Учебное пособие: Електроємність. Конденсатори. Закони постійного струму

ОРГАНІЗАЦІЙНО-МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ПРОВЕДЕННЯ ЛЕКЦІЇ

Звернути увагу, що електроємність провідника вимірюється зарядом, надання якого провіднику змінює його потенціал на одиницю; вказати, що ємність провідника залежить від його форми, лінійних розмірів та діелектричної проникності середовища. Пояснити, що для накопичення значних по величині зарядів на практиці використовуються конденсатори. В залежності від форми конденсатори поділяються на плоскі, циліндричні та сферичні, а по типу діелектриків паперові, слюдяні, керамічні та ін.

1. Вказати на широке застосування в техніці зв’язку. Показати різні типи конденсаторів.

2. Продемонструвати енергію зарядженого конденсатора дослідом з демонстраційним конденсатором, вивести формулу енергії конденсатора.

3. Вивести формулу для об’ємної густини енергії електричного поля конденсатора, пояснити її.

ВСТУП

Електроємністю (ємністю) провідника С називають величину, що дорівнює відношенню заряду Q, наданою провіднику, до його потенціалу j:

Ємність провідника залежить від його форми, лінійних розмірів і діелектричної проникності середовища і не залежить ні від заряду, ні від потенціалу. В СІ одиниця ємності називається фарад ( Ф ).

1мкФ=10-6 Ф (мікрофарад)

1 нФ =10-9Ф (нанофарад)

1 пФ=10-12 Ф (пікофарад)

Ємність кулі, радіус якої r,

Ємність Землі: .

На практиці необхідні пристрої, які при малих розмірах і невеликих відносно навколишніх тіл потенціалах можуть накопичувати значні по величині заряди (мати велику ємність).

Конденсатором називають системи двох або кількох провідників, розділених шаром діелектрика, товщина якого мала порівняно з розмірами провідників (обкладок).

Електроємність 1Ф має такий конденсатор, напруга (різниця потенціалів) між обкладками якого дорівнює 1В при наданні обкладками різнойменних зарядів по 1 Кл.

Конденсатори з’єднуються у батареї паралельно

,

або послідовно

.

По типу діелектрика, що використовується, конденсатори називаються паперовими, слюдяними, полістирольними, керамічними, повітряними). Паперовий конденсатор виготовляють із двох смуг металевої фольги, ізольованих одна від другої смугами парафінового паперу.

Звернуті в рулон смуги фольги й паперу, вміщуються в металевий або фарфоровий корпус.

Через спеціальні ізолятори від смуг фольги двома проводами конденсатор підключається в електричне коло. Аналогічна будова і конденсаторів інших типів. Також використовуються конденсатори змінної ємності.

Конденсатори являються основним елементом коливального контуру, мають широке застосування в техніці зв’язку.

Вони використовуються для згладжування пульсацій в випрямлячах змінного струму для розділу сталої і змінної складової струму, в електричних коливальних контурах радіопередачах і радіоприймачів, для накопичення великих запасів електричної енергії під час проведення фізичних експериментів в галузі лазерної техніки та керованого термоядерного синтезу.

Як і кожен заряджений провідник конденсатор має енергію, яка виражається формулою

.

Об’ємна густина енергії електричного поля з напруженістю Е:

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--