Конденсаторы.

Для накопления значительного количества разноименных электрических нарядов применяются конденсаторы.

Конденсатор — это система из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Если проводниками являются две плоскопараллельные металлические пластины, то такой конденсатор называют плоским. Пластины, имеющие разные по знаку заряды, имеют и разные потенциалы. Таким образом, между пластинами конденсатора имеется напряжение

U = φ1 - φ2.

Каждый конденсатор обладает определенной емкостью, т.е. способностью содержать величину заряда, определяющуюся формулой

C = q/U. (4.1)

Емкость конденсатора от напряжения не зависит, так как изменению напряжения соответствует пропорциональное изменение величины заряда. Единица измерения емкости — фарад (Ф).

Один фарад это емкость такого конденсатора,

при заряде которого в 1 Кл возникает напряжение на обкладках 1 В, т.е. 1 Ф = 1 Кл/1 В.

Емкость плоского конденсатора определяется по формуле

C = ee₀S/d, (4.2)

где d — расстояние между пластинами; S — площадь обкладок.

Емкость плоского конденсатора тем больше, чем больше диэлектрическая проницаемость среды, площадь пластины и чем меньше расстояние между пластинами.

По типу диэлектрика конденсаторы подразделяются на воздушные, бумажные, слюдяные, керамические, электролитиче­ские. В бумажных конденсаторах проводниками являются две длинные ленты алюминиевой фольги, а диэлектриком — ленты парафинированной бумаги.

Соединив конденсаторы в группу можно получить батарею.

Рис. 4.1 Соединение конденсаторов в батарею: а — последовательное; б — параллельное

Соединяют конденсаторы последовательно и параллельно. При последовательном соединении конденсаторов (рис.4.1.а) можно записать

U = U1 + U.2 + … +Un, а т.к. U = q/C и заряды на пластинах всех последовательно соединенных конденсаторов одинаковы, то подставив значения напряжений, можно получить формулу для определения эквивалентной емкости:

1/С = 1/C₁ + 1/С₂ + ... + 1/С_n , (4.3)

При соединении п конденсаторов одинаковой емкости, емкость батареи равна

С_б = С/п. (4.4)

При параллельном соединении конденсаторов (рис.4.1.б) все конденсаторы находятся под одинаковым напряжением, равным напряжению источника: U = U1 = U2 = U3.На обкладках этих конденсаторов имеются заряды, определяемые по (4.1).

Общий заряд равен сумме зарядов отдельных конденсато­ров, т. е

q = q1 = q2 = q3 откуда емкость батареи

СбU = (С1 + С₂ + С₃)U; С_б = С1 + С₂ + С₃. (4-5)

При параллельном соединении п одинаковых емкостей эквивалентная емкость

С= nС.

Как правило последовательное соединение конденсаторов используют для увеличения рабочего напряжения, а параллельное для увеличения рабочей емкости.

Конденсаторы как накопители электрических зарядов и энергии электрического поля широко применяются в электронике и электротехнических устройствах. Они используются для сглаживания пульсаций в выпрямителях переменного тока, в электрических колебательных контурах, для разделения постоянной и переменной составляющих тока и т.д.