поверхностях диэлектрика, прилегающих к его обкладкам, возникают связанные заряды. Они отталкивают одноименные заряды обкладок и притягивают разноименные. В результате на одной обкладке конденсатора образуется положительный заряд, а на другой – отрицательный.
|
|
|
Емкостью конденсатора называется величина, численно равная заряду, который нужно сообщить одной из обкладок, чтобы разность потенциалов (напряжение) между ними повысилась на единицу, т. е.
.
Емкостью в 1 Ф обладает конденсатор, у которого при заряде каждой обкладки в 1 Кл напряжение между ними равно 1 В.
Конденсаторы различаются формой обкладок, типом диэлектрика (слюда, бумага, керамика) и емкостью. В электролитических конденсаторах диэлектриком служит тонкая пленка оксида алюминия с очень высокой диэлектрической проницаемостью. Такие конденсаторы имеют большую емкость при сравнительно небольших размерах и применяются только в цепях постоянного тока. Каждый конденсатор характеризуется номинальными емкостью и напряжением, которое длительное время выдерживает его диэлектрик.
Воздушные конденсаторы состоят из системы подвижных пластин (ротора) и системы неподвижных пластин. При перемещении ротора изменяется активная площадь пластин, т. е. площадь, находящаяся в электрическом поле. Воздушные конденсаторы применяются в качестве плавно регулируемых небольших переменных емкостей.
|
|
|
По форме обкладок конденсаторы подразделяются на плоские, цилиндрические и сферические.
Емкость плоского конденсатора можно определить по формуле
.
Из последней формулы видно, что емкостьплоского конденсаторапрямо пропорциональна диэлектрической проницаемости диэлектрика, площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами.
Для цилиндрического конденсатора:
,
где l – длина цилиндрических обкладок, R1 и R2 – радиусы внутренней и внешней обкладок конденсатора, соответственно. Если между обкладками конденсатора находится воздух, то полагаем e =1.
Для сферического конденсатора:
,
где R1 и R2– радиусы внутренней и внешней обкладок конденсатора, соответственно. Если между обкладками конденсатора находится воздух, то полагаем e =1.
Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 54; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!