При сообщении проводнику заряда всегда существует некоторый предел, более которого зарядить тело не удастся.
Для характеристики способности тела накапливать электрический заряд вводят понятие электрической емкости. Емкостью уединенного проводника называют отношение его заряда к потенциалу:
C = 
В системе СИ емкость измеряется в Фарадах [Ф]. 1 фарад – чрезвычайно большая емкость. Для сравнения, емкость всего земного шара значительно меньше одной фарады. Поэтому электрическая ёмкость измеряется и более мелких величинах 1Ф=103 миллифарад (в России не используется) (mF), 1Ф=106 микрофарад (мкФ) (F), 1Ф=109 нанофарад (нФ) (nF), 1Ф=1012 пикофарад (пФ) (pF). Емкость проводника не зависит ни от его заряда, ни от потенциала тела. Аналогично, плотность не зависит ни от массы, ни от объема тела. Емкость зависит лишь от формы тела, его размеров и свойств окружающей его среды.
Электроемкостью системы из двух проводников называется физическая величина, определяемая как отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов Δ φ между ними:
C = 
Величина электроемкости проводников зависит от формы и размеров проводников и от свойств диэлектрика, разделяющего проводники.
Рис. 4 Схематическое изображение конденсатора и его УГО – условное графическое обозначение на электрических схемах
Существуют такие конфигурации проводников (например, прямоугольные пластины), при которых электрическое поле оказывается сосредоточенным (локализованным) лишь в некоторой области пространства. Такие системы называются конденсаторами, а пластины, составляющие конденсатор, называются обкладками (см. рис.4). К обкладкам привариваются медные выводы. На рис. 4 показаны также УГО – условные графические обозначения конденсаторов (как конденсаторы обозначаются на схемах): б – конденсатор постоянной ёмкости; в – конденсатор оксидный (старое название - электролитический); г – подстроечный конденсатор; д – конденсатор переменной ёмкости; е – вариконд; ж – переменный конденсатор типа «бабочка».
|
|
Необходимо различать: конденсатор – это радиодеталь, ёмкость - характеристика конденсатора - это свойство конденсатора накапливать заряды.
Простейший конденсатор – система из двух плоских проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу на малом по сравнению с размерами пластин расстоянии и разделенных слоем диэлектрика. Такой конденсатор называется плоским. Электрическое поле плоского конденсатора в основном локализовано между пластинами.
Каждая из заряженных пластин плоского конденсатора создает вблизи своей поверхности электрическое поле, модуль напряженности которого выражается соотношением уже приводившимся выше. Тогда модуль напряженности итогового поля внутри конденсатора, создаваемого двумя пластинами, равен:
E = 
За пределами конденсатора, электрические поля двух пластин направлены в разные стороны, и поэтому результирующее электростатическое поле E = 0.
Электроёмкость плоского конденсатора может быть рассчитана по формуле:
C = 
Таким образом, электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластин (обкладок) и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Если пространство между обкладками заполнено диэлектриком, электроемкость конденсатора увеличивается в εr раз. Обратите внимание, что S в этой формуле есть площадь только одной обкладки конденсатора. Когда в задаче говорят о «площади обкладок», то имеют в виду именно эту величину. На 2 умножать или делить её не надо никогда.
|
|
В качестве диэлектриков между обкладками используют конденсаторную бумагу полиэтиленовую, полипропиленовую, стрирофлексую, фторопластовую плёнки, слюду, воздух трансформаторное масло и т.д. У таких конденсаторов к любым выводам можно подключать любую полярность приложенного напряжения.
При величинах ёмкости более 1мкФ габариты конденсаторов становятся слишком большими. Значительно уменьшить габариты конденсаторов большой ёмкости позволяет пропитывание бумажного диэлектрика электролитом – оксидные конденсаторы (старое электролитические конденсаторы). На схемах они имеют особое обозначение (см. рис.1в), так как они требовательны к полярности подаваемого на них напряжения. На корпусе и на схеме обязательно показывается вывод, к которому должен быть подключён «+ » прикладываемого напряжения. У оксидных конденсаторов зарубежного производства на корпусе показывается «- ». Если не соблюдать этого условия, то конденсаторы взрываются.
В последние годы получили распространение высокоёмкостные конденсаторы – ионисторы. В этих конденсаторах заряд накапливается за счёт образования двойного электрического слоя на границе электрода с металлической проводимостью и электролита с ионной проводимостью.
Параметры конденсаторов: C – ёмкость конденсатора, допуск на разброс ёмкости конденсатора; Uр – предельное рабочее напряжение конденсатора; ТКЕ – температурный коэффициент ёмкости конденсатора.
|
|
Сила притяжения пластин конденсатора. Сила, действующая на каждую обкладку, определяется не полным полем конденсатора, а полем, созданным противоположной обкладкой (сама на себя обкладка не действует). Напряженность этого поля равна половине напряженности полного поля, и сила взаимодействия пластин:
F = 
Задача:
Электрофицированная ж.д. магистраль. Контактный провод подвешен на расстоянии 5,75 м от рельс.
Рис. 5 Вид электрофицированного ж.д. пути.
Таким образом, контактный провод и рельс можно представить как конденсатор. Предположим, что площадь контактного провода равна площади изолированной части рельсового пути. Длина изолированной части рельсового пути равна 1,5 км (расстояние между светофорами), ширина головки рельсов 75 мм. Площадь рельсовой головки S=L·D =1500·0,075=112,5 м2. Напряжение между контактным проводом и рельсом пути равно 3000 В. Определите, какой заряд остаётся на контактном проводе после отключения напряжения.