Главная >> Физика 10 класс. Мякишев

Глава 14. Электростатика

§ 97. Электроёмкость. Единицы электроёмкости. Конденсатор (окончание)

Электроёмкость плоского конденсатора. Геометрические характеристики плоского конденсатора полностью определяются площадью S его пластин и расстоянием d между ними. От этих величин и должна зависеть ёмкость плоского конденсатора.

Проверьте на опыте зависимость электроёмкости конденсатора от его геометрических характеристик. Для этого возьмите две металлические плоские пластины и зарядите одну из них (например, потрите о шёлк стеклянную палочку), приблизьте другую пластину к ней и затем заземлите её. Соедините пластины с вольтметром. Уменьшайте расстояние между пластинами и следите за изменением показаний вольтметра. Сдвигайте пластины друг относительно друга и также следите за изменением показаний вольтметра. Сделайте выводы.

Чем больше площадь пластин, тем больший заряд можно на них накопить: q ~ S. Напряжение же между пластинами согласно формуле (14.21, с. 314) пропорционально расстоянию между ними. Поэтому ёмкость

Кроме того, ёмкость конденсатора зависит от свойств диэлектрика между пластинами. Так как диэлектрик ослабляет поле, то электроёмкость при наличии диэлектрика увеличивается: где ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрика.

Последовательное и параллельное соединения конденсаторов. На практике конденсаторы часто соединяют различными способами. На рисунке 14.40 представлено последовательное соединение трёх конденсаторов. Если точки 1 и 2 подключить к источнику напряжения, то на левую пластину конденсатора С1 перейдёт заряд +qy на правую пластину конденсатора СЗ — заряд -q. Вследствие электростатической индукции правая пластина конденсатора С1 будет иметь заряд -q, а так как пластины конденсаторов С1 и С2 соединены и до подключения напряжения были электро нейтральны, то по закону сохранения заряда на левой пластине конденсатора С2 появится заряд +q и т. д. На всех пластинах конденсаторов при таком соединении будет одинаковый по модулю заряд:

q = q₁ = q₂ =_q3.

Важно Определить эквивалентную электроёмкость — это значит определить электроёмкость такого конденсатора, который при той же разности потенциалов будет накапливать тот же заряд q, что и система конденсаторов.

Разность потенциалов φ1 - φ2 складывается из суммы разностей потенциалов между пластинами каждого из конденсаторов:

φ₁ - φ₂ = (φ₁ - φ_A) + (φ_A - φ_B) + (φ_B - φ₂),
или U = U₁ + U₂ + U₃.

Воспользовавшись формулой (14.23), запишем:

На рисунке 14.41 представлена схема параллельно соединённых конденсаторов. Разность потенциалов между пластинами всех конденсаторов одинакова и равна:

φ₁ — φ₂ = U = U₁ = U₂ = U₃.

Заряды на пластинах конденсаторов

q₁ = C₁U, q₂ = C₂U, q₃ = C₃U.

На эквивалентном конденсаторе ёмкостью С_экв заряд на пластинах при той же разности потенциалов

q = q₁ + q₂ + q₃.

Для электроёмкости, согласно формуле (14.23) запишем: C_эквU = C₁U + C₂U + C₃U, следовательно, С_экв = C₁+ С₂ + С₃, и в общем случае

Различные типы конденсаторов. В зависимости от назначения конденсаторы имеют различное устройство. Обычный технический бумажный конденсатор состоит из двух полосок алюминиевой фольги, изолированных друг от друга и от металлического корпуса бумажными лентами, пропитанными парафином. Полоски и ленты туго свёрнуты в пакет небольшого размера.

В радиотехнике широко применяют конденсаторы переменной электроёмкости (рис. 14.42). Такой конденсатор состоит из двух систем металлических пластин, которые при вращении рукоятки могут входить одна в другую. При этом меняются площади перекрывающихся частей пластин и, следовательно, их электроёмкость. Диэлектриком в таких конденсаторах служит воздух. Сейчас во многих устройствах электроёмкость конденсаторов регулируется электронными устройствами.

Значительного увеличения электроёмкости за счёт уменьшения расстояния между обкладками достигают в так называемых электролитических конденсаторах (рис. 14.43). Диэлектриком в них служит очень тонкая плёнка оксидов, покрывающих одну из обкладок (полосу фольги). Другой обкладкой служит бумага, пропитанная раствором специального вещества (электролита).

Ключевые слова для поиска информации по теме параграфа. Электроёмкость. Конденсатор. Виды конденсаторов

Вопросы к параграфу

1. Что называют электроёмкостью двух проводников?

2. Почему понятие электроёмкости неприменимо к диэлектрикам?

3. От чего зависит электроёмкость?

4. Как изменяется ёмкость конденсатора при наличии диэлектрика между его обкладками?

5. Какие существуют типы конденсаторов?

6. Какую роль выполняют конденсаторы в технике?

<<< К началу параграфа                Следующая страница >>>