Электрическая емкость уединенного проводника

Рассмотрим уединенный заряженный проводник.

Его потенциал, как известно, прямо пропорционален заряду.

Из опыта следует, что разные проводники, будучи одинаково заряженными, имеют различные потенциалы.

Поэтому для уединенного проводника можно записать

Определение 1.

Величину называют электроемкостью (или просто емкостью) уединенного проводника.

Определение 2.

Емкость уединенного проводника – это ёмкость, определяемая зарядом, сообщение которого проводнику изменяет его потенциал на единицу.

Емкость проводника зависит от его размеров и формы, но не зависит от материала, агрегатного состояния, формы и размеров полостей внутри проводника.

Единица электроемкости — Фарад (Ф):

Определение 2.

1 Ф — емкость такого уединенного проводника, потенциал которого изменяется на 1 В при сообщении ему заряда 1 Кл.

Интерес представляет следующая оценка.

Ёмкостью 1 Ф обладал бы уединенный шар, находящийся в вакууме и имеющий радиус R»9×106 км, что примерно в 1400 раз больше радиуса Земли (электроемкость Земли С» 0,7 мФ).

Конденсаторы.

Определение 1.

Устройства, обладающие способностью при малых размерах и небольших потенциалах накапливать значительные по величине заряды, получили название конденсаторов.

Конденсатор состоит из двух проводников (обкладок), разделенных диэлектриком. На емкость конденсатора не должны оказывать влияния окружающие тела, поэтому проводникам придают такую форму, чтобы поле, создаваемое накапливаемыми зарядами, было сосредоточено в узком зазоре между обкладками конденсатора.

Этому условию удовлетворяют следующие конструкции:

1) две плоские пластины;

2) два коаксиальных цилиндра;

3) две концентрические сферы.

Поэтому в зависимости от формы обкладок конденсаторы делятся на плоские, цилиндрические и сферические.

Определение 2.

Под емкостью конденсатора понимается физическая величина, равная отношению заряда Q,накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов (j₁ —j₂) между его обкладками:

В заключение приведём зависимости, часто встречающиеся в практических оценках

Объемная плотность энергии электростатического поля (энергия единицы объема)

Примечание. Приведенная зависимость имеет фундаментальный характер, поскольку

определяется исключительно характеристиками собственно

электростатического поля и парметрами среды.

Энергия, запасаемая конденсатором с ёмкостью – , заряженного до разности потенциалов – или напряжения – :