Матеріали, що проводять електричний струм, називаються провідниками. У ряді матеріалів, так званих діелектриками, електричний струм і провідності не виникає. У таких матеріалів електричні заряди молекул міцно пов’язані внутрішньомолекулярними силами, і вільних електронів у них дуже мало. До діелектриків відносяться мармур, фарфор, слюда, скло та ін.

    У молекулах діелектрика дуже важко відокремити негативний заряд від позитивного, але під дією сил електричного поля, внутрішні молекулярні

заряди пружно зміщуються: позитивні заряди по напряму поля, а негативні – у зворотному напрямі.

    Таким чином, діелектрик в електричному полі поляризується. На поверхні діелектрика, зверненій до позитивно зарядженого провідника, утворюється негативний заряд – Q, а на протилежній поверхні – позитивний заряд +Q. З усуненням зовнішнього електричного поля ці заряди зникають. Система, що складається з двох провідників, розділених діелектриком, називається конденсатором, а провідники – обкладинкми конденсатора.  Якщо двох таких провідників з’єднати з полюсами джерела електричної енергії, то між ними  створюється електричне поле.

    Представимо, що конденсатор, який складається з двох металевих пластин А і Б, що являється його обкладинками, підключений до полюсів джерела струму.

Якщо напруга цього джерела – U, то очевидно, що обкладинки конденсатора теж знаходяться під такою ж напругою U.

    Електричне поле, що виникло в діелектрику конденсатора, характеризується напруженістю. Нехай відстань між обкладаннями конденсатора l. Напруженість електричного поля є відношенням напруги на обкладинках до відстані між ними, тобто E=U/l.  Якщо напруга на обкладинках конденсатора виражена у вольтах, а відстань між паралельно розташованими обкладинками – в метрах, то напруженість електричного поля в діелектрику конденсатора виражається у вольтах на метр (В/м). Чим більше напруга на обкладаннях конденсатора, тим більша напруженість поля в його діелектрику.

    Обкладання конденсатора, сполучені з полюсами джерела енергії, мають позитивний і негативний заряди.

    Величини зарядів, рівні між собою за абсолютною величиною, та пропорційні напрузі U на обкладинках конденсатора. Значить, якщо величину заряду на одному з обкладок позначити буквою Q, то можна написати наступну рівність: Q=CU. У цій рівності величина С є так званою ємністю конденсатора.

    Якщо заряд Q виражений в кулонах, а напруга U у вольтах, то ємність виражається у Фарадах.

 Ємність конденсатора залежить від обкладинок, відстані між ними і діелектричної проникності. Ємність конденсатора тим більша, чим більша площа S його обкладинок, і діелектрична проникність середовища, що розділяє їх, а також, чим менша відстань між обкладинками.

Заряд і розряд конденсатора

     Давайте підключимо конденсатор до джерела живлення. Відбудеться заряд конденсатора, напругою між обкладинками U, рівною напрузі джерела Е. Обкладинки, сполучені з позитивним полюсом джерела, отримають позитивний заряд,  а друга обкладинка – рівний за величиною негативний заряд Q=CU.

     Для заряду конденсатора необхідно, щоб одна із обкладинок втратила, а інша придбала деяку кількість вільних електронів. Електрони рухаються від одннієї обкладинки конденсатора на іншу. Рух цих зарядів називається струмом заряду конденсатора.  На початковий момент заряду конденсатора, напруга на ньому швидко зростає, оскільки струм заряду має велику величину зарядів, і тому відбувається швидке накопичення зарядів на обкладинках конденсатора.

    З підвищенням ємності конденсатора зростає кількість зарядів, що накопичуються на його обкладинках, а із збільшенням опору кола зменшується зарядний струм, що уповільнює накопичення зарядів на цих обкладинках. Якщо заряджений конденсатор замкнути на який-небудь опір R, то під дією напруги на конденсаторі протікатиме струм розряду конденсатора.

   Розряд конденсатора супроводжується перенесенням електронів з однієї пластини (де їх надлишок) на іншу (де їх недолік) і триває до тих пір, поки потенціали обкладинок не стануть однаковими, тобто напруга на конденсаторі не зменшиться до нуля.  Тривалість процесу розряду конденсатора залежить від опору кола і ємності конденсатора. Збільшення опору і ємності збільшує тривалість розряду.

   При постійній напрузі, струм через конденсатор не проходить, оскільки між його обкладаннями поміщений діелектрик. Але він легко може пропустити через себе змінний струм.

Так виглядають неполярні конденсатори для змінного струму.

Електролітичні конденсатори.

   Після заряду у конденсаторі, певний час зберігається накопичена енергія, і напруга на нім не міняється. При тривалому зберіганні конденсатор повністю розряджається. Таке явище називається саморазрядом конденсатора. Це пояснюється тим, що будь-який діелектрик не є ідеальний ізолятор і містить у собі невелику кількість вільних електронів.

З’єднання конденсаторів.

    З’єднання конденсаторів в ланцюзі буває паралельним та послідовним. При паралельному з’єднанні ємність їх дорівнює сумі ємностей, оскільки паралельне з’єднання збільшує загальну площу обкладок :

Формула та схема паралельного зєднання конденсаторів.

С=С1+С2+С3

    При послідовному з’єднанні конденсаторів зменшується загальна ємність схеми, яка буде менша ємності будь-якого з послідовно включених конденсаторів, оскільки послідовне включення подібно до збільшення товщини діелектрика, тобто відстані між обкладинками конденсатора.

Формула та схема послідовного зєднання конденсаторів.

1/С = 1/С1 + 1/С2 + 1/С3

Від admin

Залишити відповідь