Емкость конденсатора
Емкость проводников, удаленных от других предметов (уединенных проводников), зависит от размеров и формы самих проводников. Чем больше размеры проводника, тем больше его емкость.
Но в практике нам не приходится иметь дело с уединенными проводниками. Поэтому важно знать, как влияют на емкость расположенные вблизи данного проводника предметы и в частности другие проводники.
Представим себе два металлических шара одинаковых размеров, заряженных одинаковыми количествами электричества разного знака и удаленных один от другого на значительное расстояние (рис.1.). Заряды на обоих шарах будут расположены равномерно по их поверхностям вследствие того, что одноименные заряды на каждом из шаров отталкиваются друг от друга. Потенциал каждого из шаров будет определяться его размерами и тем количеством электричества, которое ему сообщено. Потенциал одного шара будет положителен, другого — отрицателен, так что между шарами будет существовать некоторая разность потенциалов. 
Рисунок 1. Заряженные металлические шары находятся на большом удалении друг от друга. Емкость шаров зависит только от их размеров.
Приблизим шары друг к другу (рис. 2.). Разноименные заряды шаров станут притягиваться друг к другу. Вследствие этого они окажутся распределенными уже не равномерно по поверхностям шаров, а частично переместятся на те их стороны, которыми они обращены друг к другу. Большинство силовых линий выходящих из положительных зарядов первого шара, будет оканчиваться на отрицательных зарядах второго шара. При этом потенциал каждого шара будет определяться не только зарядом, находящимся на нем, но и зарядом соседнего шара. Так как заряды обоих шаров разноименные, то потенциал положительно заряженного шара будет понижен вследствие влияния второго шара, заряженного отрицательно и создающего в окружающем пространстве отрицательный потенциал. Наоборот, потенциал второго шара будет повышен вследствие влияния первого шара, создающего в окружающем пространстве положительный потенциал.
Рисунок 2. Металлические шары сближены.
Таким образом, по сравнению с тем, что было до сближения шаров, потенциал положительно заряженного шара понизится, а отрицательно заряженного шара повысится, и разность потенциалов между шарами уменьшится. Следовательно, при сближении заряженных проводников, если заряд их остался неизменным, разность потенциалов понижается. Но при той же разности потенциалов проводники могут «вместить» большие количества электричества так как C=Q/U. Значит, при сближении проводников их емкость увеличивается.
Емкость проводников зависит не только от расстояния между ними и от их размеров и формы, но и от свойств окружающей среды. Приборы, в которых емкость между проводниками используется для накопления электрических зарядов, называются - конденсаторы. Простейший конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин, разделенных слоем воздуха (рис. 3 слева). Емкость такого конденсатора будет тем больше, чем больше поверхность пластин и чем меньше расстояние между ними.
Рисунок 3. Простейший конденсатор с воздушным (слева) и твердым (справа) диэлектриком.
Часто для увеличения емкости конденсатора между его пластинами помещают какой-либо диэлектрик (рис.3 справа). Увеличение емкости в этом случае объясняется тем, что при заряде конденсатора на поверхностях диэлектрика, расположенных против пластин, появляются электрические заряды, знак которых противоположен знаку зарядов пластин (рис.4.). Эти заряды диэлектрика, взаимодействуя с зарядами конденсатора, уменьшают разность потенциалов между ними при неизменной величине зарядов на обкладках, т. е. увеличивают емкость конденсатора.
Рисунок 4. Увеличение емкости конденсатора в результате поляризации диэлектрика.
Вносимые различными диэлектриками изменения емкости конденсаторов связаны с их диэлектрическими постоянными. Чем больше диэлектрическая постоянная данного диэлектрика, тем более он увеличивает емкость конденсатора.
Емкость плоского конденсатора, состоящего из двух пластин, при условии, что расстояние между пластинами мало по сравнению с размерами пластин, определяется согласно следущему выражению:
C = 0,09*S*e/d
где:
С—емкость конденсатора в пикофарадах (пф);
S—активная площадь одной пластины в см2;
е—диэлектрическая постоянная диэлектрика, разделяющего пластины;
d—расстояние между пластинами или, что то же самое, толщина диэлектрика в см.
|
