фізика 15/21

 21.03.2023

Урок 10

Тема. Електроємність. Електроємність плоского конденсатора. З'єднання конденсаторів.

Завдання:

1. Опрацювати теоретичний матеріал
2. Записати конспект в зошит
3. Відповісти на запитання

Електроємністю провідникa називають величину, яка визначається відношенням заряду провідника q до його потенціалу φ:

 У XVII—XVIІІ ст. електрику уявляли як аналог рідини, що може «вливатися» у провідник і «виливатися» з нього. Електроємність провідника залежить від його розмірів і форми, не залежить від матеріалу, агрегатного стану, форми та розмірів порожнин усередині провідника. Це пояснюється тим, що надлишок зарядів розподіляється лише на зовнішній поверхні провідника. Електроємність провідника не залежить також від заряду, розташованого на провіднику, від його потенціалу, але залежить від їхнього співвідношення. 

Одиницею електроємності є 1 фарад (1 Ф). Цю одиницю названо на честь англійського фізика М. Фарадея, який зробив значний внесок у вивчення електричних явищ.

Тіло має ємність 1 фарад, якщо зі зміною його заряду на 1 кулон потенціал змінюється на 1 вольт: 1 Ф = 1 Кл/1 В.

Значення ємності тіла 1 Ф дуже велике, тому на практиці використовують одиниці ємності, кратні фараду:

1 мікрофарад = 1 мкФ = 10-6 Ф; 1 пікофарад = 1 пФ = 10-12 Ф.

Велику електроємність мають системи з двох провідників, які називають конденсаторами (від лат. condenso — «згущую»). Конденсатор — два провідники, розділені шаром діелектрика, товщина якого мала порівняно з розмірами провідників. Провідники називають обкладками конденсатора.

Класифікують конденсатори за типом діелектрика в конденсаторі. Тип діелектрика визначає основні електричні параметри конденсаторів: опір ізоляції, стабільність ємності, величину втрат тощо. На малюнку 1.9 зображено конденсатори різного типу.

Мал. 1.9

Найпростішим конденсатором є плоский конденсатор. Плоский конденсатор — система з двох плоских провідних пластин, розміщених паралельно одна одній на малій порівняно з розмірами пластин відстані і розділених шаром діелектрика.

Електричне поле плоского конденсатора в основному зосереджене між пластинами (мал. 1.10), але біля країв пластин і в навколишньому середовищі також виникає порівняно слабке електричне поле, яке називають полем розсіювання. У багатьох задачах можна нехтувати полем розсіювання і вважати, що електричне поле плоского конденсатора цілком зосереджене між його обкладками (мал. 1.11).

Мал. 1.10

Мал. 1.11

З урахуванням розмірів обкладок плоского конденсатора і відстані між ними електроємність плоского конденсатора визначають так:

де С — електроємність плоского конденсатора; ε0 = 8,85 · 10-12 Ф/м (електрична стала); ε — діелектрична проникність; S — площа обкладки конденсатора; d — відстань між обкладками конденсатора.

Щоб одержати потрібну електроємність, конденсатори з’єднують у батареї. Під час паралельного з’єднання конденсаторів (мал. 1.12) напруги на конденсаторах однакові: U1 = U2 = U, а заряди дорівнюють q1=C1U і q2 = C2U. Таку систему можна розглядати як єдиний конденсатор електроємністю С, заряджений зарядом q = q1 + q2 при напрузі між обкладками U.

Мал. 1.12

Звідси випливає:

Під час паралельного з’єднання конденсаторів їхні електроємності додаються.

Якщо конденсатори з’єднати послідовно (мал. 1.13), то однаковими виявляться заряди обох конденсаторів: q1 = q2 = q, а напруги на них дорівнюватимуть

Мал. 1.13

Таку систему можна розглядати як єдиний конденсатор, заряджений зарядом q при напрузі між обкладками U1 + U2 = U. Отже,

Під час послідовного з’єднання конденсаторів додаються їхні обернені електроємності.

Формули для паралельного та послідовного з’єднання справджуються для будь-якого числа конденсаторів, з’єднаних у батарею.

На практиці використовується також змішане з’єднання конденсаторів. Досліди показують, що заряджений конденсатор містить запас енергії.

ЗАПИТАННЯ :

• 1. Що таке електроємність провідника? Від чого вона залежить? Як вона визначається?
• 2. Що таке 1 фарад?
• 3. Який конденсатор називають плоским?
• 4. За якою формулою визначають електроємність плоского конденсатора?
• 5. Які види конденсаторів ви знаєте?
• 6. Як визначають електроємність конденсаторів, з’єднаних паралельно? Послідовно?