Электроемкость. Конденсатор

1. Понятие электроёмкости

Электроёмкость  — это физическая величина, которая показывает, какой заряд  может накопить тело при определённой разности потенциалов  между его частями:

​где:

•  — электроёмкость (Ф, фарады),
•  — заряд, накопленный на теле (Кл),
•  — разность потенциалов между частями тела (В).

Фарада — очень большая величина, поэтому в практике часто используют миллифарды (мФ), микрофарады (мкФ) и пикофарады (пФ).

2. Конденсатор

Конденсатор — это устройство для накопления электрического заряда и энергии электрического поля.
Он состоит из двух проводников, разделённых диэлектриком (изоляционным материалом):

• Пластины — на них накапливаются заряды противоположного знака.

• Диэлектрик — увеличивает ёмкость конденсатора и препятствует прохождению тока между пластинами.

Энергия, накопленная в конденсаторе:

где  — энергия (Дж),  — ёмкость,  — разность потенциалов.

3. Типы конденсаторов

1. Плёночные — из полимерных диэлектриков.

2. Керамические — малые ёмкости, высокое напряжение.

3. Электролитические — большие ёмкости, полярные.

4. Воздушные — пластины разделены воздухом.

4. Электроёмкость плоского конденсатора

Для плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных пластин площадью $S$, разделённых диэлектриком толщиной $d$:

​где:

•  — электрическая постоянная,
•  — относительная диэлектрическая проницаемость материала между пластинами,
•  — площадь пластины (м²),
•  — расстояние между пластинами (м).

Из формулы видно:

• чем больше площадь пластин, тем больше ёмкость;

• чем меньше расстояние между пластинами, тем больше ёмкость;

• использование диэлектрика увеличивает ёмкость.

5. Наглядная схема

На схеме показано:

• две пластины с противоположными зарядами  +Q  и  -Q ,

• диэлектрик между ними,

• линии электрического поля между пластинами,

• подключение к источнику напряжения  U .

6. Работа с конденсатором

Подключение к источнику: при подключении к батарее конденсатор быстро заряжается.
Разрядка: при размыкании цепи конденсатор постепенно отдаёт накопленную энергию.

• Конденсаторы используются для сглаживания колебаний напряжения, хранения энергии, фильтрации сигналов, запуска двигателей и других целей.

7. Практическое значение

• Электроёмкость показывает способность тела накапливать заряд.

• Конденсаторы позволяют сохранять энергию и управлять электрическими процессами в цепях.

• Используются в электронике, энергетике, радиотехнике, бытовых приборах.

8. Вопросы для самопроверки

1. Что такое электроёмкость?

2. Как вычисляется ёмкость конденсатора?

3. Какие элементы входят в конструкцию конденсатора?

4. Как зависит ёмкость плоского конденсатора от площади пластин и расстояния между ними?

5. Как вычислить энергию, накопленную в конденсаторе?

6. Для чего используют конденсаторы в электрических цепях?