Образовака🌡️ Физика10 классОсновы электродинамики

Электроемкость

Средняя оценка: 4

Всего получено оценок: 146.

Важнейшей характеристикой многих элементов электрических цепей является электроемкость. Рассмотрим это понятие более подробно, дадим его определение, выясним, от чего зависит эта величина, выведем формулу электроемкости.

Электризация тел

Электризация тел заключается в том, что с помощью внешних воздействий телам сообщается некоторый электрический заряд.

Если вещество, из которого состоит тело, является проводником, то его электризация обычно совершается с помощью источника электрического тока. Электризация диэлектриков совершается обычно с помощью трения.

В любом случае, наэлектризованное тело имеет некоторый избыток носителей заряда, и чтобы этот избыток создать, необходимо совершить некоторую работу. А это значит, что наэлектризованное тело имеет некоторый электрический потенциал. (Напомним, что потенциал равен отношению работы, которую совершает электрическое поле, чтобы перенести заряд из бесконечности в данную точку, к величине этого заряда).

Наиболее интересные явления происходят, если электризуются два тела, каждое по-своему. Каждое тело имеет свой потенциал, а между этими телами образуется разность потенциалов – электрическое напряжение, которое будет прямо пропорционально заряду:

$$U \thicksim q$$

Электроемкость и конденсаторы

Напряжение, которое возникает между двумя по-разному заряженными телами, зависит от многих параметров – в первую очередь, от геометрических размеров тел, их электрических свойств, а также от свойств окружающей среды. Однако, пропорциональность этого напряжения заряду всегда сохраняется. Данное обстоятельство позволяет ввести специальную величину, характеризующую способность тел накапливать заряды – электроемкость (обозначается латинской буквой $C$).

Как правило, в реальных электрических схемах для создания электроемкости в качестве заряженных тел используются проводящие пластины, а чтобы создаваемые на них заряды не смешивались и не компенсировали друг друга, пространство между пластинами заполняется диэлектриком (например, воздухом).

Такое устройство называется электрическим конденсатором. Пластины, из которых он состоит, называются «обкладками». Иногда конструкция позволяет двигать пластины друг относительно друга, при этом меняется емкость (приставка «электро-» зачастую опускается) такого конденсатора.

Рис. 3. Переменный конденсатор с воздушным диэлектриком.

Конденсаторам, обладающим большой емкостью, легко передавать заряды, для этого требуется совершить мало работы. Конденсаторам с малой емкостью, наоборот, заряды передавать трудно, работы для этого требуется больше. Поскольку работа, совершаемая при переносе заряда, характеризуется потенциалом, то емкость конденсатора будет равна отношению переданного заряда к разности потенциалов (напряжению) между обкладками:

$$С ={q \over U}$$

Из данной формулы можно вывести единицу электроемкости – Фарад. Фарад – это емкость конденсатора, у которого при передаче ему заряда в 1 Кулон на обкладках возникнет напряжение 1 Вольт:

$$1Ф ={1 Кл \over 1В}$$

1 Фарад – это очень большая емкость. Конденсаторы, использующиеся в силовой электротехнике, имеют емкость, порядка десятков и сотен микрофарад. Конденсаторы, использующиеся в высокочастотной радиотехнике (например, изображенный выше), имеют емкости порядка десятков и даже единиц пикофарад ($1пФ = 10^{-12}Ф$).

Что мы узнали?

Электроемкость – это способность тел накапливать электрические заряды. Единицей электроемкости является Фарад. В реальных схемах для создания электроемкости используются конденсаторы, состоящие из проводящих пластин, разделенных диэлектриком.