Конденсатор

Конденсатор

Электроемкость тела, как и его потенциал, трудно определить однозначно. Для этого необходимо создать условия, при которых полностью исключалось бы влияние окружающих тел. В реальных условиях окружающие тела влияют на исследуемое тело, изменяя его потенциал и емкость.

Укрепим на стержне заземленного электрометра металлический шар и сообщим ему определенный заряд. Стрелка электрометра отклонится от положения равновесия и покажет значение потенциала шара относительно земли. Поднесем к шару металлическую пластину, соединенную проволокой с землей (рис. 4.63). Показания электрометра уменьшатся. Поскольку заряд шара не изменился, то уменьшение потенциала свидетельствует об увеличении электроемкости шара. Изменения потенциала и соответственно емкости будут наблюдаться в случае изменения расстояния между шаром и пластиной.

Таким образом, определяя емкость отдельного тела, необходимо учитывать размещение всех окружающих тел.

Рис. 4.63. Влияние заземленной металлической пластины на емкость шара

Поскольку практически этого сделать невозможно, то используют устройство, которое называется конденсатором. Простейшей для изучения и расчетов является система из двух проводящих пластин, разделенных диэлектриком.

Конденсатор — это система из двух проводников, разделенных диэлектриком.

Размеры этих пластин (длина и ширина) намного больше расстояния между ними. Электрические свойства такой системы проводников не зависят от размещения окружающих тел. Если пластинам сообщить разноименные заряды, то они разместятся на внутренних поверхностях пластин вследствие взаимного притяжения.

Соответственно и поле заряженных пластин будет сосредоточено в пространстве между пластинами. Это можно объяснить на основе принципа суперпозиции полей.

На рис. 4.64 показана структура электрического поля пластины, заряженной положительным зарядом. Силовые линии параллельные и направлены в противоположные от пластины направления.

Рис. 4.64. Электрическое поле положительно заряженной металлической пластины

Рис. 4.65. Электрическое поле отрицательно заряженной металлической пластины

На рис. 4.65 — подобная структура электрического поля отрицательно заряженной пластины. Силовые линии параллельные, а направление — противоположное предшествующему (рис. 4.64).

Если пластины разместить на расстоянии d, намного меньшем, чем линейные размеры пластин, то в пространстве между ними силовые линии обеих пластин будут иметь одинаковое направление (рис. 4.66), а потому напряженность электрического поля будет равна сумме напряженностей обоих полей:

E’ = Е₁ + E₂.

Вне пластин линии напряженности имеют противоположное направление, а потому

E’ = E₁ — E₂.

Поскольку E₁ = E₂, то E’ = 0 (рис. 4.67). Материал с сайта http://worldofschool.ru

Рис. 4.66. Электрическое поле двух разноименно заряженных пластин

Рис. 4.67. Напряженность электрического поля за пределами заряженного конденсатора равна нулю

Конденсатор может накапливать значительный заряд даже при небольшой разности потенциалов между пластинами. В случае отдельного тела большой заряд создает большой потенциал, который приводит к автоэлектронной эмиссии или «стеканию зарядов».

Емкостьконденсатора в отличие от емкости отдельного тела определяется разностью потенциалов между обкладками.

C = Q / (φ₁ — φ₂) = Q / Δφ.

где Q — заряд одной из пластин; (φ₁ — φ₂) — разность потенциалов между пластинами.

Для измерения емкости конденсатора используется 1 фарад:

1Ф = 1 Кл/ 1 В.