+ Pokaż spis treści

Pojemność elektryczna

Pojemność elektryczna przewodnika


Podczas elektryzowania przewodnika, ładunek rozkłada się na jego powierzchni , ale nie zawsze równomiernie. Jeśli jednak naelektryzujemy metalową kulę o promieniu R , to ładunek rozłoży się równomiernie, a natężenie pola na jej powierzchni będzie takie, jakby cały ładunek Q był skupiony w jej środku. Tak samo jest z potencjałem. Potencjał na powierzchni kuli można więc wyrazić wzorem :  .
Stosunek  ładunku [Q] wprowadzonego na przewodnik do potencjału [V]  tego przewodnika nazywamy pojemnością [C] elektryczną przewodnika.



Jednostką pojemności jest 1 farad [1F].   Pojemność elektryczna przewodnika zależy od jego rozmiarów, kształtu i obecności innych ciał w pobliżu.

Kondensator


Obecność innych przewodników oraz izolatorów w pobliżu danego przewodnika powoduje zwiększenie jego pojemności elektrycznej. Układ dwóch przewodników przedzielonych warstwą izolatora nazywamy kondensatorem.
Najprostszym kondensatorem jest układ dwóch równoległych płytek metalowych przedzielonych izolatorem (dielektrykiem). Jest to tzw.  kondensator płaski, a tworzące go płytki nazywamy okładkami (okładzinami).

Po naładowaniu kondensatora, jego okładki mają różnoimienne ładunki i między nimi istnieje jednorodne pole elektrostatyczne o natężeniu  , gdzie U jest różnicą potencjałów między okładkami a d odległością między nimi.
Stosunek ładunku zgromadzonego na okładkach do różnicy potencjałów (napięcia) między nimi jest równy pojemności elektrycznej kondensatora.

Pojemność kondensatora zależy od pola [S] powierzchni okładek (wprost proporcjonalnie), odległości [d] między okładkami (odwrotnie proporcjonalnie) oraz od rodzaju izolatora przedzielającego okładki. Wyraża to wzór :  ,  gdzie  Ei Er oznaczają odpowiednio przenikalność elektryczną próżni  i  stałą dielektryczną izolatora. Wynika z niego, że jeśli pojemność kondensatora próżniowego lub powietrznego wynosi np. C0 , to pojemność kondensatora wypełnionego izolatorem o stałej dielektrycznej Er  wynosi C= Er .C0 .

Energia naładowanego kondensatora


Naładowanie
 kondensatora wymaga wykonania pracy. Miarą tej pracy jest pole figury otrzymanej pod wykresem zależności między ładunkiem i napięciem kondensatora.
Z wykresu ładowania wynika, że wykonana praca ma wartość: .
Ta praca stanowi energię naładowanego kondensatora.
 
Łączenie kondensatorów. Kondensatory możemy w razie potrzeby łączyć ze sobą szeregoworównolegle lub w sposób mieszany .

Bez względu na ilość użytych do połączenia kondensatorów ładunek każdej okładki jest taki sam [Q], a napięcia [U1 , U2 , U3 itd.]  zależą od pojemności poszczególnych kondensatorów [C1, C2, C3 itd.].
Taki układ [bateria] kondensatorów stanowi jeden kondensator o pojemności zastępczej [C] mającej wartość taką, że jej odwrotność jest równa sumie odwrotności pojemnościkondensatorów składowych.



Tę pojemność można również wyrażać wzorem :  , gdzie Q jest ładunkiem układu równym ładunkowi pojedynczego kondensatora, a U = U1 + U2 + U3  jest napięciem układu równym sumie napięć na poszczególnych kondensatorach.
 
Przy takim połączeniu kondensatorów, okładki o jednakowych znakach są ze sobą połączone, mają więc te same potencjały, czyli napięcie na wszystkich kondensatorach jest takie samo [U1 = U2 = U3 itd. = U całego układu] , a ilość ładunku zgromadzonego przez każdy kondensator [Q1, Q2, Q3, itd.] zależy od jego pojemności.
Taki układ  [bateria]kondensatorów stanowi jeden kondensator o pojemności zastępczej [C], równej sumie pojemności kondensatorów składowych.
C = C1 + C2 + C3
Tę pojemność można również wyrazić wzorem: , gdzie Q jest ładunkiem układu równym sumie ładunków poszczególnych kondensatorów: Q = Q1 + Q2 + Q3 , a U jestnapięciem układu równym napięciu pojedynczego kondensatora.
Łączenie mieszane kondensatorów polega na zastosowaniu połączenia szeregowego i równoległego stosownie do potrzeb. Przykłady takiego łączenia pokazane są na rys.34.

Kondensatory są stosowane w układach elektronicznych w wielu urządzeniach np.: lampy błyskowe, układy zapłonowe silników spalinowych , obwody radiowe i telewizyjne itd.