![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Конденсаторы
Как видно из § 3.12, для того, чтобы проводник обладал большой емкостью, он должен иметь очень большие размеры. На практике, однако, необходимы устройства, обладающие способностью при малых размерах и небольших относительно окружающих тел потенциалах накапливать значительные по величине заряды, иными словами, обладать большой емкостью. Эти устройства получили название конденсаторов. Рассмотрим два проводника, между которыми существует электрическое напряжение U=j1 - j2, и предположим, что все линии вектора Напряженность поля в любой точке между обкладками конденсатора всегда пропорциональна величине заряда обкладок. Поэтому согласно (4.18) и напряжение U между обкладками всегда пропорционально заряду обкладок q:
q = CU. (13.1)
Коэффициент пропорциональности С в этой формуле называют электрической емкостью конденсатора или просто его емкостью. Единица электроемкости - фарад(Ф): 1Ф - емкость такого конденсатора, у которого при заряде на каждой обкладке в 1 Кл напряжение между обкладками равно 1 В:
1 Ф = 1
Емкость конденсатора зависит от его размеров, формы и от свойств среды, находящейся между его обкладками. Пусть С0 - емкость любого конденсатора, когда его обкладки находятся в вакууме. Практически мы получим ту же емкость, если между обкладками будет атмосферный воздух. Пусть далее С – емкость того же конденсатора, если все пространство между его обкладками заполнено каким-либо другим однородным изолятором. Отношение
С/С0 = e (13.2)
называют диэлектрической проницаемостью изолятора. Из (13.2) вытекает, что емкость С конденсаторов любой формы прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости e диэлектрика, заполняющего пространство между обкладками. Поэтому применение в качестве прослойки сегнетоэлектриков (e достигает ~ 104) значительно увеличивает емкость конденсаторов. Плоский конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин площадью S каждая, расположенных на расстоянии d, друг от друга, малом по сравнению с размерами пластин. Емкость плоского конденсатора определяется соотношением:
С =
где e - диэлектрическая проницаемость вещества, заполняющего зазор между пластинами конденсатора. Электрическое поле между электродами плоского конденсатора является однородным (если пренебречь краевыми эффектами). Цилиндрический конденсатор состоит из двух коаксиальных цилиндров с радиусами R (внешний) и r (внутренний). Длину цилиндров L будем считать весьма большой по сравнению с зазором между ними. Емкость цилиндрического конденсатора определяется соотношением:
С =
Сферический конденсатор состоит из двух проводников в виде концентрических сфер, разделенных сферическим слоем диэлектрика. Емкость сферического конденсатора определяется соотношением:
С = 4pee0
где R и r радиусы внешней и внутренней обкладок. Двухпроводная линия представляет собой два параллельных цилиндрических провода с радиусами r и расстоянием между осями проводов d (d> > r). Будем считать, что все окружающие тела, включая и Землю, находятся на расстояниях, больших по сравнению с d, и поэтому будем считать оба провода как простой конденсатор. Емкость двухпроводной линии определяется соотношением:
С =
где L – длина двухпроводной линии. Кроме емкости каждый конденсатор характеризуется предельным напряжением (напряжением пробоя), которое можно прикладывать к обкладкам конденсатора, не опасаясь его пробоя. При более высоком напряжении происходит электрический пробой и диэлектрик разрушается, т.е. конденсатор выходит из строя. Напряжение пробоя зависит от формы обкладок, свойств диэлектрика и его толщины.
|