Конденсатор

Основа конструкции конденсатора — две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик

Конденсатор — устройство, состоящее из двух проводников, разделённых слоем диэлектрика.

Проводники называются обкладками конденсатора, а в качестве диэлектрика может выступать вакуум.

Существует несколько типов конфигураций обкладок, однако чаще всего рассматривается простой «плоский конденсатор», который состоит из двух параллельных пластин с тонким слоем диэлектрика между ними.

Конденсаторы могут быть классифицированы

• по типу диэлектрика: твёрдые, жидкие, газообразные
• по форме обкладок: плоские, сферические, цилиндрические.

Заряд конденсатора

Заряд конденсатора по модулю и знаку одинаков для обеих его обкладок, когда его заряжают. Модуль заряда любой из обкладок является зарядом конденсатора.

Простейший способ зарядить конденсатор — подключить его к источнику напряжения, такому как аккумулятор. Подключённый к аккумулятору коденсатор накапливает заряд на пластинах до тех пор, пока напряжение между обкладками не сравняется с напряжением на полюсах батареи. После отключения аккумулятора конденсатор остаётся заряженным, поскольку отсутствует возможность перемещения заряда между пластинами. Таким образом, конденсаторы используются для хранения заряда.

В плоском конденсаторе заряды распределяются равномерно между обкладками, создавая однородное электрическое поле: поле положительной обкладки направлено от неё, поле отрицательной обкладки — к ней.

Электрическая ёмкость конденсатора

Обозначения конденсатора в электрических цепях

Свойство конденсаторов накапливать электрический заряд определяется их электрической ёмкостью. Величина заряда на конденсаторе пропорциональна напряжению между его пластинами. Коэффициент пропорциональности и называется ёмкостью конденсатора.

Электрическая ёмкость конденсатора — физическая величина, равная отношению заряда на одной из его пластин к напряжению между пластинами:

$C={\frac {q}{U}}$.

Единица электрической ёмкости — фарад; 1 Ф = 1 Кл/1В. Один фарад — очень большая ёмкость. На практике обычно приходится иметь дело с микро-, нано- и даже пикофарадами.

Электроёмкость конденсатора зависит от его геометрических характеристик и качества диаэлектрика:

1. Чем больше площадь пластин конденсатора, тем больше его электроёмкость.
2. Чем больше расстояние между пластинами конденсатора, тем меньше его электроёмкость.
3. При заполнении пространства между обкладками конденсатора диэлектриком его электроёмкость увеличивается.

Если конденсатор зарядить до предела, возможен его пробой. Электрическое поле, созданное зарядом на его обкладках, становится настолько большим, что приводит к разряду через диэлектрик. Следовательно, заряжать конденсатор до бесконечности невозможно.

Энергия электрического поля конденсатора

При замыкании конденсаторы мгновенно разряжаются. Это их свойство используют в различных приборах и устройсвах, таких как фотовспышки и электрошокеры.

Лампа фотовспышки работает на электроэнергии, запасённой в конденсаторе. Величина энергии конденсатора зависит от заряда, накопленного на его обкладках и ёмкости конденсатора:

$W={\frac {q^{2}}{2C}}$.

Используя формулу ёмкости конденсатора $C={\frac {q}{U}}$, можно записать эквивалентные выражения для энергии:

Энергия электрического поля, запасённая в конденсаторе:

$W={\frac {CU^{2}}{2}}$;

$W={\frac {qU}{2}}$;

Объёмная плотность энергии поля:

$w={\frac {\epsilon \epsilon _{0}E^{2}}{2}}$, где

$E$ — напряжённость электрического поля, $\epsilon$ — диэлектрическая проницаемость, $\epsilon _{0}=8,85\cdot 10^{-12}$ Ф/м — электрическая постоянная.

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Конденсатор. Энергия электрического поля конденсатора», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Конденсатор._Энергия_электрического_поля_конденсатора» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».