Dacă cei doi conductori izolați unul de celălalt comunică încărcările q1 și q2. atunci o anumită diferență de potențial Δφ apare între ele, în funcție de sarcini și de geometria conductorilor.
Diferența de potențial Δφ între două puncte dintr-un câmp electric este deseori numită tensiune și este desemnată prin litera U.
Cel mai mare interes practic este cazul în care taxele de fir egale în mărime și opuse în semn: q1 = - q2 = q. În acest caz, putem introduce conceptul de capacitate electrică.
Capacitatea electrică (capacitatea electrică) a conductorilor este cantitatea fizică care caracterizează capacitatea unui conductor sau a unui sistem de conductori de a acumula o sarcină electrică.
Capacitatea electrică se găsește ca raportul dintre sarcina q a unuia dintre conductori și diferența de potențial Δφ între ele:
În sistemul SI, unitatea de capacitate electrică este numită Farad [F]:
Cantitatea de capacitate electrică depinde de forma și dimensiunile conductorilor și de proprietățile dielectricului. separând conductorii.
Există configurații de conductori în care un câmp electric se dovedește a fi concentrat (localizat) numai într-o anumită regiune a spațiului. Astfel de sisteme sunt numite condensatoare. iar conductorii care alcătuiesc condensatorul sunt numiți plăci.
Cel mai simplu condensator este un condensator plat - un sistem de două plăci plate conductoare paralele unul cu celălalt la o mică distanță în comparație cu dimensiunile plăcilor și separate de un strat de dielectric.
Câmpul electric al unui condensator plat este localizat în principal între plăci; Cu toate acestea, în apropierea marginilor plăcilor și în spațiul din jur, există, de asemenea, un câmp electric relativ slab, numit câmpul de împrăștiere.
Într-o serie de probleme, este posibil să neglijăm câmpul de împrăștiere aproximativ și să presupunem că câmpul electric al unui condensator plat este concentrat în întregime între plăcile sale.
Reprezentarea idealizată a câmpului unui condensator plat.
Un astfel de câmp nu are proprietatea potențialului.
Capacitatea electrică a unui condensator plat este direct proporțională cu aria plăcilor și este invers proporțională cu distanța dintre ele.
Dacă spațiul dintre plăci este umplut cu un dielectric. capacitatea condensatorului crește cu un factor de ε:
Exemple de condensatoare cu o configurație diferită a plăcilor sunt condensatoare sferice și cilindrice.
Un condensator sferic este un sistem de două sfere conductive concentrice de raze R1 și R2.
Un condensator cilindric este un sistem de două cilindri coaxiali conductori cu raze R1 și R2 și lungime L.
Capacitățile acestor condensatoare, umplute cu un dielectric cu permitivitate dielectrică ε, sunt exprimate prin formule:
Pentru a obține o valoare de capacitate dată, condensatorii sunt conectați unul la celălalt, formând bănci de condensatori.
1) Când condensatoarele sunt conectate în paralel, ele sunt conectate cu aceleași încărcături încărcate.
Un astfel de sistem poate fi considerat un singur condensator al capacității electrice C încărcat de o sarcină q = q1 + q2 cu o tensiune între plăci egală cu U. Aceasta implică fie C = C1 + C2
Astfel, cu o conexiune paralelă, capacitățile electrice sunt pliate.
2) Când condensatoarele sunt conectate în serie, sunt conectate plăcile încărcate disimilar
Încărcările ambelor condensatoare sunt aceleași q1 = q2 = q, tensiunile de pe ele sunt egale și
Un astfel de sistem poate fi considerat ca un singur condensator încărcat cu o sarcină q la o tensiune între plăcile U = U1 + U2.
Când condensatoarele sunt conectate în serie, se adaugă valorile reciproce ale condensatoarelor.
Formulele pentru conectarea paralelă și serială rămân valabile pentru orice număr de condensatori conectați la baterie.
Ie în cazul condensatoarelor n de aceeași capacitate C, capacitatea bateriei
cu o conexiune paralelă Sobc = nC
cu o conexiune serială Sobshch = S / n
Dacă plăcile condensatorului încărcat sunt închise cu un conductor metalic, atunci un curent electric va curge de-a lungul circuitului, lampa se va aprinde și va rămâne aprinsă până când condensatorul este descărcat. Prin urmare, un condensator încărcat conține o sursă de energie.
Energia unui condensator încărcat este egală cu forța forțelor externe, care trebuie să fie consumată pentru încărcarea condensatorului.
Procesul de încărcare a condensatorului poate fi reprezentat ca un transfer succesiv de porțiuni de încărcare suficient de mici Δq> 0 de la o placă la alta:
Astfel, o căptușeală este încărcată treptat de o încărcătură pozitivă, iar un altul - negativ. Deoarece fiecare porțiune este transferată în condiții în care există deja o anumită încărcare q pe plăci. iar între ele există o anumită diferență potențială
Atunci când transportați fiecare porțiune de Δq, forțele externe trebuie să completeze lucrul
Energia condensatorului unui condensator C. încărcată de o sarcină de q. pot fi găsite prin integrarea acestei expresii în intervalul de la 0 la q:
Formula care exprimă energia unui condensator încărcat poate fi rescrisă într-o altă formă echivalentă dacă folosim relația q = CU.
Energia electrică Ar trebui să considerăm energia potențială stocată într-un condensator încărcat.
Conform conceptelor moderne, energia electrică a condensatorului este localizată în spațiul dintre plăcile condensatorului, adică într-un câmp electric. Prin urmare, se numește energia câmpului electric.
Trimiteți-le prietenilor: