Електрична ємність конденсатора

Два провідника, які ізольовані один від одного і поміщені поблизу, утворюють конденсатор.

Провідники, що утворюють конденсатор, заряджають однаковими за величиною і різнойменними зарядами.

Широке застосування в практиці знаходить плоский конденсатор, що складається з двох плоских паралельних металевих пластин, розділених шаром діелектрика. Дистанція між пластинами мала в порівнянні з їх розміром. Пластини конденсатора називають обкладками конденсатора.

Щоб зарядити пластини рівними протилежними зарядами, можна приєднати їх до полюсів електричної машини. Тоді на одну пластину перейде негативний заряд, на іншу ж - позитивний заряд.

Можна з`єднати одну з пластин з полюсом машини, а іншу заземліть- тоді на іншій пластині по індукції виникне заряд, однаковий за величиною і різнойменний за знаком заряду першої пластини. Якщо пластину А зарядити позитивно, то пластина В по індукції заряджається негативно- позитивний же заряд пластини У нейтралізується електронами, прітекшімі на пластину з землі, яка є практично невичерпним їх джерелом. Залучаючись до позитивно зарядженої пластини А, негативний заряд В розташовуватиметься по внутрішній поверхні пластини, зверненої до А.

У разі якщо пластина А заряджена негативно, то вільні електрони пластини У відштовхуються від пластини А і йдуть в землю, пластина В при цьому заряджається позитивно.

В обох випадках заряди зосереджені тільки на звернених один до одного поверхнях А і В.

Відсутність зарядів на зовнішніх поверхнях дає можливість цілком передавати заряди конденсатору допомогою зовнішніх сторін пластин. Заряд конденсатора визначається зарядом однієї з його пластин, так як на іншій по індукції виникає рівний по величині заряд.

З`єднаємо одну пластину конденсатора зі стрижнем електрометрії, а іншу пластину й корпус електрометрії заземлені. За допомогою пробного кульки будемо передавати конденсатору заряд послідовно рівними порціями. Ми помітимо, що при збільшенні заряду в 2, 3, 4 і більше разів відповідно в 2, 3, 4 і більше разів зростає різниця потенціалів конденсатора.

Ця величина, яка вимірюється ставленням заряду конденсатора до різниці потенціалів його пластин (або обкладок) і є ємність конденсатора.

Позначаючи її літерою С, можна написати:

C = q / (? 1 -? 2).

Електричне поле конденсатора практично зосереджено між пластинами всередині нього, тому навколишні його тіла не впливають на ємність конденсатора.

Проведемо досвід. Візьмемо плоский конденсатор, що складається з двох металевих пластин А і В, укріплених на ізоляторах.

З`єднаємо з електрометром пластину А, пластину ж У заземлені. Зарядимо пластину А, електрометрії відзначить при цьому якусь різницю потенціалів конденсатора. Якщо наближати пластину В до А, то можна помітити, що різниця потенціалів пластин зменшується.

Зменшення різниці потенціалів пластин конденсатора при незмінному заряді на ньому вказує на збільшення його ємності.

Таким чином, ємність плоского конденсатора буде тим більше, чим менше дистанція між пластинами або ж чим менше товщина діелектрика, укладеного між пластинами.

Зрушуючи пластину У відносно пластини А вгору і вниз, ми будемо міняти площі пластин, взаємно перекривають один одного. Спостерігаючи при цьому за показаннями електрометрії, можна встановити, що чим більше площа взаємно перекриваються пластин конденсатора, тим більше його ємність. Чим більше площа пластин конденсатора, тим більший заряд можна зосередити на них при даній рівності потенціалів.

Проробимо ще один досвід. Для цього розташуємо пластини конденсатора А і В на якому-небудь відстані одна від одної, і пластину А зарядимо.

Зауважимо величину різниці потенціалів, коли в ролі діелектрика виступає повітря. Тепер розмістимо між пластинами скляний лист або будь-який інший діелектрик ми побачимо, що різниця потенціалів ними зменшиться. Щоб підняти її до колишнього рівня, необхідно додати на пластину А заряд. З цього випливає, що заміна шару повітря між пластинами конденсатора будь-яким іншим діелектриком збільшує його ємність.

Нехай С? - Ємність конденсатора, коли між його пластинами порожнеча або повітря, а С - його ємність з використанням діелектрика.

Розділивши С і С ?, знайдемо діелектричну проникність діелектрика?:

? = С / С ?.

Таким чином, чим більше діелектрична проникність діелектрика, тим більше електрична ємність конденсатора.