Электр өрісіндегі өткізгіштер. Электр сыйымдылық. Конденсаторларды тізбектей жəне параллель қосу қатынасы.

Егер зарядталған бөлшектер, мысалы. электрондар дененің ішінде айтарлықтай еркін қозғала алатын болса, онда мұндай заттардың электр тоғын еркін өткізу қабілеті болада. Қозғалыс барысында электр тоғын туғызатын заряд тасымалдаушылар тек электрондар ғана емес, иондар яғни өздерінен бір немесе бірнеше электрондарды жоғалтқан немесе қосып алған атомдар (молекулалар) да болуы мүмкін.

Электр тоғын өткізу қабілетіне сәйкес барлық заттар - өткізгіштер, шала өткізгіштер (жартылай өткізгіштер) және диэлектриктер (немесе изоляторлар) болып бірнеше топқа бөлінеді. Идеал изоляторлар табиғатта болмайды. Барлық заттар болмашы аз дәрежеде болса да электр тоғын өткізеді. Мысалы, диэлектриктер тоқта өткізгіштерге қарағанда есе нашар өткізеді.

Өткізгіштерге барлық металдар, сондай-ақ электролиттер және иондалған газдар жатады. Ал слюда, шыны, эбонит, фарфор, таза су диэлектриктерге жатады.

Енді электр өрісінде өткізгіштер қандай "мінез-құлық" көрсететінін көрейік. Кернеулігі солдан оңға қарай бағытталған біртекті электростатикалық өріске өткізгіш орналасты делік. Электростатикалық индукция аркылы өткізгіш электрленеді:

21-сурет

оның бос зарядтары өткізгіштің бетіне қарай – оң таңбалары өріс бағытымен, ал терістері - өріске қарсы бағыттарда орын ауыстырады. Сонымен, өткізгіштің бір жағында оң зарядтар, ал екінші жағында теріс зарядтар басым келеді. Өткізгіштің қарама-қарсы жағындағы зарядтар - индукцияланған зарядтар деп аталады. Бұл индукцияланған зарядтар туғызатын қосымша өріс Е қос, сыртқы өріске қарай бағытталған. Зарядтардың таралып орналасуы қосымша өpic сыртқы өріспен өткізгіштің ішіндегі барлық нүктелерде теңескенше жүре береді. Олар теңескен кезде өткізгіштің ішінде қосынды өpic нөлге тең:

(1.38)

Бұдан (1.33) өрнегін пайдаланып, мынаны аламыз:

яғни

Өткізгіштің барлық нүктелеріндегі потенциалдар бір-біріне тең, бірдей екенін көреміз, яғни өткізгіштердің беттері эквипотенциалды беттер екен, кернеулік сызықтары өткізгіштердің беттеріне перпендикуляр болып бағытталады.

Енді электростатикалық өріске орналасқан өткізгіштің ішінде заряд болмайтынын, зарядтар оның беттеріне орналасатынын дәлелдейік. Өріске тұйықталған өткізгішті орналастырайьіқ. Остроградский - Гаусс теоремасына сәйкес (жоғарыдағы (1.19) өрнегін еске алайық), өткізгіштің бетінен өтетін кернеулік векторының ағыны мынаған тең:

өйткені Е=0

яғни өткізгіштің ішінде q = 0 және зарядтар оның бетінде орналасқан. Ал электр өрісіне орналастырылған өткізгіштің ішінде өрістің болмауы техникада әртүрлі электрлік құралдарда, өткізгіштерді сыртқы электр өрістерінің әсерінен электростатикалық әдіспен қорғау үшін кеңінен қолданылады.

22-сурет

Электр Сыйымдылық – өткізгіштің немесе өткізгіштер жүйесінің электр зарядтарын жинау және ұстап тұру қабілетін сипаттайтын физикалық шама. Өткізгіштің (жеке оқшау өткізгіштің) электрлік сыйымдылығы – өткізгіштен шексіз қашықтықта орналасқан нүктенің электр потенциалы нөлге тең деп қабылданған және басқа барлық өткізгіштер шексіз қашықтықта орналасқан деп ұйғарған жағдайда (жеке оқшау өкізгіш деп аталады) өткізгіш зарядының (Q) оның электр потенциалы (U) қатынасына тең скаляр шама:

С = Q/U.

Жеке оқшау өткізгіш үшін электр сыйымдылық өткізгіштің өлшемдеріне, пішініне, сондай-ақ оқшаулаушы ортаның диэлектрик өтімділігіне (ɛ_r) тәуелді болады. Екі өткізгіш арасындағы электрлік сыйымдылық (екі өткізгіштің өзара электрлік сыйымдылығы) – өткізгіштер зарядтарының мәндері бірдей, ал таңбалары қарама-қарсы болған жағдайда және басқа барлық өткізгіштер шексіз қашықтықта орналасқан кезде өткізгіштің біріндегі зарядтың абсолюттік мәнінің осы екі өткізгіштің электр потенциалдары айырымының қатынасына тең скаляр шама:

С = Q/(ɸ₁–ɸ₂).

Екі өткізгіштің өзара электр сыйымдылығы олардың өлшемдеріне, пішіндеріне, өзара орналасуына және олардың арасындағы ортаның диэлектрик өтімділігіне (ɛ_r) тәуелді болады. Электрлік сыйымдылық тың бірліктердің халықаралық жүйесіндегі өлшем бірлігі – фарад (Ф). Электрлік сыйымдылықты өлшеу үшін сыйымдылық өлшеуіштерді пайдаланады.