Электрическаяемкостьконденсатора,Конденсаторомназываютустройство,состоящееиздвухметаллическихпластинилипроводниковпроизвольнойформы(обкладок),разделенныхдиэлектриком.Простейшийпоустройствуплоскийконденсаторобразуетсяплоскимипараллельнорасположеннымиметаллическимипластинами,разделеннымислоемизоляции(рис.2.1).ЕслипластиныконденсатораприсоединитькисточникупитанияспостояннымнапряжениемU,тонанихобразуютсяравныеповеличине,нопротивоположныепознакуэлектрическиезаряды+Qи
-Q.
Явлениенакоплениязарядавконденсаторесвязаносвозникновениемэлектрическогополявегодиэлектрике.Поддействиемсилполянаповерхностяхдиэлектрика,прилегающихкегообкладкам,возникаютсвязанныезаряды.Ониотталкиваютодноименныезарядыобкладокипритягиваютразноименные.Врезультатенаоднойобкладкеконденсатораобразуетсяположительныйзаряд,анадругой—отрицательный.
ОтношениезарядаоднойизобкладокQкприложенномунапряжениюUназываетсяемкостьюконденсатораС.Такимобразом,емкость
(2.1)
Единицейемкостислужитфарад(Ф).Емкостьюв1Фобладаетконденсатор,укоторогопризарядекаждойпластиныв1Клнапряжениемеждупластинамиравно1В.Фарад—крупнаяединица,поэтомучастоемкостьвыражаютвмикрофарадах(1мкФ=10-6Ф)ипикофарадах(1пФ=10-12Ф).
С
—11—
Условноеобозначение
Рис.2.1
Конденсаторыразличаютсяформойэлектродов,типомдиэлектрика(слюда,бумага,керамика)иемкостью.Вэлектролитическихконденсаторахдиэлектрикомслужиттонкаяпленкаоксидаалюминиясоченьвысокойдиэлектрическойпроницаемостью.Такиеконденсаторыимеютбольшуюемкостьприсравнительнонебольшихразмерахиприменяютсятольковцепяхпостоянноготока.Каждыйконденсаторхарактеризуетсяноминальнымиемкостьюинапряжением,котороедлительноевремявыдерживаетегодиэлектрик.
Воздушныеконденсаторысостоятизсистемыподвижныхпластин(ротора)исистемынеподвижныхпластин.Приперемещенииротораизменяетсяактивнаяплощадьпластин,т.е.площадь,находящаясявэлектрическомполе.Воздушныеконденсаторыприменяютсявкачествеплавнорегулируемыхнебольшихпеременныхемкостей.
Электрическаяемкостьплоскогоконденсатора. Выведемформулуемкостиплоскогоконденсатора.Согласно(1.6),напряженностьполяплоскогоконденсатора .Отсюдаповерхностнаяплотностьзаряда Напряжениемеждупластинамиплоскогоконденсатора,согласно(1.11), .ВеличиназаряданапластинахконденсаораQравнапроизведениюповерхностнойплотностизаряда наплощадьпластиныS,т.е. .Следовательно,емкостьконденсатора
(2.2)
Итак, емкостьплоскогоконденсаторапрямопропорциональнадиэлектрическойпроницаемостидиэлектрика,площадипластиниобратнопропорциональнарасстояниюмеждупластинами.
Емкостьдвухпроводнойлинии
Двухпроводнуюлиниюможнопредставитькакестественныйконденсатор,обладающийопределеннойемкостью.Определимемкостьдвухпроводнойвоздушнойлинии ,укоторойрадиуспроводовго(рис.2.2),расстояниемеждуосямипроводов а идлинапроводовI.
ПринапряженииUнапроводахобразуютсяравныеповеличине,нопротивоположныепознакуэлектрическиезаряды+Qи-Q.
Вреальныхлиниях Приэтихусловияхвзаимноевлияниепроводовнараспределениезарядовпоповерхностинеучитываетсяизарядкаждогопроводараспределенравномернопоегоповерхности.СначалавычислимнапряженностьполявнекоторойточкеА,лежащейвплоскости,проходящейчерезосипроводовинаходящейсянарасстоянииRотосипервогопровода.ПроведемчерезточкуАпунктиромдвецилиндрическиеповерхности.ОсьпервогоцилиндрарадиусомRсовпадетсосьюпервогопровода,аосьвторогоцилиндрарадиусома-R—сосьювторогопровода.
НапряженностьполяЕ1первогопроводавовсехточкахповерхностирадиусаRодинакова,илиниинапряженностиперпендикулярныэтойповерхности.Поэтомупотоквекторанапряженностичерезбоковуюповерхностьпервогоцилиндра ,ачерезоснованияцилиндраравеннулю,таккаклиниинапряженностиихнепронизывают.
СогласнотеоремеГаусса, Приравниваяправыечастиполученныхравенств,получим .ОтсюданапряженностьэлектрическогополяпервогопроводавточкеА.
НапряженностьэлектрическогополявторогопроводавточкеАнаходитсяаналогично:
ВекторынапряженностиполяE1иЕ2вточкеАнаправленыодинаково,поэтомурезультирующаянапряженностьполявэтойточке
Напряжениемеждупроводами
Подставляявэтовыражениенапряженностьполя,получим
Таккак иразность a - r 0 малоотличаетсяота,тонапряжениемеждупроводами
Емкостьдвухпроводнойлинии
Подставляя =1и получим