Учебник по физике для поступающих в ВУЗ
Существуют способы, позволяющие увеличить максимальный заряд, который может находится на проводнике определенного размера. Т.е. увеличить электроемкость проводника.
Подсоединим положительно заряженную пластину к электроскопу. Заряд распределиться между платинами поровну.
Поднесем к заряженной пластине нейтральную заземленную пластину.
На ближайшей к положительной платине стороне в результате электростатического притяжения начинают скапливаться отрицательные заряды.
В тоже время с противоположной стороны пластины положительные заряды стекают на землю, имеющую значительную электроемкость.
Отрицательные заряды на заземленной пластине притягивают дополнительные положительные заряды к положительной пластине от электроскопа.
Таким образом, введение дополнительного проводника (заземленной пластины) увеличивает способность системы накапливать заряды, т.е. увеличивает ее электроемкость.
Конденсатор – система из двух проводников с равными по величине и противоположными по знаку зарядами.
Большой электроемкостью обладают системы из двух проводников, называемые конденсаторами. Конденсатор представляет собой два проводника, разделенные слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Проводники в этом случае называют обкладками конденсатора.
В конденсаторе накапливается электрический заряд и соответственно энергия электростатического поля.
Способность конденсатора к накоплению заряда характеризует его электрическая емкость.
Электрическая емкость конденсатора – физическая величина, равная отношению заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним.
C =
Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых параллельных плоских пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга.
Если заряды пластин одинаковы по модулю и противоположны по знаку, то силовые линии электрического поля начинаются на положительно заряженной обкладке конденсатора и заканчиваются на отрицательно заряженной.
Почти все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора.
У сферического конденсатора, состоящего из двух концентрических сфер, все поле сосредоточено между ними.
Электрические поля окружающих тел почти не проникают внутрь конденсатора и не влияют на разность потенциалов между его обкладками. Поэтому электрическая емкость конденсатора практически не зависит от наличия вблизи него каких-либо других тел.
Под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из обкладок.
Плоский конденсатор – система из двух плоскопараллельных пластин площадью S, находящихся на расстоянии d друг от друга.
Будем считать, что пространство между пластинами заполнено воздухом с относительной диэлектрической проницаемостью e ≈ 1.
Напряженность однородного поля внутри конденсатора складывается (по принципу суперпозиции) из напряженности полей положительной и отрицательной пластин.
E+ = E - = (формула напряженности поля заряженной плоскости)
E = E+ + E - =
где σ = - поверхностная плотность заряда Кл/м2
Вне пластин поле отсутствует, так как напряженности пластин компенсируют друг друга.
Конденсатор сосредотачивает электростатическое поле в пространстве между пластинами.
Разность потенциалов между пластинами:
U = Ed = d
Емкость плоского конденсатора:
C = =
Электрическая емкость плоского воздушного конденсатора зависит только от его геометрических характеристик: площади пластин и расстояния между ними.
Если между пластин конденсатора пометить диэлектрик с относительной диэлектрической проницаемостью e, то емкость конденсатора возрастет в e раз:
C =
В результате введения диэлектрика его связанные заряды притягивают дополнительные заряды на обкладки конденсатора, увеличивая его электроемкость.
Емкость конденсатора можно увеличивать:
- уменьшая расстояние между пластин
- увеличивая площадь пластин
- повышая e диэлектрика между пластин
(Слюдяной конденсатор состоит из двух листов тонкой пленки с слюдяной прокладкой между ними. Все это свернуто в трубочку)
Электроемкость конденсатора зависит от:
- площади пластин
- расстояния между пластинами
- относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика между пластинами
Электроемкость конденсатора не зависит от:
- заряда на пластинах
- разности потенциалов приложенный к пластинам
- внешнего электростатического поля, не проникающего внутрь конденсатора
Условное обозначение конденсатора:
Условно конденсатор можно рассматривать как частотно-зависимый резистор.
Для решения некоторых задач (шунтирование, связывание контуров, создание частотно зависимых делителей напряжения) больших знаний о конденсаторе и не требуется. Другие задачи (построение фильтров, резонансных схем и др.) требуют более глубоких знаний.
Конденсатор, имеющий емкость С фарад, к которому приложено напряжение U вольт, накапливает заряд Q кулон:
Q = CU
Продифференцировав выражение по времени dt получим (учитывая, что I = dQ/dt):
I = C (dU/dt)
Ток через конденсатор пропорционален не напряжению, а скорости его изменения.
ДОБАВИТЬ ПРО КОНДЕНСАТОР В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Конденсатор не рассеивает энергию, хотя через него протекает ток, так как напряжение и ток на конденсаторе смещены друг относительно друга на 90о.
Устройство конденсатора
Простейший конденсатор состоит из двух проводников в виде листов, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга, но не касающихся друг друга.
Чтобы получить большую емкость, нужна большая площадь и меньший зазор между проводниками. Обычно для этого один из проводников покрывают тонким слоем изолирующего материала (диэлектрика), либо напыляют проводник на лист диэлектрика. Листы проводников и диэлектрика скручивают в трубочку для уменьшения габаритов.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100