Электроёмкость. Электроёмкость конденсатора

Заряд и потенциал не могут принимать произвольные значения, между ними существует определенное соотношение.


	Электроёмкость — физическая величина, характеризующая способность проводника накапливать заряд при заданном потенциале и определяемая как отношение заряда уединенного проводника к его потенциалу C = q / φ.

В системе СИ единица электроемкости называется фарад (Ф):

Обычно приходится пользоваться более мелкими единицами:

1 мкФ = 10^—6 Ф.

1 пФ = 10^—12 Ф.

Большой заряд можно накопить, если взять не один проводник, а два близко расположенных проводника и сообщить им разноименные и равные по модулю заряды. Устройство, предназначенное для накопления заряда и представляющее собой два проводника (обкладки), разделенных тонким слоем диэлектрика, называется конденсатором.

Электроёмкостью конденсатора называется физическая величина, определяемая как отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов Δφ между ними:

Первым конденсатором в истории физики стала лейденская банка, опыты с которой в середине XVIII века поставил голландский ученый Питер Ван Мушенбрук.

Рис. 1. Питер Ван Мушенбрук. Устройство лейденской банки. На внутреннем и внешнем металлическом слоях лейденской банки накапливаются разноименные и равные по модулю электрические заряды

Мушенбруку привелось испытать на себе прохождение огромного по тем временам электрического заряда с помощью обыкновенной стеклянной банки. Оказалось, что если выложить внутреннюю и внешнюю поверхности банки фольгой, то на этих проводниках можно накопить очень большой заряд. Простейшим устройством для накопления заряда является лейденская банка, название которой произошло от названия города, в котором работал Мушенбрук.

Электроемкость конденсаторов зависит от их размера, формы и типа используемого диэлектрика.

Рис. 2. Примеры промышленных конденсаторов

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 однородное поле плоского конденсатора в основном локализовано между пластинами.

Рис. 3. Поле плоского конденсатора

Электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластин (обкладок) и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Если пространство между обкладками заполнено диэлектриком, электроемкость конденсатора увеличивается в ε раз:

где: C — электроемкость плоского конденсатора, S — площадь пластины конденсатора, d — расстояние между пластинами (толщина диэлектрика), ε₀ — электрическая постоянная, ε — диэлектрическая проницаемость среды.

Конденсаторы первоначально использовались для накопления электрического заряда. Но сегодня, когда существуют различные источники тока, потребность в накапливании электрического заряда отпала. Тем не менее, конденсаторы находят и сегодня широкое применение — особенно в радиотехнике. Без них была бы невозможна радиосвязь. Конденсаторы используются сегодня в основном не как накопители заряда, а как накопители энергии электрического поля, способные накапливать и отдавать энергию почти мгновенно.