Конденсаторы. Электроемкость конденсатора. Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов
Для накопления значительных количеств разноименных электрических зарядов применяются конденсаторы. Конденсатор — это система состоящая из двух параллельных проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников.
Так, например, две плоские металлические пластины, расположенные параллельно и разделенные диэлектриком, образуют плоский конденсатор. Если пластинам плоского конденсатора сообщить равные по модулю заряды противоположного знака, то напряженность между пластинами будет в 2 раза больше, чем напряженность одной пластины. Вне пластин напряженность равна нулю. Обозначаются конденсаторы на схемах так:
1. конденсатор постоянной емкости
2. конденсатор переменной емкости
Электроемкостью конденсатора называют величину, равную отношению величины заряда одной из пластин к напряжению между ними:
1Ф — это электроемкость такого конденсатора, напряжение между обкладками которого равно 1 В при сообщении разноименных зарядов по 1 Кл.
— электроемкость плоского конденсатора,
где: — электрическая постоянная, =,
— диэлектрическая проницаемость среды,
— площадь обкладки конденсатора,
— расстояние между обкладками (толщина диэлектрика).
В зависимости от типа диэлектрика конденсаторы бывают:
Зарядим конденсатор и затем подключим к его выводам электрическую лампочку. При подключении лампочки наблюдается кратковременная вспышка света. Из этого опыта следует, что заряженный конденсатор обладает энергией. Если на обкладках конденсатора емкостью находятся электрические заряды и , то согласно
В процессе разрядки конденсатора напряжение между его обкладками убывает прямо пропорционально заряду от первоначального значения до 0. Среднее значение напряжения в процессе разрядки равно: .
Для работы А, совершаемой электрическим полем при разрядке конденсатора будем иметь:
Следовательно, потенциальная энергия конденсатора равна:
Энергия конденсатора обусловлена тем, что электрическое поле между его обкладками обладает энергией. Напряженность поля пропорциональна напряжению, поэтому энергия электрического поля пропорциональна квадрату его напряжения.
Конденсаторы применяются для накопления электрической энергии и использования ее при быстром разряде (фотовспышка), для разделения цепей постоянного и переменного тока, в выпрямителях, колебательных контурах и других радиоэлектронных устройствах.
Работа и мощность в цепи постоянного тока. ЭДС. Закон Ома для полной цепи
Электрический ток — упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц под действием электрического поля (за направление тока принято направление движения положительного заряда).
Работу сил электрического тока, создающего электрический ток называют работой тока. Из формулы
Мощность по определению
Ленц (русский ученый) и Джоуль (английский ученый) установили независимо друг от друга закон, который называется законом Джоуля — Ленца: количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику:
— количество теплоты [Дж]
Полная замкнутая цепь представляет собой электрическую цепь, в состав которой входят внешние сопротивления и источник тока.
Для того чтобы ток проходил по замкнутой цепи, необходимо, чтобы в источнике тока зарядам сообщалась дополнительная энергия, она появляется за счет работы по перемещению зарядов, которую производят силы неэлектрического происхождения (сторонние силы) против сил электрического поля. Источник тока характеризуется энергетической характеристикой, которая называется ЭДС — отношение работы совершаемой сторонними силами по перемещению заряда вдоль цепи, к значению этого заряда:
— электродвижущая сила [В].
Пусть за время через поперечное сечение проводника пройдет электрический заряд . Тогда работу сторонних сил при перемещении заряда можно записать:
При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи, сопротивления которых и , выделяется некоторое количество теплоты. По закону Джоуля — Ленца:
Произведение силы тока и сопротивления участка цепи называют падением напряжения на этом участке. Закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи . [A]
Электрическая ёмкость — характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд. В теории электрических цепей ёмкостью называют взаимную ёмкость между двумя проводниками; параметр ёмкостного элемента электрической схемы, представленного в виде двухполюсника. Такая ёмкость определяется как отношение величины электрического заряда к разности потенциалов между этими проводниками.
В системе СИ ёмкость измеряется в фарадах. В системе СГС в сантиметрах.
Для одиночного проводника ёмкость равна отношению заряда проводника к его потенциалу в предположении, что все другие проводники бесконечно удалены и что потенциал бесконечно удалённой точки принят равным нулю. В математической форме данное определение имеет вид
где 
— заряд, 
— потенциал проводника.
Ёмкость определяется геометрическими размерами и формой проводника и электрическими свойствами окружающей среды (еёдиэлектрической проницаемостью) и не зависит от материала проводника. К примеру, ёмкость проводящего шара радиуса R равна (в системе СИ):
Понятие ёмкости также относится к системе проводников, в частности, к системе двух проводников, разделённых диэлектриком —конденсатору. В этом случае взаимная ёмкость этих проводников (обкладок конденсатора) будет равна отношению заряда, накопленного конденсатором, к разности потенциалов между обкладками. Для плоского конденсатора ёмкость равна:
где S — площадь одной обкладки (подразумевается, что они равны), d — расстояние между обкладками, ε — относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками, ε0 = 8.854·10 −12 Ф/м — электрическая постоянная.
Конденса́тор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённыхдиэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.
Виды конденсаторов: 1. по виду диэлектрика: воздушные, слюдяные, керамические, электролитические 2. по форме обкладок: плоские, сферические. 3. по величине емкости: постоянные, переменные (подстроечные).
Электроемкость плоского конденсатора
где S — площадь пластины (обкладки) конденсатора d — расстояние между пластинами eо — электрическая постоянная e — диэлектрическая проницаемость диэлектрика
Включение конденсаторов в электрическую цепь
ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА
Конденсатор — это система заряженных тел и обладает энергией. Энергия любого конденсатора:
где С — емкость конденсатора q — заряд конденсатора U — напряжение на обкладках конденсатора Энергия конденсатора равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин конденсатора вплотную, или равна работе по разделению положительных и отрицательных зарядов , необходимой при зарядке конденсатора.
ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ КОНДЕНСАТОРА
Энергия конденсатора приблизительно равна квадрату напряженности эл. поля внутри конденсатора. Плотность энергии эл. поля конденсатора: 
Электроемкость — это скалярная величина, характеризующая способность проводника накапливать электрический заряд.
Электроемкость
— не зависит от q и U;
— зависит от геометрических размеров проводника, их формы, взаимного расположения, электрических свойств среды между проводниками.
Электрической емкостью проводника наз. отношение заряда проводника к его потенциалу: 
.
единица измерения емкости в СИ: Ф (фарад)
Конденсатор обладает свойством накапливать и сохранять электрическую энергию.
Конденсатор представляет собой систему из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Проводники наз. обкладками конденсатора. Если заряды пластин конденсатора одинаковы по модулю и противоположны по знаку, то под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из его обкладок.
Электроемкостью конденсатора называют отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между обкладками: 
Обозначение на электрических схемах:
Все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора.
Заряд конденсатора — это абсолютное значение заряда одной из обкладок конденсатора.
Виды конденсаторов:
1. по виду диэлектрика — воздушные, слюдяные, керамические, электролитические
2. по форме обкладок — плоские, сферические.
3. по величине емкости — постоянные, переменные (подстроечные).
Электроемкость плоского конденсатора 
где S — площадь пластины (обкладки) конденсатора
d — расстояние между пластинами
εо — электрическая постоянная
ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрика
Конденсатор — это система заряженных тел обладает энергией.
Энергия любого конденсатора: 
где С — емкость конденсатора, (Ф) W— энергия (Дж)
q — заряд конденсатора, (Кл)
U — напряжение на обкладках конденсатора, (В)
Энергия конденсатора равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин конденсатора вплотную, или работе по разделению положительных и отрицательных зарядов необходимой при зарядке конденсатора.
Конденсаторы применяются для накопления электрической энергии и использования ее при быстром разряде (фотовспышка), для разделения цепей постоянного и переменного тока, в радиотехнике: колебательный контур, выпрямитель и других радиоэлектронных устройствах.
«>