Электроемкость

Электроемкость




В электростатическом поле все точки проводника имеют один и тот же потенциал, который, как показывает опыт, пропорционален заряду проводника, т. е. отношение заряда q к потенциалу φ не зависит от заряда q. Поэтому оказалось возможным ввести понятие электрической емкости (электроемкости, или просто емкости) С уединенного проводника.

Электроемкость — скалярная величина, численно равная заряду, который нужно сообщить проводнику, чтобы его потенциал изменился на единицу.

Емкость определяется геометрическими размерами проводника, его формой и свойствами окружающей среды (ее диэлектрической проницаемостью ɛ) и не зависит от материала проводника. За единицу емкости в системе СИ принимают емкость такого проводника, потенциал которого изменяется на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл. Эта единица емкости называется фарад (Ф).

1 Ф = 1 Кл / В. 1 Ф — это очень большая емкость. На практике используют микрофарады 1 мкФ = 0,000001 Ф), нанофарады 1 нФ = 0,000000001 Ф) и пикофарады 1 пФ = 0,000000000001 Ф).

Систему проводников, которая будет обладать емкостью значительно большей, чем уединенный проводник, и притом не зависящей от окружающих тел. Такую систему называют конденсатором. Простейший конденсатор состоит из двух проводников (обкладок), расположенных на малом расстоянии друг от друга. Электрическое поле заряженного конденсатора сосредоточено практически полностью между обкладками (внутри) конденсатора. Линии вектора напряженности поля Е начинаются на одной обкладке и заканчиваются на другой. Заряды на обкладках одинаковы по величине и противоположны по знаку.

Основной характеристикой конденсатора является его емкость, под которой понимают величину, пропорциональную заряду одной из обкладок и обратно пропорциональную разности потенциалов между обкладками: C = q / (φ1 – φ2) = q / U

Емкость конденсатора зависит от его размеров, формы и диэлектрической проницаемости е диэлектрика, находящегося между обкладками. 

 

При необходимости увеличить емкость конденсаторы соединяют между собой параллельно (рис. 1).

Параллельное соединение конденсаторов При этом способе соединения общая площадь пластин увеличивается по сравнению с площадью пластины отдельного конденсатора. Общая емкость конденсаторов, соединенных параллельно, равна сумме емкостей отдельных конденсаторов: Собщ = С1+ С2+ С3+…

Эта формула получается следующим образом. При параллельном соединении все конденсаторы находятся под одинаковым напряжением U, а общий заряд всех конденсаторов равен Q . При этом каждый конденсатор соответственно получит заряд Q1, Q2, Q3, и т.д.

Следовательно, общий заряд: Q = Q1 + Q2+Q3 +…

При необходимости уменьшить емкость конденсаторы соединяют последовательно (рис. 2).

Последовательное соединение конденсаторовПри этом общая емкость конденсаторов вычисляется по формуле: (1 / Собщ) = (1 / С1) + (1 / С2) + (1 / С3)

Эта формула получается следующим образом. Общее напряжение на всех конденсаторах равно U, а напряжение на каждом конденсаторе соответственно будет равно U1,U2 U3 и т. д. Следовательно, общее напряжение: U = U1 + U2 + U3