Фізика 11 клас (Остапенко Т.М.)

ЄМНІСТЬ ПРОВІДНИКА. КОНДЕНСАТОРИ. З'ЄДНАННЯ КОНДЕНСАТОРІВ

З минулих уроків Вам відомо, що електричний заряд розподіляється по поверхні провідника і що усі точки поверхні провідника мають однаковий потенціал.

Якщо вимірювати величину заряду, наданого провіднику, і потенціал його поверхні, то неважко зрозуміти, що заряд провідника  і потенціал точок його поверхні  прямо пропорційні один одному. Цей третій висновок записується у вигляді формули:

де розмірний коефіцієнт  називають електроємністю провідника або просто ємністю провідника.

Отже, ємність характеризує здатність провідника накопичувати електричний заряд. Якщо відома ємність провідника, то виміривши потенціал його поверхні можна легко знайти електричний заряд, який знаходиться на поверхні провідника.

Отже, формула ємності

Ємність - це заряд, необхідний для підвищення потенціалу провідника на одиницю.

Одиницею вимірювання ємності в СІ є «фарад» - Ф

1 фарад - це ємність такого провідника, потенціал поверхні якого становить 1 вольт при заряді на ньому 1 кулон, тобто

? - Від чого залежить ємність провідника?

ØПоняття ємності можна ввести лише для провідників. Для діелектриків заряд може розподілятись не лише по поверхні, а по всьому об'єму тіла і потенціали різних точок поверхні тіла різні, а тому немає лінійної залежності між зарядом та потенціалом поверхні.

ØЄмність провідника зовсім не залежить від його матеріалу, бо заряд завжди зосереджений тільки на поверхні.

ØЄмність провідника залежить від його розмірів та форми (від форми залежить площа поверхні тіла та розподіл зарядів на ній)

ØЄмність залежить від середовища, яке оточує провідник. Ємність прямо пропорційна до діелектричної проникності середовища, оскільки середовище у  раз зменшує потенціал  поверхні провідника.

ØЄмність залежить від існування і взаємо розташування у просторі інших провідників. Справді, нехай спочатку провідник мав заряд  і потенціал поверхні . Наблизимо до нього інший заземлений провідник. На цьому провіднику відразу виникне перерозподіл зарядів і індукується негативний заряд (). Негативний потенціал цього заряду зменшить позитивний потенціал поля до  , а тому нова ємність  буде більшою за попередню. Тобто ємність провідника зростає при наближенні до нього незаряджених заземлених провідників.

Отже, ємність провідника - це властивість провідного тіла, яка залежить від його розмірів, форми, навколишнього середовища, розташування інших провідників і характеризує пряму пропорційну залежність між зарядом тіла та потенціалом його поверхні.

Не можна порівнювати ємність з місткістю посудини, бо місткість характеризує об'єм речовини в посудині, а ємність провідника характеризує не кількість заряду на провіднику, а взаємозв'язок між зарядом та потенціалом провідника.

КОНДЕНСАТОРИ

Зростання ємності провідника при наближенні до нього іншого провідника використовують для створення конденсаторів - невеликих за розміром систем з двох провідників (обкладок), які мають величезні ємності. Ці прилади призначенні для накопичення та утримання заряду при незначній різниці потенціалів між їх обкладками.

Конденсатор - це пристрій, який являє собою два провідники, між якими є тонкий шар діелектрика і призначений для накопичення та утримання заряду.

Формула ємності конденсатора відрізняється від формули ємності провідника і має вигляд:

   (1)

де  - заряд накопичений на обкладках конденсатора,  - різниця потенціалів між обкладками.

Заряд накопичений обкладками конденсатора

   (2),

де  -  поверхнева густина заряду на пластинах конденсатора,  - площа пластин.

Використовуючи зв'язок між напруженістю та потенціалом однорідного електричного поля, яке існує між пластинами отримаємо:

     (3)

Напруженість поля Е між обкладками конденсатора, пластини якого  мають різнойменні однакові за модулем заряди дорівнює:

      (4)

Підставивши (2), (3) та (4) в (1) отримаємо:

Як ми і передбачали, ємність плоского конденсатора прямо пропорційна до площі пластин конденсатора та діелектричної проникності середовища між ними та обернено пропорційна до відстані між пластинами, оскільки електричне поле конденсатора в основному зосереджене між його пластинами.

Види конденсаторів:

ØЗа видом діелектрика (повітряні слюдяні паперові)

ØЗа формою пластин (плоскі, сферичні, круглі, циліндричні)

ØЗа ємністю (постійної та змінної ємності)

З'ЄДАНАННЯ КОНДЕНСАТОРІВ

На практиці нерідко використовують системи конденсаторів, з'єднаних між собою. Як і для провідників існує два основних типи з'єднання: паралельне та послідовне: