Другое название проводников из которых состоит конденсатор

КОНДЕНСАТОР (электрический)

КОНДЕНСА́ТОР электрический (от лат. сondensator, — тот, кто уплотняет, сгущает), устройство, предназначенное для получения нужных величин электрической емкости (см. ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ) и способное накапливать (перераспределять) электрические заряды.
Электрический конденсатор состоит из двух (иногда более) подвижных или неподвижных проводящих электродов (обкладок), разделенных диэлектриком. Обкладки должны иметь такую геометрическую форму и быть так расположены друг относительно друга, чтобы созданное ими электрическое поле было сосредоточено в пространстве между ними. Как правило, расстояние между обкладками, равное толщине диэлектрика, мало по сравнению с линейными размерами обкладок. Поэтому электрическое поле, возникающее при подключении обкладок к источнику с напряжением U, практически полностью сосредоточено между обкладками. При этом частичные собственные емкости электрических обкладок пренебрежимо малы.
Таким образом, конденсатором называют систему, состоящую, как правило, из двух разноименно заряженных проводников, при этом заряд, который надо перенести с одного проводника на другой, чтобы зарядить один из них отрицательно, а другой положительно, называется зарядом конденсатора. Разность потенциалов U между обкладками конденсатора прямо пропорциональна величине заряда Q, находящегося на каждой из них:
Q=С . U
С — коэффициент, характеризующий конденсатор, называется электрической емкостью конденсатора или емкостью.
Численно емкость электрического конденсатора С равна величине заряда Q одной из обкладок при напряжении, равном 1 вольт:
С = Q/U.
В СИ единицей емкости является фарад (см. ФАРАД) — 1 Ф. Емкостью, равной одному фараду, обладает такой конденсатор, между пластинами которого возникает разность потенциалов, равная одному вольту, при заряде на каждой из пластин, равном одному кулону.
Параметры, конструкция и область применения конденсаторов определяются диэлектриком (см. ДИЭЛЕКТРИКИ) , разделяющим его обкладки, поэтому основная классификация электрических конденсаторов проводится по типу диэлектрика. В зависимости от типа используемого диэлектрика конденсаторы могут быть воздушные, бумажные, слюдяные, керамические, электролитические и др.
По емкости различают конденсаторы постоянной емкости и конденсаторы переменной емкости. Конденсаторы переменной емкости и полупеременные изготовляются с механически и электрически управляемой емкостью. Изменение емкости в электрическом конденсаторе с механическим управлением достигается чаще всего изменением площади его обкладок или (реже) изменением зазора между обкладками. Простейший воздушный конденсатор переменной емкости состоит из двух изолированных систем металлических пластин, которые входят друг в друга при вращении рукоятки: одна группа (ротор) может перемещаться так, что ее пластины заходят в зазоры между пластинами другой группы (статора). Вдвигая и выдвигая одну систему пластин в другую можно изменить емкость конденсатора. Электрические конденсаторы переменной емкости с твердым диэлектриком (керамические, слюдяные, стеклянные, пленочные) в основном используются как полупеременные (подстрочные) с относительно небольшим изменением емкости. В настоящее время широко используются управляемые конденсаторы переменной емкости — варикапы (см. ВАРИКАП) и вариконды (см. ВАРИКОНД) .
Емкость электрического конденсатора зависит от диэлектрический проницаемости диэлектрика, заполняющего конденсатор, и от формы и размеров его обкладок. По форме обкладок различают плоские, цилиндрические, сферические конденсаторы.
Плоский конденсатор представляет собой две плоские пластины, расстояние между которыми d мало по сравнению с их линейными размерами. Это позволяет пренебречь малыми областями неоднородности электрического поля у краев пластин и считать, что все поле однородно и сосредоточено между пластинами. Заряд конденсатора Q — это заряд положительно заряженной пластины.
Емкость плоского конденсатора С:
С= ee_о S/d
S — площадь каждой обкладки или меньшей из них, d — расстояние между обкладками, e_о— электрическая постоянная, e — относительная диэлектрическая проницаемость вещества, находящегося между обкладками. Заполнение пространства между пластинами диэлектриком увеличивает емкость в e раз.
Энергия, запасенная заряженным до постоянного напряжения U плоским электрическим конденсатором, равна:
W = CU 2 /2.
Наряду с плоским конденсатором часто используется плоский многопластинчатый конденсатор, содержащий n обкладок, соединенных параллельно.
Емкость цилиндрического конденсатора, обкладки которого представляют собой два коаксиальных полых цилиндра, вставленные друг в друга, и разделенных диэлектриком, равна:
С = 2pee_oh¤ln(r₂/r₁),
где r₂ и r₁ — радиусы внешнего и внутреннего цилиндров, соответственно, а h — длина цилиндра. При этом не учитываются искажения однородности электрического поля у краев обкладок (краевой эффект), и потому эти расчеты дают несколько заниженные значения емкости C.
Емкость сферического конденсатора, представляющего собой вставленную одна в другую сферы, равна:
С = 4pee_or₂r₁/(r₂-r₁),
где r₂ и r₁ — радиусы внешней и внутренней сфер, соответственно.
Кроме емкости, электрический конденсатор обладает активным сопротивлением R и индуктивностью (см. ИНДУКТИВНОСТЬ) L. Как правило, электрические конденсаторы используют на частотах, значительно меньших резонансной, на которых его индуктивностью обычно пренебрегают. Активное сопротивление конденсатора зависит от удельного сопротивления диэлектрика, материала обкладок и выводов, формы и размера конденсатора, частоты и температуры. Зависимость реактивного сопротивления электрических конденсаторов от частоты используется в электрических фильтрах.
При подключении обкладок к источнику постоянного напряжения, конденсатор заряжается до напряжения источника. Ток, продолжающий течь через конденсатор после его зарядки, называется током утечки.
Конденсаторы характеризуются пробивным напряжением — разностью потенциалов между обкладками конденсатора, при котором происходит пробой — возникает электрический разряд через слой диэлектрика в конденсаторе. Пробивное напряжение зависит от формы обкладок, свойств диэлектрика и его толщины.
Пластины конденсатора притягиваются друг к другу. Сила притяжения между пластинами конденсатора называется пондемоторной силой и рассчитывается по формуле:
F = -Q 2 /2ee_oS
Знак минус указывает, что пондемоторная сила является силой притяжения.
По применению различают электрические конденсаторы низкого напряжения низкой частоты (большая удельная емкость С), низкого напряжения высокой частоты (высокая С), высокого напряжения постоянного тока, высокого напряжения низкой и высокой частоты (высокая удельная реактивная мощность).
Для увеличения емкости и варьирования ее возможных значений конденсаторы соединяют в батареи, при этом используется их последовательное, параллельное или смешанное (состоящее из последовательного и параллельного) соединения.
Увеличение емкости достигается параллельным соединением конденсаторов в батарею. При этом конденсаторы соединяются одноименно заряженными обкладками. При таком соединении сохраняющейся величиной на всех конденсаторах является разность потенциалов, а заряды суммируются. Общая емкость батареи при параллельном соединении конденсаторов равна сумме емкостей отдельных конденсаторов:
С = С₁ + С₂ + …+ С_n
При последовательном соединении конденсаторов результирующая емкость всегда меньше наименьшей емкости, используемой в батарее, и на каждый конденсатор приходится лишь часть разности потенциалов клемм батарей, что значительно снижает возможность пробоя конденсатора. При последовательном соединений конденсаторов соединяются их разноименные обкладки. При этом складываются величины, обратные емкостям и результирующая емкость определяется следующим образом:
1/С = (1/С_n).
Электрические конденсаторы применяются в электрических цепях (сосредоточенные емкости), электроэнергетике (компенсаторы реактивной мощности), импульсных генераторах напряжения, в измерительных целях (измерительные конденсаторы и емкостные датчики).

Энциклопедический словарь . 2009 .

• КОНДЕНСАТОР (теплотехнический)
• КОНДЕНСОР

Электроемкость проводников

Сообщенный проводнику заряд q распределяется по его поверхности так, чтобы напряженность поля внутри проводника была равна нулю. Если проводнику, уже несущему заряд q , сообщить еще заряд той же величины, то второй заряд должен распределиться по проводнику точно также, как и первый, в противном случае он создает в проводнике поле, не равное нулю. Таким образом, различные по величине заряды распределяются на удаленном от других тел (уединенном) проводнике подобным образом, т.е. отношение плотностей заряда в двух произвольных точках поверхности проводника при любой величине заряда будет одно и то же.

Отсюда вытекает, что потенциал уединенного проводника пропорционален находящемуся на нем заряду. Действительно, увеличение в некоторое число раз заряда приводит к увеличению в тоже число раз напряженности поля в каждой точке окружающего проводника пространства, т.е.

Вводя соответствующий коэффициент пропорциональности, запишем или

где С — называется электроемкостью.

Таким образом, электроемкость уединенного проводника есть физическая величина численно равная величине заряда, который необходимо сообщить данному проводнику для увеличения его потенциала на единицу. В СИ единицей емкости является Фарад (Ф).

Определим электроемкость уединенного шара. Потенциал заряженного шара радиуса R

Сравнивая с получаем

Конденса ́ тор (от лат. condense — «уплотнять», «сгущать») — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью ; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком , толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

3)Если необходимо увеличить общую емкость конденсаторов, то их соединяют между собой параллельно . При этом способе соединения общая площадь пластин увеличивается по сравнению с площадью пластины каждого конденсатора. Общая емкость конденсаторов, соединенных параллельно, равна сумме емкостей отдель ­ ных конденсаторов

Соединенные параллельно конденсаторы на ­ ходятся под одним и тем же напряжением, рав ­ ным U вольт, а общий заряд этих конденсато ­ ров равен q кулонов. При этом каждый кон ­ денсатор соответственно получает заряд

Конденсаторы

Для получения устройств, которые при небольшом относительно среды потенциале накапливали бы на себе (конденсировали) заметные по величине заряды используют тот факт, что электроемкость проводника возрастает при приближении к нему других тел. Действительно, под действием поля, создаваемого заряженными проводниками, на поднесенном к нему теле возникают индуцированные (на проводнике) или связанные (на диэлектрике) заряды (рис.15.5). Заряды, противоположные по знаку заряду проводника q располагаются ближе к проводнику, чем одноименные с q, и, следовательно, оказывают большое влияние на его потенциал.

Поэтому при поднесении к заряженному проводнику какого либо тела напряженность поля уменьшается, а, следовательно, уменьшается потенциал проводника. Согласно уравнение это означает увеличение емкости проводника.

Конденсатор состоит из двух проводников (обкладок) (рис.15.6), разделенных прослойкой диэлектрика. При приложении к проводнику некоторой разности потенциалов его обкладки заряжаются равными по величине зарядами противоположного знака. Под электроемкостью конденсатора понимается физическая величина, пропорциональная заряду q и обратно пропорциональна разности потенциалов между обкладками

Определим емкость плоского конденсатора.

Если площадь обкладки S , а заряд на ней q, то напряженность поля между обкладками

С другой стороны разность потенциалов между обкладками откуда

Другое название проводников из которых состоит конденсатор

Как нам известно из формулы емкости уединенного проводника, для того чтобы проводник имел большую емкость, он должен иметь довольно большие размеры. На практике необходимы устройства, обладающие способностью при малых размерах и небольших относительно окружающих тел потенциалах накапливать большие по величине заряды, иными словами, обладать большой емкостью. Эти устройства получили название конденсаторов.

Если к заряженному проводнику перемещать другие тела, то на них возникают индуцированные (на проводнике) или связанные (на диэлектрике) заряды, при этом наиболее близкими к наводящему заряду Q будут заряды противоположного знака. Эти заряды, очевидно, ослабляют поле, которое создается зарядом Q, т. е. уменьшают потенциал проводника, что приводит, следуя из формулы зависимости емкости от потенциала С=Q/φ к повышению его электроемкости.

Конденсатор состоит из двух проводников (обкладок), которые разделены диэлектриком. На емкость конденсатора не должны влиять окружающие тела, поэтому проводникам придают такую форму, чтобы поле, которое создавается накапливаемыми зарядами, было сосредоточено в узком зазоре между обкладками конденсатора. Этому условию удовлетворяют: 1) две плоские пластины; 2) две концентрические сферы; 3) два коаксиальных цилиндра. Поэтому в зависимости от формы обкладок конденсаторы делятся на плоские, сферические и цилиндрические.

Так как поле сосредоточено внутри конденсатора, то линии напряженности начинаются на одной обкладке и кончаются на другой, поэтому свободные заряды, которые возникают на разных обкладках, равны по модулю и противоположны по знаку. Под емкостьюконденсатора понимается физическая величина, равная отношению заряда Q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов (φ₁ — φ₂) между его обкладками:

(1)

Найдем емкость плоского конденсатора, который состоит из двух параллельных металлических пластин площадью S каждая, расположенных на расстоянии d друг от друга и имеющих заряды +Q и –Q. Если считать, что расстояние между пластинами мало по сравнению с их линейными размерами, то краевыми эффектами на пластинах можно пренебречь и поле между обкладками считать однородным. Его можно найти используя формулу потенциала поля двух бесконечных параллельных разноименно заряженных плоскостей φ₁-φ₂=σd/ε₀. Учитывая наличие диэлектрика между обкладками:

(2)

где ε — диэлектрическая проницаемость. Тогда из формулы (1), заменяя Q=σS, с учетом (2) найдем выражение для емкости плоского конденсатора:

(3)

Для определения емкости цилиндрического конденсатора, который состоит из двух полых коаксиальных цилиндров с радиусами r₁ и r₂(r₂ > r₁), один вставлен в другой, опять пренебрегая краевыми эффектами, считаем поле радиально-симметричным и действующим только между цилиндрическими обкладками. Разность потенциалов между обкладками считаем по формуле для разности потенциалов поля равномерно заряженного бесконечного цилиндра с линейной плотностью τ =Q/l (l—длина обкладок). При наличии диэлектрика между обкладками разность потенциалов

(4)

Подставив (4) в (1), найдем выражение для емкости цилиндрического конденсатора:

(5)

Чтобы найти емкость сферического конденсатора, который состоит из двух концентрических обкладок, разделенных сферическим слоем диэлектрика, используем формулу для разности потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r₁ и r₂ (r₂ > r₁) от центра заряженной сферической поверхности. При наличии диэлектрика между обкладками разность потенциалов

(6)

Подставив (6) в (1), получим

Если d=r₂—r₁1, то r₂≈r₁≈r и C=4πε₀εr 2 /d. Так как 4πr 2 — есть площадь сферической обкладки, то мы снова получим формулу (3). Значит, при малой величине зазора между обкладками конденсатора по сравнению с радиусом сферы выражения для емкости плоского и сферического конденсаторов совпадают. Этот вывод справедлив и для цилиндрического конденсатора: при малом зазоре между его цилиндрическими обкладками по сравнению с их радиусами в формуле (5) ln (r₂/r₁) можно разложить в ряд, делая приближение только членом первого порядка. В результате опять приходим к формуле (3).

Из формул (3), (5) и (7) следует, что емкость конденсаторов любой формы прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости диэлектрика, который заполняет пространство между обкладками. Поэтому применение сегнетоэлектриков в качестве прослойки значительно увеличивает емкость конденсаторов.

Конденсаторы также характеризуются пробивным напряжением — разностью потенциалов между обкладками конденсатора, при которой происходит пробой — электрический разряд через слой диэлектрика в конденсаторе. Пробивное напряжение также зависит от формы обкладок, свойств диэлектрика и его толщины.

Для увеличения емкости и изменения ее возможных значений конденсаторы соединяют в батареи, при этом применяется их параллельное и последовательное соединения.

1. Параллельное соединение конденсаторов (рис. 1). У параллельно соединенных конденсаторов разность потенциалов на обкладках конденсаторов одинакова и равна φ_A – φ_B. Если емкости отдельных конденсаторов С₁, С₂, . С_n, то, как видно из (1), их заряды есть

а заряд батареи конденсаторов

Полная емкость батареи

т. е. при параллельном соединении конденсаторов полная емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.

Рис.1

2. Последовательное соединение конденсаторов (рис. 2). У последовательно соединенных конденсаторов заряды всех обкладок равны по модулю, а разность потенциалов на зажимах батареи

где для любого из рассматриваемых конденсаторов Δφ_i = Q/С_i. С другой стороны,

т. е. при последовательном соединении конденсаторов суммируются величины, которые обратны емкостям. Значит, при последовательном соединении конденсаторов результирующая емкость С всегда меньше наименьшей емкости, которая используется в батарее.

Рис.2

Электроемкость проводников и конденсаторов

Уединенным называется проводник, вблизи которого нет других заряженных тел, диэлектриков, которые могли бы повлиять на распределение зарядов данного проводника.

Отношение величины заряда к потенциалу для конкретного проводника есть величина постоянная, называемая электроемкостью(емкостью)С:

.

Электроемкость уединенного проводника численно равна заряду, который необходимо сообщить проводнику, чтобы изменить его потенциал на единицу.За единицу емкости принимается 1 фарад (Ф) – 1 Ф.

Емкость шара = 4εε₀R.

Устройства, обладающие способностью накапливать значительные заряды, называются конденсаторами.Конденсатор состоит из двух проводников, разделенных диэлектриком. Электрическое поле сосредоточено между обкладками, а связанные заряды диэлектрика ослабляют его, т.е. понижают потенциал, что приводит к большему накоплению зарядов на пластинах конденсатора. Емкость плоского конденсатора численно равна.

Для варьирования значений электроемкости конденсаторы соединяют в батареи. При этом используется их параллельное и последовательное соединения.

При параллельном соединении конденсаторовразность потенциалов на обкладках всех конденсаторов одинакова и равна (φ_A– φ_B). Общий заряд конденсаторов равен

Полная емкость батареи (рис.28) равнасумме емкостей всех конденсаторов; конденсаторы включаются параллельно, когда требуется увеличить емкость и, следовательно, накапливаемый заряд.

При последовательном соединении конденсаторов общий зарядравен зарядам отдельных конденсаторов, а общая разность потенциалов равна (рис.29)

, ,.

Отсюда.

При последовательном соединении конденсаторов обратная величина результирующей емкости равна сумме обратных величин емкостей всех конденсаторов. Результирующая емкость получается всегда меньше наименьшей емкости, используемой в батарее.

Энергия заряженного уединенного проводника, конденсатора. Энергия электростатического поля

Энергия заряженного проводника численно равна работе, которую должны совершить внешние силы для его зарядки: W =A. При перенесении зарядаdqиз бесконечности на проводник совершается работаdAпротив сил электростатического поля (по преодолению кулоновских сил отталкивания между одноименными зарядами):dA=jdq =Cjdj.

Чтобы зарядить тело от нулевого потенциала до потенциала j, потребуется работа

.

Итак, энергия заряженного проводника:

.

Выражение принято называтьсобственной энергией заряженного проводника. Энергия заряженного плоского конденсатора:

,

где Dj– разность потенциалов его обкладок.

Энергия электростатического поля ,

Объемная плотность энергии, т.е. энергия единицы объема

ω = W /V:.

Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков

В диэлектрике молекулы нейтральные, т.е. сумма всех положительных зарядов равна сумме всех отрицательных зарядов.

Если заменить положительные заряды ядер молекул суммарным положительным зарядом , находящимся в центре тяжести положительных зарядов, и заряд всех электронов – суммарным отрицательным зарядом, находящимся в центре тяжести отрицательных зарядов, то молекулу можно рассматривать какэлектрический дипольсэлектрическим моментом.

Диполь– система двух разноименных, одинаковых по величине зарядов, расположенных на некотором расстоянии, называемом плечом диполя.

Внесение диэлектриков во внешнее электрическое поле приводит к возникновению отличного от нуля результирующего электрического момента диэлектрика. Это явление называется поляризацией.

Различают три вида диэлектриков:

1. К первой группе относятся вещества (Н₂, О_2,С₂), в молекулах которых центры тяжести положительных и отрицательных зарядов молекул совпадают. Такие диэлектрики называютсянеполярными. Под действием электрического поля заряды неполярных молекул смещаются, и молекула приобретает дипольный момент в результате деформации электронных орбит. Этому типу соответствуетэлектронная,илидеформационная, поляризация.

2. Вторая группа диэлектриков (Н₂О,SО₂, СО) представляет собой вещества, молекулы которых имеют асимметричное строение, центры тяжести положительных и отрицательных зарядов молекул не совпадают. Такие молекулы называютполярными. В целом диэлектрик не обладает дипольным моментом вследствие теплового движения частиц. При внесении таких диэлектриков во внешнее электрическое поле молекулы, обладающие дипольным моментом, испытываюториентационнуюилидипольную поляризацию(положительные заряды диполя ориентируются по направлению вектора, отрицательные – против поля).

3. К третьей группе относятся (NaCl,KCl,KBr) вещества, имеющие ионное строение. Ионные кристаллы представляют собой пространственные решетки с правильным чередованием ионов разных знаков. В кристаллах нельзя рассматривать одну молекулу, а необходимо рассматривать кристалл как систему двух вдвинутых одна в другую подрешеток. При внесении во внешнее электрическое поле с напряженностьюданная группа диэлектриков испытывает смещение ионных подрешеток, и возникает дипольный момент. Положительные ионы ориентируются вдоль поля, отрицательные – против поля. Такая поляризация называетсяионной.

Особый класс диэлектриков составляют сегнетоэлектрики, молекулы которых обладают дипольным моментом в отсутствие внешнего электрического поля. Они имеют мозаичное строение и состоят из доменов – областей, обладающих дипольным моментом. В целом образец не обладает дипольным моментом вследствие теплового движения частиц. При внесении во внешнее электрическое поле их поляризованностьзависит от, и наблюдается гистерезис – нелинейная зависимостьот. При температуре, называемой точкой Кюри, сегнетоэлектрик теряет свои особые свойства.