Энергия электрического поля, заряженного конденсатора

1. Электроемкость проводника.

Если в процессе электризации проводнику сообщать заряды, то заряды распределяются по поверхности проводника так, что потенциалы точек поверхности любого заряженного проводника будут одинаковыми, т.е. поверхность проводника является эквипотенциальной поверхностью. Установлено, что между величиной заряда, на поверхности проводника и потенциалами точек поверхности проводника, прямая пропорциональная зависимость

С – электроемкость проводника

- формула расчета электроемкости проводника.

С – зависит от формы проводника, его геометрических размеров и окружающей среды. И не зависит от того, из какого вещества изготовлен проводник, сплошной проводник или полый (пустой). Электроемкость проводника рассчитать очень сложно, т.к. для каждого проводника должна быть своя формула расчета. Проще электроемкость измерить.

В «СИ» |C| = = 1 Ф (Фарад)

1 Фарад – электроемкость проводника, при сообщении которому заряда в 1 Кл потенциалы точек поверхности меняются на 1В.

Практические единицы измерения электроемкости.

2. Конденсаторы

Система проводников разделенных слоем диэлектрика называется КОНДЕНСАТОРОМ.

Проводники называются обкладками конденсатора. Если обкладки представляют собой плоскости, то конденсатор называется плоским.

Если конденсатор зарядить, то заряды располагаются по внутренним сторонам обкладок. Внешние стороны остаются электронейтральными, поэтому электрическое поле, создаваемое этими зарядами, полностью сосредоточено в диэлектрике между обкладками. Внешнее поле внутрь конденсаторов проникнуть не может, т.к. проводники для этого поля являются экраном. По этой причине конденсатор в течение определенного времени может сохранять энергию в электрическом поле.

Конденсаторы в электрорадиосхемах используются как накопители энергии. Заряды на обкладках равны по величине и противоположны по знаку. Заряд конденсатора в целом определяется величиной заряда одной из его обкладок. Выясним, как можно рассчитать электроемкость конденсатора.

С = - формула расчета электроемкости конденсатора.

От заряда и напряжения электроемкость конденсатора не зависит, а она зависит от рода диэлектрика, от толщины слоя диэлектрика и от площади обкладок.

формула расчета электроемкости конденсатора.

Название конденсаторов часто соответствует роду диэлектрика, например бумажный, керамический.

Такие конденсаторы можно использовать, как в цепях постоянного, так и переменного токов.

3. Соединение конденсаторов в батарею.

Конденсаторы можно соединять между собой и такое соединение называют конденсаторной батареей. При этом возможны варианты:

1. Последовательное

2. Параллельное

3. Смешанное соединение.

При ( 1 ) этом левая обкладка одного конденсатора соединяется с правой обкладкой другого. При последовательном соединении независимо от электроемкости заряд на конденсаторе одинаковый.

При последовательном соединении напряжение на всей конденсаторной батарее равно сумме напряжений на отдельных конденсаторах этой батареи.

3 ) ; ;

- формула расчета электроемкости конденсаторной батареи при последовательном соединении.

При последовательном соединении конденсаторов увеличивается рабочее напряжение конденсаторной батареи, а электроемкость – уменьшается и она становится меньше электроемкости самого маленького конденсатора, включенного в данную батарею.

И – одинаковое.

При параллельном соединении не зависимо от электроемкости напряжение на конденсаторах одинаковое

Заряд конденсаторной батареи равен сумме зарядов отдельных конденсаторов.

- формула расчета электроемкости при параллельном соединении.

При параллельном соединении конденсаторов в батарею электроемкость увеличивается , а рабочее напряжение берется по самому маленькому рабочему напряжению конденсаторов этой батареи.

3. Смешанное соединение

Если необходимо увеличить рабочее напряжение и электроемкость , то конденсаторы соединяют смешанно. При этом за счет последовательного соединения увеличивается рабочее напряжение, а за счет параллельного - увеличивается электроемкость.

Пример: даны 4 конденсатора с напряжением по 100 В и электроемкостью 4 мкФ каждый, как их соединить , что бы получить рабочее Е в 2 раза больше, а С осталось прежней.

3. Энергия электрического поля, заряженного конденсатора.

При зарядке конденсатора источником тока совершается работа, в результате которой на обкладках конденсатора появляются электрические заряды, а между обкладками в диэлектрике – электрическое поле, которое обладает энергией. Совершенная работа при зарядке и энергия электрического поля конденсатора численно равны, поэтому энергию электрического поля конденсатора можно рассчитать по совершенной работе при зарядке конденсатора.

- формула расчета энергии электрического поля, заряженного конденсатора